Einleitung

Moderne Schneidstoffe, steife Maschinen und verbesserte Antriebe haben die Hauptnutzungszeiten derart gesenkt, daß die je Auftrag anfallenden Rüstzeiten, vor allem aber die je Werkzeug immer wiederkehrenden Nebenzeiten, den größten Teil der Fertigungskosten ausmachen. Die Rüstzeiten können durch Lagerhaltung bereits eingstellter Werkzeuge und dazugehörende Schnellspanneinrichtungen , Bereitstellung von auf das Werkstück abgestimmten Spannvorrichtungen und durch einfache Programmierberkeit der Maschninen gesenkt werden. Der Abbau der Nebenzeiten für den Werkzeug- und Werkstückwechsel verlangt konstruktive Eingriffe in den Arbeitsraum der Maschine. Die dafür erforderlichen Einrichtungen müssen deshalb schon vor der Maschinenbeschaffung eingeplant werden.

Der Materialfluß bei der Fertigung setzt sich aus Fördern, Lagern (Speichern) und Handhaben. Durch Werkstück-Handhabungseinrichtungen werden Fertigunsanlangen in ihrem Arbeitstakt vom Bedienungsmann unabhängig, so daß dieser mehrere Maschinen bedienen kann. Bei shr kurzen Stückfertigungszahlen und bei schweren werkstücken ist das Ein- und Ausgeben von Hand oft nicht möglich oder zumutbar und muß deshalb von Handhabungseinrichtungen übernommen werden.

Handhabungseinrichtungen sind meist Einzweck-Anlagen, sie sind Sonderanfertigungen, was sich nachteilig auf den Anschaffungspreis auswirkt. Trotzdem sprechen Wirtschaftlichkeitsberechnungen oft für Handhabungseinrichtungen.

Handhabungsfunktionen

Arten und Einsatz von Handhabungseinrichtungen

Überblick

	Handhabungseinrichtungen mit fester Hauptfunktion		Handhabungseinrichtungen mit veränderbarer Hauptf.

	Festprogrammierte Handhabungsautomaten (Wechselsysteme)		Festprogrammierbare Handhabungsautomaten (Industrieroboter)

	Mit einem oder mehreren manuell auswählbaren Programmen		Mit mehreren Programmen die über externe Signale angewählt werden		Mit einem oder mehreren Grund-programmen, die durch Sensor-informationen selbststätig verändert werden

Einssatzgebiete (zu obiger Skizze)

Handhabungseinrichtungen mit fester Hauptfunktion

Stückgut

Will man die Handhabung der Werkstücke und bzw. oder Werkzeuge automatisieren, so müssen sämtliche Einzelfunnktionen (wie z.B. Speichern, Zuteilen, Verschieben, Drehen, Spannen ) von selbsttätig wirkenden mechanischen Handhabungseinrichtungen übernommen werden.

Handhabungseinrichtungen sind um so einfacher, je eindeutiger das Verhalten des Werkstückes in freie Bewegung ist. Freie Bewegungen sind das Fallen, Rollen oder Gleiten des Werkstückes in Bearbeitungsstellung. Jede erzwungene Bewegung erfordert höheren Konstruktions- und Fertigungsaufwand. Die Zuverlässigkeit einer Handhabungeeinrichtung liegt in der geringstmöglichen Anzahl der für die Handhabung erforderlichen Bewegungen und in der zweckmäßigen Konstruktion.

Fließgut

Fließgutfertigung ist auf jeden Fall der Stückgutfertigung vorzuziehen. Die Behandlung von Fließgut ist wesentlich einfacher, da das Magazinieren, Ordnen, Vereinzeln und Postitonieren entfällt.

Bsp. Fließgut

Handhabungseinrichtungen mit veränderbarer Hauptfunktion

Werkzeugwechsel

Beim Werkzeugwechsel muß das zuletzt benutzte Werkzeug aus dem Arbeitsbereich herausgenommen und das für den neuen Arbeitsgang vorgesehene Werkzeug lagegenau aus einem Magazin vor die Arbeitsspindel gebracht werden.

Es gibt im wesentlichen 3 Systeme:

Starre Systeme

Das Werkzeug bleibt hier mit seiner Spanneinrichtung ständig im Magazin. Es wird meist durch eine Drehbewegung positioniert: Revolver. Meist müssen die Werkzeuge der Arbeitsfolge entsprechend gespannt werden.

Lose Systeme

Das Werkzeug wird aus einem Magazin geholt, und nach gebrauch dort wieder abgeliefert. Da die Magazine außerhalb des Arbeitsraumes der Maschine liegen, können fast immer so viele Werkzeuge (3050100 Stück) ungergebracht werden, wie es die Vielfältigkeit der zu fertigenden Werkstücke verlangt. Der zum Werkzeugwechsel erforderliche Greifer kann (zum Ausheben und Eingeben) verfahren und (zum Postitionieren vor die Arbeitsspindel bzw. das Werkzeugmagazin) gedreht werden. Bei Systemen ohne Greifer: müssen die erforderliche Bewegungen vom Magazin vorgenommen werden.

Für den Werkzeugsuchlauf müssen entsprechende Kodierungen vorhanden sein.

Schaltcodierung

Werkzeuge in Reihenfolge des Gebrauches (vgl. Starre Systeme)

Platzcodierung

Jeder Magazinplatz ist einem Werkzeug zugeordnet.

Mechano-elektische Kodierung

Werkzeug selber ist Kodiert (somit egal wo abgelegt)

Elektronische Kodierung

Werkzeug mit Chip kodiert. Chip enthält alle Werkzeugdaten.(Optimal)

Modulare Werkzeugsysteme

Bei einem modularen Werkzeugsystem sind die Werkzeugteile (Schaft, Spannteil, Schneidteil,) so zusammengesetzt, daß sie jeweils gegen ein anderes entsprechendes Teil ausgetauscht werden können. Die Übergangsstelle zwischen Werkszeugmaschine und Werkzeug wird Schnittstelle, die werkzeuginternen Übergänge werden Trennstellen genannt.

Werkstückwechsel

Beim Werkstückwechsel muß das Fertigteil aus dem Arbeitrsraum entfernt und der Rohling in die bearbeitungspostion gebracht werden. Beim automatischen Werkstückwechsel muß der Rohling nach dem Spannvorgang eine reproduzierbare Lage eingenommen haben. Beim Bearbeiten von Stangen, z. B. auf einer Drehmaschine oder Säge, ist der Vorgang bekannt: Vorschubzange schließt sich, das Spannzeug öffnet, die Vorschubzange schiebt,

Einzelteile müssen vor das Spannzeug gebracht werden. Im einfachsten Fall kann das durch Rollen (bei Drehteilen) oder Rutschen in Schienen geschehen. Die Rohlinge werden oft in Tellermagazinen zwischengespeichert und bei Bedarf über Greifer in das Spannzeug gegeben.

Freiprogrammierbare Handhabungsautomaten (Industrieroboter)

Industrieroboter sind universell einsetzbar Handhabungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegung (Bewegungsfolge, Wege, Winkel) frei programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen. Die Bauform und die Steuerung eines Industrieroboters bestimmen seine Einsatzfähigkeit.

Baugruppen eines Robotersystems

Kinematik:

Arm: Herstellen der räumlichen Zuordung zwischen Werkstück/Werkzeug und Fertigungseinrichtung, Greifer: Werkstück/Werkzeug greifen

Steuerung:

Programmablauf speichern, steuern, überwachen, logische Verknüpfungen mit Fertigungs- und Ordnungeinrichtungen herstellen

Antriebe:

Umwandeln und Übertragen der erforderlichen Energie zu allen Bewegungsachsen

Meßsystem:

Messen der Lage und der Geschwindigkeit der einzelnen Bewegungsachsen

Sensoren:

Messen physikalischer Größen, Form- und Lageerkennung, Erfassen von Umwelt- und Systemeinflüssen

Steuerungsarten:

Punktsteuerung (PTP Point to Point)

Anfang- und Endpunkt einer Bewegung sind Gespeichert. Die Bewegung zwischen den beiden Punkten erfolgt auf einer vorher nicht definierten Bahn und ist abhängig von der Lage des Anfangs- und des Endpunktes, der Kinematik des Roboters, der Belastung und der Geschwindigkeit.

Multipunktsteuerungs (MP Multipoint)

Diese Steuerung kann viele Raumpunkte speichern. Liegen diese Punkte dicht beieinander, so kann angenähert das Verhalten einer Bahnsteuerung erreicht werden.

Bahnsteuerung (CP = Continuous Path)

Die Bahn zwischen zwei Raumpunkten ist durch einen Vorgegebenen Funktionszusammenhang (linear und/oder zirkular) festgelegt.