Beschreibung :

Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungsroboter zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit zwei zueinander parallelen ro- tatorischen Hauptachsen und mit mindestens zwei rotatorischen Nebenachsen, wobei ein in einer ersten dieser Hauptachsen ge- lagerter Fußhebel und ein am freien Ende des Fußhebels in der zweiten der genannten Hauptachsen gelagerter Kniehebel eine kinematische Kette bilden, wobei eine erste der genannten Ne- benachsen in einer Längsrichtung des Kniehebels orientiert ist und wobei im Kniehebel eine zweite der genannten Nebenachsen eine Bearbeitungseinheit lagert.

Aus der DE 112016 002 368 T5 ist ein Bearbeitungsroboter mit Schweißwerkzeugen bekannt. Der Einsatz eines derartigen Bearbeitungsroboters für spanende BearbeitungsVorgänge kann zum erhöhten Verschleiß der Lagerungen führen.

Bestätigungskopie Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, einen formsteifen Bearbeitungsroboter für die spanende Bear- beitung mit einem verschleißfesten Aufbau zu entwickeln. Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspru- ches gelöst. Dazu ist die erste Hauptachse im Grundgestell ge- lagert. Die Bearbeitungseinheit ist eine von der zweiten Nebe- nachse durchdrungene Multifunktionseinheit mit mindestens zwei Arbeitsseiten. Eine Arbeitsseite ist eine Multifunktionsseite und die andere Arbeitsseite ist eine Hauptspindelseite. Die Multifunktionseinheit weist mindestens zwei sowohl einzeln, gruppenweise als auch gemeinsam rotatorisch antreibbare span- bildende Werkzeuge auf. Jedes dieser Werkzeuge ist mittels ei- ner dieses Werkzeug aufnehmenden Werkzeughubvorrichtung rela- tiv zur Multifunktionsseite anhebbar und absenkbar. Die

Hauptspindelseite hat eine antreibbare Hauptspindelaufnahme hat und mit oder ohne Drehmomentabstützung ausgebildet ist. Außerdem sind zumindest die erste Hauptachse, die zweite Hauptachse und die zweite Nebenachse in einem gemeinsamen Re- gelkreis geregelt, sodass jede Arbeitsseite relativ zu einer Arbeitsebene bei gleichbleibendem, zwischen dieser Arbeits- seite und der Arbeitsebene eingeschlossenen Anstellwinkel ver- fahrbar ist. Der beschriebene Bearbeitungsroboter hat zwei zueinander pa- rallele Schwenkachsen, von denen eine erste Schwenkachse das Grundgestell durchdringt. Der Haupt-Arbeitsraum des Bearbei- tungsroboters ist damit auf einen sichelabschnittsförmigen Ab- schnitt einer Normalenebene zur ersten Hauptachse begrenzt. Der Kniehebel des Bearbeitungsroboters trägt die Bearbeitungs- einheit, die als Multifunktionseinheit mit mehreren Arbeits- seiten ausgebildet ist. Eine der Arbeitsseiten ist eine Multi- funktionsseite, auf der mehrere angetriebene Werkzeuge, z.B. Bohrer, Fräser, Sägen, etc. angeordnet sind. Diese Werkzeuge sind einzeln oder gruppenweise z.B. mittels eines gemeinsamen, in der Multifunktionseinheit angeordneten Antriebsmotors an- treibbar. Um diese Werkzeuge einzusetzen, werden die Werkzeuge aus einer eingefahrenen Ruhestellung jeweils mittels einer Werkzeughubvorrichtung in eine ausgefahrene Betriebsstellung verfahren. Eine weitere Arbeitsseite der Multifunktionseinheit ist eine Hauptspindelseite. Diese hat sowohl eine Hauptspin- delaufnahme als auch eine Drehmomentabstützung. Damit können z.B. mittels eines Werkzeugwechslers, sowohl einzelne Werk- zeuge eingesetzt werden als auch Werkzeugaggregate angebaut werden. Die Einbindung des Anstellwinkels der einzelnen Ar- beitsseite in den Regelkreis der Hauptachsen ermöglicht bei- spielsweise das Herstellen langer Sägeschnitte und regelmäßi- ger Lochmuster. Damit kann der Bearbeitungsroboter bei kompak- tem, verformungssteifen Aufbau für verschiedenartige Bearbei- tungsaufgaben eingesetzt werden. Die sich aus dem Aufbau erge- bende geringe Momentenbelastungen der Lagerstellen ermöglicht eine lange Lebensdauer.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter- ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dar- gestellter Ausführungsformen.

Figur 1 Bearbeitungsroboter; Figur 2 Grundgestell ; Figur 3 Fußhebel ; Figur 4 Kniehebel ; Figur 5: Bearbeitungseinheit, MultiköpfSeite; Figur 6: Bearbeitungseinheit, Hauptspinde1Seite; Figur 7: Bearbeitungsroboter bei der Werkstückbearbeitung; Figur 8: Bearbeitungsroboter in einer weiteren Bearbeitungsposition;

Figur 9: Bearbeitungseinheit mit angeschlossenen Werkzeugaggregat und Mehrachskopf;

Figur 10: Verfahrbarer Bearbeitungsroboter mit Bett; Figur 11: Roboterzelle mit Bearbeitungsroboter.

Die Figuren 1- 6 zeigen einen Bearbeitungsroboter (10) zum Einsatz bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken (1). Diese Werkstücke (1) sind beispielsweise Holzplatten (1), vgl. die Figuren 7 und 8, die an einem Werkstück-Stützgestell an- liegen. Die Holzplatten (1) haben beispielsweise eine Länge bis zu 2,50 Meter und eine Breite bis zu 1,50 Metern. Die An- lagefläche des Werkstück-Stützgestells ist z.B. zu einer ver- tikalen Ebene um einen Winkel von bis zu 30 Grad geneigt. Die Holzplatten (1) können an dem Werkstück-Stützgestell während der Bearbeitung z.B. pneumatisch fixiert sein. Hierfür kann das Werkstück-Stützgestell mittels einer Unterdruckpumpe betä- tigbare Saugnäpfe aufweisen. Die Werkstücke (1) können auch aus metallischen Werkstoffen, Kunststoffen, Verbundwerkstof- fen, etc., bestehen.

Beispielsweise bildet eine Oberfläche (8) oder eine Seitenflä- che des zu bearbeitenden Werkstücks (1) eine Arbeitsebene. Die Arbeitsebene kann jede Ebene im Raum sein, die den Arbeitsraum des Bearbeitungsroboters schneidet. Der Arbeitsraum des Bear- beitungsroboters wird durch den von den Hauptachsen bestimmten Haupt-Arbeitsraum und den von den Nebenachsen bestimmten Ne- ben-Arbeitsraum gebildet. Bei einer gewölbten Werkstückober- fläche ist die jeweilige Arbeitsebene eine Tangentialebene an die Werkstückoberfläche im jeweiligen Eingriffspunkt des Werk- zeugs .

Der Bearbeitungsroboter (10) hat die Bauart eines Vertikal- Knickarmroboters (10) mit zwei, eine kinematische Kette bil- denden Armen (41, 51). Der erste Arm (41) ist ein Fußhe- bel (41) und der zweite Arm (51) ist ein am Fußhebel (41) schwenkbar gelagerter Kniehebel (51). Der Bearbeitungsrobo- ter (10) hat im Ausführungsbeispiel vier Freiheitsgrade. Das sind zwei rotatorische Hauptachsen (11, 12) und zwei rotatori- sche Nebenachsen (13, 14). Der Bearbeitungsroboter (10) hat damit eine sogenannte RR-Kinematik. Auch eine Ausführung mit mehr als vier Freiheitsgraden ist denkbar. Der Bearbeitungsro- boter (10) hat ein Grundgestell (21), das beispielsweise starr auf einem Fundamentsockel (3), vgl. die Figuren 7 und 8, mon- tiert ist. Der Bearbeitungsroboter (10) kann auch eindimensio- nal verfahrbar auf einem Bett (4), vgl. Figur 10, angeordnet sein. Hierbei ist die Verfahrrichtung des Bearbeitungsrobo- ters (10) beispielsweise parallel zur Förderrichtung der Werk- stücke (1) orientiert. Der Verfahrantrieb, z.B. ein Torquemo- tor, ist bei einer derartigen Ausführungsform im Grundge- stell (21) des Bearbeitungsroboters (10) angeordnet. Er ver- fügt beispielsweise über ein Wälzrad, das mit einer am Bett (4) angeordneten Zahnstange kämmt.

Das Grundgestell (21), vgl. Figur 2, ist im Ausführungsbei- spiel U-förmig ausgebildet. Es hat beispielsweise einen Aufla- geflansch (22) und einen an diesem angeordneten Stütz- flansch (31). Im Auflageflansch (22) ist beispielsweise ein Antriebsmotor für eine erste Schwenkachse (11) angeordnet. Die erste Schwenkachse (11) ist erste Hauptachsen (11) des Bear- beitungsroboters (10). Im Stützflansch (31) sind z.B. die Energie-, Signal- und Medienleitungen vom Grundgestell (21) zu den Armen (41, 51) geführt. Der L-förmig ausgebildete Auflageflansch (22) umfasst eine Auflageplatte (23) und eine rechtwinklig zu dieser orientierte Stützplatte (24). Der Auflageflansch (22) kann mehrteilig aus- gebildet sein. Mit der Auflageplatte (23) ist der Auflage- flansch (22) z.B. am Fundament befestigt. Die Stützplatte (24) hat an ihrer Innenseite eine Lageraufnahme (25). Die Lagerauf- nahme (25) hat einen kreisförmigen Querschnitt. Der Durchmes- ser der Lageraufnahme (25) beträgt im Ausführungsbeispiel 60 % des Abstands der Mittellinie (26) der Lageraufnahme (25) von der Bodenfläche des Auflageplatte (23). Beispielsweise ist die Lageraufnahme (25) an ihrer Außenseite verschlossen.

Der Stützflansch (31) ist im Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildet. Er hat eine Lagerungsausnehmung (32), deren Mit- tellinie mit der Mittellinie (26) der Lageraufnahme (25) zu- sammenfällt. Der Durchmesser der Lagerungsausnehmung (32) be- trägt beispielsweise 92 % des Durchmessers der Lagerauf- nahme (25). Die Mittellinie (26) liegt parallel zur z.B. ebe- nen Bodenfläche der Auflageplatte (23).

Im Grundgestell (21) ist der erste Arm (41) des Bearbeitungs- roboters (10) gelagert. Dieser erste Arm (41), vgl. Figur 3, hat eine erste Lagerstelle (42) und eine zweite Lager- stelle (43). Die Mittellinien (44, 45) der beiden Lagerstel- len (42, 43) sind parallel zueinander ausgebildet. Ihr Abstand zueinander ist beispielsweise um 30 % größer als der Abstand der Mittellinie (26) der Lageraufnahme (25) zur Bodenfläche. Die erste Lagerstelle (42) weist zwei in entgegengesetzte

Richtungen zeigende Lagerzapfen (46, 47) auf. Beide Lagerzap- fen (46, 47) sind zylindrisch ausgebildet. Ihre Mittellinien bilden die Mittellinie (44) der ersten Lagerstelle (42). Das Durchmesserverhältnis der Lagerzapfen (46, 47) entspricht z.B. dem Durchmesserverhältnis der Lageraufnahme (25) und der Lage- rungsausnehmung (32). Im Einsatz ist jeweils ein Lagerzap- fen (46; 47) in der Lageraufnahme (25) bzw. in der Lagerungs- ausnehmung (32) z.B. wälzgelagert. Bei montiertem ersten Arm (41) bildet die ^' Mittellinie (26, 44) die erste Schwenk- achse (11) des Bearbeitungsroboters (10). Der nutzbare Schwenkwinkelbereich des ersten Arms (41) relativ zum Grundge- stell (21) beträgt z.B. 120 Grad. Der nutzbare Schwenkwinkel- bereich ist der Bereich, in dem ein Werkstück (1) in unverän- derter Aufspannung bearbeitbar ist.

Im ersten Arm (41) ist beispielsweise auf einer Seite eine An- triebseinheit angeordnet. Auf der anderen Seite liegen im ers- ten Arm (41) z.B. Energie-, Medien- und Signalleitungen. Alle diese Leitungen sind innerhalb des ersten Arms (41) geführt.

In der zweiten Lagerstelle (43) ist der zweite Arm (51), vgl. Figur 4, gelagert. Hierbei sitzt der zweite Arm (51) bei- spielsweise mit einem Lagerbund (55) in der zweiten Lager- stelle (43). Hier ist er beispielsweise mittels zweier Wälzla- ger, z.B. Schrägkugellager in O-Anordnung, gelagert. Die Mit- tellinie (45) der zweiten Lagerstelle (43) bildet eine zweite Schwenkachse (12) des Bearbeitungsroboters (10). Diese zweite Schwenkachse (12) ist die zweite Hauptachse (12) des Bearbei- tungsroboters (10). Diese zweite Hauptachse (12) ist parallel zur ersten Hauptachse (11) orientiert. Der zweite Arm (51) kragt beispielsweise abgewinkelt aus der zweiten Lager- stelle (43) heraus. Es ist auch denkbar, die zweite Lager- stelle (43) beidseitig des zweiten Arms (51) anzuordnen. Der erste Arm (41) ist dann z.B. im Bereich der zweiten Lager- stelle (43) gabelförmig ausgebildet. Der nutzbare Schwenkwin- kelbereich des zweiten Arms (51) relativ zum ersten Arm (41) beträgt im Ausführungsbeispiel 115 Grad. An der zweiten Lager- stelle (43) ist beispielsweise ein Antriebsmotor für den zwei- ten Arm (51) angeordnet. Auch im Bereich des zweiten Arm (51) sind die Medien-, Signal-, Strom- und Datenleitungen innerhalb des zweiten Arms (51) geführt.

Das der zweiten Lagerstelle (43) abgewandte Ende des zweiten Arms (51) ist im Ausführungsbeispiel als Teilarm (61) mit ei- nem Aufnahmeteil (64) ausgebildet. Das Aufnahmeteil (64) hat eine Querausnehmung (62). Die Mittelachse (63) der Querausneh- mung (62) bildet eine dritte Schwenkachse (13). Die dritte

Schwenkachse (13) ist eine zweite Nebenachse (13) des Bearbei- tungsroboters (10). Die Höhe des als Aufnahmegabel (64) ausge- bildeten Aufnahmeteils (64) beträgt das 1,2-fache des Durch- messers der Querausnehmung (62). Der Abstand der zweiten Schwenkachse (12) zur dritten Schwenkachse (13) ist im Ausfüh- rungsbeispiel um 7 % größer als der Abstand der ersten Schwenkachse (11) zur zweiten Schwenkachse (12). Diese Ab- stände der Schwenkachsen (11, 12; 12, 13) ist im Folgenden als Fußhebellänge (16) des Fußhebels (41) und als Kniehebel- länge (17) des Kniehebels (51) bezeichnet. Die jeweilige He- bellänge (16; 17) ist die Länge einer gemeinsamen Normalen zu den beiden jeweils zugehörigen Schwenkachsen (11, 12; 12, 13). Die Hebellänge (17) des Kniehebels (51) ist damit z.B. mindes- tens um 5 % länger als die Hebellänge (16) des ersten Ar- mes (41). Die KniehebeH änge (17) endet an der zweite Neben- achse (13) in einem Anstoßpunkt (18). Die Bewegung des Anstoß- punktes (18) ist auf eine Normalenebene zur ersten Haupt- achse (11) beschränkt. In dieser Normalenebene wird die Bewe- gung dieses Anstoßpunktes (18) durch die Grenzen des Haupt-Ar- beitsraumes begrenzt.

Der zweite Arm (51) ist zweiteilig ausgebildet. Er hat einen in der zweiten Lagerstelle (43) gelagerten Lagerteil (52) und das Gabelteil (61). Das Gabelteil (61) ist relativ zum Lager- teil (52) um eine Arbeitsachse (14) schwenkbar. Die z.B. in der Längsrichtung des zweiten Arms (51) orientierte Ar- beitsachse (14) ist eine erste Nebenachse (14) des Bearbei- tungsroboters (10). Diese Arbeitsachse (14) ist im Ausfüh- rungsbeispiel in der Richtung einer gemeinsamen Normalen zur zweiten Schwenkachse (12) und zur dritten Schwenkachse (13) orientiert, sodass die Arbeitsachse (14) die dritte Schwenk- achse (13) in einem Schnittpunkt (15) schneidet. Damit liegt die Arbeitsachse (14) in einer Ebene, die normal zur ersten Hauptachse (11) orientiert ist. Im Ausführungsbeispiel fällt der Schnittpunkt (15) mit dem Anstoßpunkt (18) zusammen.

Es ist auch denkbar, die dritte Schwenkachse (13) und die Ar- beitsachse (14) windschief zueinander anzuordnen. Die Linie des kürzesten Abstandes zwischen der Arbeitsachse (14) und der dritten Schwenkachse (13) liegt dann in einer Normalenebene zur Arbeitsachse (14). Diese Normalenebene ist eine Tangenti- alebene an einen gedachten Zylinder um die erste Schwenk- achse (11). Als Schnittpunkt (15) wird in diesem Fall der

Schnittpunkt der genannten Linie des kürzesten Abstandes mit der Arbeitsachse (14) bezeichnet.

Das Lagerteil (52) ist beispielsweise als Winkelstück (52) ausgebildet. Es hat einen Lagerbundabschnitt (53) und einen Tragabschnitt (54). Der Lagerbundabschnitt (53) und der Trag- abschnitt (54) sind rechtwinklig zueinander orientiert. Der Lagerbundabschnitt (53) umfasst den Lagerbund (55). Auf der dem Lagerbund (55) abgewandten Seite kann das Lagerteil (52) mittels eines Deckels verschlossen sein. Der Tragab- schnitt (54) hat beispielsweise eine Aufnahmehülse (57). In dieser Aufnahmehülse (57) sitzt schwenkbar das Gabelteil (61). Beispielsweise ist es dort wälzgelagert. Die Aufnahmegabel (64) hat z.B. zwei zueinander parallele Zin- ken (65). Die dritte Schwenkachse (13) durchdringt beide Zin- ken (65). Im Gabelteil (61) ist eine Bearbeitungseinheit (71) um die dritte Schwenkachse (13) schwenkbar gelagert. Die Bear- beitungseinheit (71) kann hierbei um die dritte Schwenk- achse (13) mindestens um einen Schwenkwinkel von 240 Grad ge- schwenkt werden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Bearbeitungseinheit (71). Die dargestellte Bearbeitungseinheit (71) hat zwei Schwenkzap- fen (77) und mindestens zwei Arbeitsseiten (72, 91). Sie hat eine z.B. quaderförmige Hüllkontur. Die Bearbeitungsein- heit (71) ist als Multifunktionseinheit (71) mit einer Viel- zahl verschiedenartiger Werkzeuge (73 - 75, 78, 81 - 85) und Werkzeugaufnahmen (79, 92) ausgebildet. Die Schwenkzapfen (77) sind bei montierter Bearbeitungseinheit (71) in den Queraus- nehmungen (62) gelagert. Die Bearbeitungseinheit (71) ist hierbei z.B. in Wälzlagern gelagert. Zum Schwenken der Bear- beitungseinheit (71) um die dritte Schwenkachse (13) dient beispielsweise ein an der Bearbeitungseinheit (71) angeordne- ter Schwenkantrieb. Dieser verfügt beispielsweise über einen Torquemotor. Die Versorgungsleitungen für Strom, Medien, Daten und Signale sind beispielsweise innerhalb des zweiten Arms ge- führt und werden z.B. im Bereich der Schwenkzapfen (77) an die Bearbeitungseinheit (71) geführt.

Eine erste Arbeitsseite (72) der Bearbeitungseinheit (71) ist die in der Darstellung der Figur 5 obenliegende Multi- kopfseite (72). An dieser Multikopfseite (72) sind beispiels- weise Sägewerkzeuge (73, 78) und Bohrwerkzeuge (74, 75,

81 - 85) angeordnet. Auch Schleifwerkzeuge und Fräswerkzeugs können an der Multikopfseite (72) aufgenommen werden. Diese Werkzeuge haben entweder eine geometrisch bestimmte Schneide oder eine geometrisch unbestimmte Schneide. Alle diese Werk- zeuge (73, 74, 75, 78, 81 - 85) sind einzeln rotatorisch an- treibbar. Sie können zusätzlich auch gruppenweise antreibbar sein. Eine Gruppe umfasst beispielsweise mehrere gleichartige Werkzeuge (73, 74, 75, 78, 81 - 85). Auch ein gemeinsamer, gleichzeitiger Antrieb mehrere unterschiedlicher Werk- zeuge (73, 74, 75, 78, 81 - 85) ist denkbar. Zum Antrieb dient z.B. ein einzelner, in der Bearbeitungseinheit (71) angeordne- ter Antriebsmotor. An diesen Antriebsmotor werden beispiels- weise die einzelnen Werkzeuge (73 - 75, 78, 81 - 85) angekup- pelt. Einige der Werkzeuge (73, 74) sind normal zur Multi- kopfseite (72) angeordnet. Andere Werkzeuge (74, 81 - 85) sind parallel zur Multikopfseite (72) ausgerichtet. Diese Werk- zeuge (74, 81 - 85) liegen im Ausführungsbeispiel jeweils in einer Tangentialebene an einen Zylinder um die zweite Neben- achse (13). Beispielsweise ist ein zweites Sägewerkzeug (78) normal zum erstgenannten Sägewerkzeug (73) orientiert. Mit diesem zweiten Sägewerkzeug (78) und mit den parallel zur Mul- tikopfseite (72) angeordneten Bohrwerkzeugen (74, 81 - 85) ist beispielsweise die Stirnseite eines Werkstücks (1) bearbeit- bar .

Um eines der Werkzeuge (73 - 75, 78, 81 - 85) einzusetzen, wird dieses beispielsweise mittels einer als Werkzeughubvor- richtung (76, 86) ausgebildeten Pinole (76, 86) in eine Ar- beitsposition ausgefahren und verriegelt. Die einzelne Werk- zeughubvorrichtung (76, 86) verfährt hierbei normal zur Multi- kopfseite (72). Bei einer gruppenweisen Ansteuerung der Werk- zeuge (73 - 75, 78, 81 - 85) werden mehrere Werkzeughubvor- richtungen (76, 86) ausgefahren. Ein gruppenweiser Einsatz der Werkzeuge (73 - 75, 78, 81 - 85) erfolgt beispielsweise beim Einbringen eines Bohrbildes in ein Werkstück (1). Dabei können beispielsweise mit vier gleichzeitig angetriebenen Bohrwerk- zeugen (74, 75, 81 - 85) vier Bohrungen in das Werkstück (1) eingebracht werden. Einige der parallel zur Arbeitsseite (72) orientierten Bohr- werkzeuge (81 - 85) sind jeweils doppelt ausgebildet. Bei- spielsweise ist parallel zum Bohrwerkzeug (81) das z.B. iden- tische Bohrwerkzeug (82) angeordnet. Jedes dieser beiden Bohr- werkzeuge (81, 82) ist mittels einer separaten Werkzeughubvor- richtung (86) von der dargestellten Ruheposition in eine Be- triebsposition ausfahrbar und verriegelbar. Es ist auch denk- bar, mehr als zwei Werkzeuge (81, 82) parallel zueinander an- zuordnen. Die einzelne der die parallel zur Multikopfseite (72) liegen- den Bohrwerkzeuge (74, 81 - 85) tragenden Werkzeughubvorrich- tungen (86) trägt in der Darstellung der Figur 5 zwei in ent- gegengesetzte Richtungen orientierte Werkzeuge (81, 83). Somit kann dieselbe Werkzeughubvorrichtung (86) sowohl bei der Bear- beitung einer rechten Stirnseite als auch bei der Bearbeitung einer linken Stirnseite eines Werkstücks (1) eingesetzt wer- den.

Weiterhin sind an der Multikopfseite (72) mehrere Leerpino- len (79) angeordnet. In diese Leerpinolen (79) können bei- spielsweise mittels eines neben dem Bearbeitungsroboter (10) angeordneten Werkzeugwechslers Werkzeuge eingesetzt werden. In den Leerpinolen (79) können auch Mess- und Prüfwerkwerkzeuge aufgenommen werden.

Die der Multikopfseite (72) abgewandte Hauptspindelseite (91) hat eine z.B. zentrale Hauptspindelaufnahme (92). In dieser kann beispielsweise ein großes Bohr- oder ein Fräswerkzeug aufgenommen werden. Die antreibbare Hauptspindelaufnahme (92) ist rotierbar ausgebildet. Als Antriebsmotor dient beispiels- weise derselbe Motor, der auch zum Antrieb der Werkzeuge der Multikopfseite (72) eingesetzt wird. Außerhalb der Werkzeug- aufnahme (92) hat die Hauptspindelseite (91) im Ausführungs- beispiel eine Drehmomentabstützung (95). Die Hauptspindels- eite (91) kann auch ohne Drehmomentabstützung (95) ausgebildet sein .

Die Figur 9 zeigt die im Kniehebel (51) gelagerte Multikopf- einheit (71) mit einem in dieser aufgenommen Werkzeugaggre- gat (101). Dieses Werkzeugaggregat (101) stützt sich an der Drehmomentabstützung (95) ab. Hierbei umgreifen Abstützstre- ben (107) des Werkzeugaggregats (101) die Drehmomentabstüt- zung (95) z.B. formschlüssig. Beispielsweise sind durch die Drehmomentabstützung (95) pneumatische, hydraulische, elektri- sche, Daten und/oder Signalleitungen durchgeführt. Ein Spin- delkopf einer zentralen Spindel des Werkzeugaggregats (101) greift in die Hauptspindelaufnahme (92) ein. Damit erfolgt eine Drehmomentübertragung von der Multikopfeinheit (71) über die Hauptspindelaufnahme (92) auf die Spindel des Werkzeugag- gregats (101). Das Werkzeugaggregat (101) hat beispielsweise vier gleichmäßig auf einem normal zur Spindel liegenden Teil- kreis angeordnete Werkzeugaufnahmen (102, 103). Beispielsweise ist die Spindel mittels eines Kegelradgetriebes mit jeder die- ser Werkzeugaufnahmen (102, 103) verbunden. In diesen Werk- zeugaufnahmen (102, 103) können beispielsweise Bohrwerkzeuge, Fräswerkzeuge, Prüfwerkzeuge und/oder Messwerkzeuge aufgenom- men werden. Diese Werkzeuge sind beispielsweise quer zu dem Bohrwerkzeug (75) der Multikopfseite orientiert. Hiermit kön- nen beispielsweise Werkstücke (1) in einer Aufspannung bear- beitet werden, die beim Einsatz allein der Multikopfein- heit (71) ein Umspannen des Werkstücks (1) erfordern. In einer Werkzeugaufnahme (103) sitzt in der Darstellung der Figur 9 ein Mehrachskopf (104), Dieser stützt sich über eine Drehmomentabstützung am Werkzeugaggregat (101) ab. Der Mehr- achskopf (104) hat einen z.B. gabelförmig ausgebildeten Kopf- träger (105), der schwenkbar eine Kopfeinheit (106) lagert. In der Darstellung der Figur 9 ist die Kopfeinheit (106) ähnlich ausgebildet wie die Multikopfeinheit (71). Zum Ein- und Aus- wechseln des Werkzeugaggregats (101) und/oder des Mehrachskop- fes (104) und/oder eines einzelnen Werkzeugs kann der oben ge- nannte Werkzeugwechsler eingesetzt werden.

Die Multikopfeinheit (71) kann weitere Arbeitsseiten (93) auf- weisen. Beispielsweise können die beiden Seiten, die die Mul- tikopfseite (71) und die Hauptspindelseite (91) verbinden, als weitere Arbeitsseiten (93) ausgebildet sein. Auf diesen Seiten können weitere Werkzeuge angeordnet sein. In den Darstellungen der Figuren 5 und 6 sind an diesen Seiten beispielsweise Ven- tilblöcke (84) und Relaisplatten angeordnet. Bei einer derar- tigen Ausbildung der Bearbeitungseinheit (71) kann diese bei- spielsweise um einen Gesamtwinkel von z.B. 330 Grad um die dritte Schwenkachse (13) geschwenkt werden. Auch ein Schwenk- winkel bis zu 450 Grad ist denkbar. Damit können sowohl mit Werkzeugen (73 - 75, 78) auf der Multikopfseite (72) als auch mit Werkzeugen auf der Hauptspindelseite (91) oder auch auf den weiteren Seiten (93) Werkstücke (1) durchgehend bearbeitet werden. Der maximale Schwenkwinkel der Bearbeitungsein- heit (71) um die zweite Nebenachse (13) ist damit größer als die Summe aus dem nutzbaren Schwenkwinkelbereich des ersten Arms (41) um die erste Hauptachse (11) und aus dem nutzbaren Schwenkwinkelbereich des zweiten Arms (51) um die zweite Hauptachse (12). Die Figuren 7 und 8 zeigen den Bearbeitungsroboter (10) bei der spanenden Bearbeitung. Das eingesetzte Werkzeug ist bei- spielsweise ein rotierendes Sägeblatt (73). Das Werkstück (1) ist eine Holzplatte (1), die beispielsweise in einem Winkel von 15 Grad zur Vertikalen geneigt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel kann das Werkstück (1) relativ zum feststehenden Bearbeitungsroboter (10) in einer normal zur Darstellungsebene orientierten Förderrichtung verfahren wer- den. Das Verfahren des Werkstücks (1) kann während der Haupt- zeit oder während der Nebenzeit der Bearbeitung erfolgen. Bei- spielsweise kann beim Eingriff des zweiten Sägeblattes (78) das Werkstück (1) bei stillstehender Bearbeitungseinheit (71) verfahren werden. Hiermit kann z.B. ein in der Längsrichtung des Werkstücks (1) orientierter Schlitz erzeugt werden.

Im Bearbeitungsroboter (10) werden die statischen Kräfte der Bearbeitungseinheit (71) und der Arme (41, 51) auf das Grund- gestell (21) übertragen. Die Anordnung dieser Baugruppen führt dazu, dass zumindest in sämtlichen Lagerstellen der ersten

Schwenkachse (11) und der zweiten Schwenkachse (12) die Radi- alkomponenten dieser Kräfte größer als die Axialkomponenten sind. Die bei der Bearbeitung auf das Werkzeug wirkenden Kräfte wer- den über die Werkzeugeinheit (71) und die Schwenklagerungen in das Grundgestell (21) geleitet. Die Masse der Bearbeitungsein- heit (71) ist beispielsweise größer als 100 Kilogramm. Die massive Bauweise und die kurzen Hebelarme bewirken eine hohe Steifigkeit des Bearbeitungsroboters (10). Die auf die Lager- stellen wirkenden Momente haben kurze Hebelarme. Die Momenten- schwankungen bei Belastungsänderungen sind somit gering. Beispielsweise beim Beginn einer Sägebearbeitung stehen der Bearbeitungsroboter (10) und das Werkstück (1) in der in der Figur 7 dargestellten Position. Das Grundgestell (21) steht auf einem Fundamentsockel (3) und ist an diesem befestigt. Der im Grundgestell (21) gelagerte erste Arm (41) steht beispiels- weise in seiner unteren Endlage. Diese Endlage ist im Ausfüh- rungsbeispiel durch die Auflageplatte (23) begrenzt. In der Darstellung der Figur 7 schließt die die erste Schwenk- achse (11) und die zweite Schwenkachse (12) verbindende Fußhe- beilänge (16) mit einer nach oben gerichteten Vertikalen einen Winkel von 105 Grad ein. Der erste Arm (41) zeigt z.B. in eine Richtung normal zum Werkstück (1). Der erste Arm (41) und der zweite Arm (51) schließen in dieser Darstellung einen Winkel von 97 Grad ein. Der zweite Arm (51) zeigt hierbei nach unten. Die Bearbeitungseinheit (71) ist gegenüber dem zweiten

Arm (51) derart geschwenkt, dass das Sägewerkzeug (73) normal zum Werkstück (1) zeigt. Das Werkzeug (73) ist im Eingriff mit dem Werkstück (1). Beim Sägen eines geraden Schlitzes (2) im Werkstück (1) wird das Sägewerkzeug (73) relativ zum Werkstück (1) beispielsweise von unten nach oben bewegt. Der Anstellwinkel, den die Ar- beitsseite (71) mit der Arbeitsebene, z.B. der Oberfläche des Werkstücks (1) einschließt, bleibt konstant. Der Anstellwinkel liegt hierbei in einer Normalenebene zur zweiten Neben- achse (13). Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser Anstellwin- kel Null Grad. Die Arbeitsebene liegt in den Darstellungen der Figuren 7 und 8 parallel zur Arbeitsseite (72) der Multifunk- tionseinheit (71). Das Werkzeug (73) wird damit mittels der seriellen Kinematik entlang einer geraden Bewegungsbahn ge- führt. Hierfür sind zumindest die erste Hauptachse (11), die zweite Hauptachse (12) und die zweite Nebenachse (13) Teile eines gemeinsamen Regelkreises. Hierbei wird die Bewegung der zweiten Nebenachse (13) zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens in Abhängigkeit der Schwenkwinkel der ersten Hauptachse (11) und des Schwenkwinkels der zweiten Hauptachse (13) eingestellt. Hierbei wird beispielsweise als Kontrollgröße der Lagewinkel der Multifunktionseinheit (71) im Raum erfasst. Zur kontinu- ierlichen Ermittlung des Anstellwinkels der Arbeitsseite (72, 91, 93) zur Arbeitsebene wird beispielsweise ein Beschleuni- gungssensor in der Bauart eines piezoresistiven Beschleuni- gungsaufnehmers eingesetzt. Dieser hat beispielsweise ein ana- loges Ausgangssignal, z.B. zwischen 4 bis 20 Milliampere. Der Schnittpunkt (15) und der Anstoßpunkt (18) verfahren bei der dargestellten Bearbeitung parallel zum Werkstück (1). Die Spur des Schnittpunktes (15) verläuft in einer Ebene, die normal zur ersten Schwenkachse (11) orientiert ist. Die normal zur Multikopfseite (72) orientierten Werkzeuge (73, 75) und die auf der Hauptspindelseite (92) getragenen Werk- zeuge sind mittels der Schwenkachsen (11, 12, 13) und der Ar- beitsachse (14) jeweils innerhalb eines durch zwei zueinander parallele Ebenen begrenzten Raums bewegbar. Jede dieser Ebenen steht normal zur ersten Schwenkachse (11). Der Abstand der beiden Begrenzungsebenen für das einzelne Werkzeug (73; 74) entspricht dem doppelten Abstand des jeweiligen Werkzeugs (73; 74) zur Arbeitsachse (14). Der durch die Freiheitgrade der Ne- benachsen (13, 14) bestimmte Nebenarbeitsraum für das einzelne Werkzeug (73, 75, 78) ergibt sich aus einer Summe beider Teil- Nebenarbeitsräume. Beispielsweise ergibt er sich zu einem Tan- gentialkreis zu einer Normalen zur zweiten Nebenachse (13), wobei der durch die zweite Nebenachse (13) beschriebene Teil- Nebenarbeitsraum einen Kreislinienabschnitt um diese zweite Nebenachse (13) beschreibt. Die Mittellinie des Tangential- kreises ist die erste Nebenachse (14). Der Neben-Arbeitsraum ergibt sich somit beispielsweise zu einem Zylindermantelab- schnitt um die zweite Nebenachse (13). Beim dargestellten Sägevorgang schwenkt der erste Arm (41) in der Darstellung der Figur 7 im Uhrzeigersinn um die erste Schwenkachse (11). Der zweite Arm (51) wird zunächst relativ zum ersten Arm (41) gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt. Hier- bei verkleinert sich der vom ersten Arm (41) und dem zweiten Arm (51) eingeschlossene Winkel. Anschließend wird bei weite- rer Drehung des ersten Arms (41) im Uhrzeigersinn, der zweite Arm (51) ebenfalls im Uhrzeigersinn geschwenkt. Die dritte Schwenkachse (13) verfährt hierbei parallel zum Werkstück (1) Die Werkzeugeinheit (71) wird jeweils so geschwenkt, dass eine Normale zur jeweiligen Bearbeitungsseite (72; 91; 93) normal zum Werkstück (1) steht. Das Werkstück (1) kann damit unter- brechungsfrei und mit konstanter Bahngeschwindigkeit bearbei- tet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Schwenkwinkelbereich des ersten Arms (41) relativ zum Grundge- stell (21) 86 Grad. Der Schwenkwinkelbereich des zweiten Arms (51) relativ zum ersten Arm (41) beträgt 35 Grad. Der Schwenkwinkelbereich, den die Bearbeitungseinheit (71) hierbei relativ zum zweiten Arm (51) schwenkt, beträgt in diesem Aus- führungsbeispiel 83 Grad. Für die Programmierung der Bahnsteu- erung wird beispielsweise eine Denavit-Hartenberg-Transforma- tion eingesetzt.

Bei Beendigung der Bearbeitung steht der Bearbeitungsrobo- ter (10) beispielsweise in der in der Figur 8 dargestellten

Position. Das Werkzeug (73) kann nun vom Werkstück (1) abgeho- ben werden.

Um das Werkstück (1) in einem anderen Bereich seiner Längs- achse zu bearbeiten, wird das Werkstück (1) in der Förderrich- tung verfahren. Hierbei kann, beispielsweise beim Einsatz des querliegenden Sägeblatts (78), dieses Werkzeug (78) im Ein- griff bleiben. Während des Verfahrens des Werkstücks (1) bleibt die Position der Multifunktionseinheit (71) im Raum z.B. unverändert. Damit kann beispielsweise ein in der Werk- stücklängsrichtung orientierter Schlitz in das Werkstück (1) eingebracht werden. Um ein Lochbild von der Oberseite (8) des Werkstücks (1) aus zu erzeugen, werden beispielsweise in mehrere der Leerpino- len (79) Bohrwerkzeuge eingesetzt. Zeitlich vor dem Werkzeug- eingriff werden die Werkzeuge in die Bearbeitungsposition ver- fahren und in Rotation versetzt sowie der Anstellwinkel der Multifunktionseinheit (71) relativ zur Arbeitsebene einge- stellt. Unter Beibehaltung des Anstellwinkels werden die Arme (41, 51) des Bearbeitungsroboters (10) so verfahren, dass alle Werkzeuge in der gleichen Richtung, z.B. in normaler Richtung, in das Werkstück (1) eindringen. Der Rückhub der Werkzeuge erfolgt ebenfalls unter Beibehaltung des Anstellwin- kels zwischen der Multifunktionseinheit (71) und der Arbeits- ebene. Anschließend können weitere z.B. identische Lochbilder nach Verfahren der Arme (41, 51) des Bearbeitungsroboters (10) und/oder nach Verfahren des Werkstücks (1) in der Werkstück- längsrichtung in das Werkstück (1) eingebracht werden.

Um beispielsweise eine Gruppe stirnseitiger Einsenkungen im Werkstück (1) herzustellen, werden beispielsweise die querlie- genden Bohrwerkzeuge (81) und (82) eingesetzt. Nach dem Aus- fahren der Werkzeuge in die Betriebsstellung, ihrem Einkuppeln an den Antriebsmotor und dem Positionieren der Multifunktions- einheit (71) im Raum, verfährt das Werkstück (1) im Vorschub- betriebsmodus in Richtung der rotierenden Werkzeuge (81, 82). Beim Rückhub wird das Werkstück (1) wieder aus den Bohrwerk- zeugen (81, 82) herausgefahren. Um weitere z.B. identische Bohrbilder zu erzeugen, kann die Multifunktionseinheit (71) innerhalb des Hauptarbeitsraums unter Beibehaltung ihres An- stellwinkels zur Arbeitsebene an einen neuen Ort verfahren werden. Hierbei sichert der Regelkreis der beiden Hauptach- sen (11, 12) und der zweiten Nebenachse (13) den gleichblei- benden Anstellwinkel der Multifunktionseinheit (71) relativ zur Arbeitsebene. Nun kann das Werkstück (1) wieder im Vor- schubbetriebsmodus auf die rotierenden Werkzeuge (81, 82) zu- fahren.

Die Figur 10 zeigt einen weiteren Bearbeitungsroboter (10). Dieser ist weitgehend so aufgebaut wie der in den Figuren 1 - 8 dargestellte Bearbeitungsroboter (10). Der zweite Teil- arm (61) des zweiten Arms (51) hat ein Aufnahmeteil (64), in dem die Bearbeitungseinheit (71) auskragend gelagert ist.

Der Bearbeitungsroboter (10) hat eine schlittenartig ausgebil- dete Auflageplatte (23). Mit dieser steht er längsverstellbar auf einem Bett (4). Der Bearbeitungsroboter (10) ist in der gemeinsamen Richtung der ersten Schwenkachse (11) und der zweiten Schwenkachse (12) verfahrbar. Er kann auch z.B. schrittweise verstellbar sein. Am Grundgestell (21) sind hier- für beispielsweise zwei Verfahrmotoren (27) angeordnet. Bei stehenden Verfahrmotoren (27) wird das Grundgestell (21) z.B. federbelastet am Bett (4) geklemmt. Zum Verfahren werden die Klemmungen beispielsweise pneumatisch gelüftet. Auch eine an- dere Ausbildung der Klemmungen ist denkbar.

In diesem Ausführungsbeispiel kann ein in der Werkstückförder- richtung orientierter Vorschub sowohl mittels Verfahren des Werkstücks (1) als auch durch Verfahren des Bearbeitungsrobo- ters (10) relativ zum Bett (4) erfolgen. Auch eine Kombination beider parallel zueinander orientierter Verfahrbewegungen ist denkbar .

In der Figur 11 ist eine Roboterzelle (5) mit einem Bearbei- tungsroboter (10) dargestellt. Der Bearbeitungsroboter (10) kann hierbei auf einem Fundament (3) oder auf einem Bett (4) angeordnet sein. Er kann beispielsweise nach einem der vorge- nannten Ausführungsbeispiele ausgebildet sein. Die Roboterzelle (5) hat eine Einhausung (6), die in der Dar- stellung der Figur 11 zumindest dreiseitig den Bearbeitungsro- boter (10) umgibt. Auf der vierten Seite steht zumindest die Bearbeitungseinheit (71) aus der z.B. quaderförmigen Hüllkon- tur der Einhausung (6) heraus.

An der Außenseite der Einhausung (6) sind die Bedienele- mente (7) der Roboterzelle (5) angeordnet. Hiermit wird bei- spielsweise der Bearbeitungsroboter (10) gesteuert. Auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele sind denkbar .

Bezugszeichenliste :

1 Werkstück, Holzplatte

2 gerader Schlitz in (1)

3 Fundamentsockel

4 Gestell

5 Roboterzelle

6 Einhausung

7 Bedienelemente

8 Oberfläche von (1)

10 Bearbeitungsroboter, Vertikal-Knickarmroboter

11 erste Schwenkachse, erste Hauptachse

12 zweite Schwenkachse, zweite Hauptachse

13 dritte Schwenkachse, zweite Nebenachse

14 Arbeitsachse, erste Nebenachse

15 Schnittpunkt zwischen (13) und (14)

16 FußhebeH änge

17 KniehebeH änge

18 Anstoßpunkt zwischen (13) und (17)

21 Grundgestell

22 Auflageflansch

23 Auflageplatte

24 Stützplatte

25 Lageraufnahme

26 Mittellinie von (25)

27 Verfahrmotoren

31 Stützflansch

32 Lagerungsausnehmung

41 erster Arm, Fußhebel

42 erste Lagerstelle 43 zweite Lagerstelle

44 Mittellinie von (42)

45 Mittellinie von (43)

46 Lagerzapfen

47 Lagerzapfen

51 zweiter Arm, Kniehebel

52 Lagerteil, Winkelstück, Teilarm von (51)

53 Lagerbundabschnitt 54 Tragabschnitt

55 Lagerbund

57 Aufnahmehü1se 61 Gabelteil, Teilarm von (51)

62 Querausnehmung

63 Mittellinie von (62)

64 Aufnahmeteil, Aufnahmegabel

65 Zinken

71 Bearbeitungseinheit , Multikopfeinheit

72 Bearbeitungsseite, Multikopfseite

73 Werkzeug, Sägewerkzeug, Sägeblatt

74 Werkzeug, Bohrwerkzeug 75 Werkzeuge

76 Werkzeughubvorrichtung, Pinole

77 Schwenkzapfen

78 Werkzeug, Sägewerkzeug

79 Leerpinolen

81 Werkzeug, Bohrwerkzeug

82 Werkzeug, Bohrwerkzeug

83 Werkzeug, Bohrwerkzeug

84 Werkzeug, Bohrwerkzeug 85 Werkzeug, Bohrwerkzeug

86 Werkzeughubvorrichtung

91 Arbeitsseite, Hauptspindelseite 92 Hauptspindelaufnahme

93 weitere Arbeitsseite von (71)

94 Ventilblock

95 Drehmomentabstützung 101 Werkzeugaggregat 102 Werkzeugaufnahmen

103 Werkzeugaufnahme

104 Mehrachskopf

105 Kopfträger 106 Kopfeinheit

107 Abstützstreben