AT401486B - Manipulator für schmiedemaschinen, z.b. mehrstössel-schmiedemaschinen - Google Patents

Description

AT 401 486 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator für Schmiedemaschinen, z.B. Mehrstößel-Schmiedemaschinen mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößein, bei denen das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge axial bewegt wird und der Vorschubantrieb des Manipulators mittels einer konstanten Geschwindigkeit erfolgt. Auf die Zangenachse des Manipulators wirkt zeitweise ein aktiv steuerbarer, axial wirksamer Überlagerungsantrieb ein, wobei zur Abstützung der axial verschiebbaren Zangenachse zum Manipulatorgehäuse mindestens eine hydraulisch arbeitende Kolbenzylindereinheit angeordnet ist.

Bei einer bekannten Ausführung ist die Zangenachse im Manipulatorgehäuse axial verschiebbar gelagert und wird axial über Federelemente abgestützt, so daß die Zangenachse in beide Richtungen ausweichen kann. Während der Druckberührungsphase wird das Werkstück von den Schmiedewerkzeugen im Stillstand gehalten. Der konstant weiterlaufende Antrieb führt dazu, daß sich die Zangenachse gegen die Federspannung verlagert. Nach Beendigung der Druckberührungsphase wird die Achse über die gespannte Feder wieder zurückgestellt. Im Verlauf der Rückstellbewegung und in Zusammenwirkung mit den beschleunigten Massen wird rückstellend nicht nur die Mittelstellung erreicht, sondern das System schwingt in das gegenüberliegende Federelement hinein und auch teilweise wieder zurück, wobei die Relativgeschwindigkeit von Zangenachse und Werkstück zur Schmiedemaschine auf Null bzw. annähernd Null zurückgeht, bevor die neue Druckberührungsphase des nächsten Arbeitsspiels beginnt.

Bei dem schwingenden System stehen die Federspannung, die Massenkräfte und die Geschwindigkeiten in direktem physikalischen Zusammenhang. Bei diesem System kann ein ordnungsgemäßes Funktionieren nur sichergestellt werden, wenn die konstruktiv festgelegten Parameter eingehalten werden. Schon bei den unterschiedlichen Bearbeitungsarten (Schruppen, Feinbearbeitung) bildet das Verhältnis von Berührungszeit und Leerzeit eine Variable, wodurch sich unterschiedliche Parameter für das Schwingsystem ergeben.

Das Schwingsystem erfordert die Bindung an eine feste Hubfrequenz der Schmiedemaschine. Da die Masse, abhängig von der Werkstückgröße, unterschiedlich ist, ergibt sich eine nachteilige Wirkung durch Massenänderung auf das Schwingsystem.

Es ist ferner bekannt, eine Manipulatorsteuerung bei Schmiedemaschinen vorzusehen, bei der Schmiedepresse und Schmiedemanipulator synchron steuerbar sind. Der Manipulator wird mit einer auf die Hubzeit und dem für die Schmiedearbeit gewünschten Vorschub geregelten mittleren Geschwindigkeit stetig bewegt, während die Zange des Manipulators mit dem Schmiedestück eine zum Wagen intermetierende Bewegung ausführt und so in einer kürzeren Zeit als der gesamte Manipulator die für den nächsten Pressenhub notwendige Stellung erreicht. Auf die axial verschiebbare Zangenachse des Manipulators wirkt für eine vorbestimmte Zeit ein steuerbarer, axialer Überlagerungsantrieb ein. Zur Abstützung der axial verschiebbaren Zangenachse zum Gehäuse ist mindestens eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Manipulator für Schmiedemaschinen der vorstehend genannten Art die gesamte Vorrichtung für die Steuerung des Manipulators auf mechanisch konstruktive Weise in einfacher und zuverlässiger Funktion auszubilden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der vordere und hintere Hubraum der Kolben-Zylinder-Einheit durch eine Leitung mittels eines Ventils verbindbar sind und daß die Kolben- Zylinder-Einheit als Servo-Steuerungs-Vorrichtung ausgebildet ist, mittels der die Kolben-Zylinder-Einheit steuerbar ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß vor Erreichen der Druckberührungsphase die Geschwindigkeit der Zangenachse und damit dieses Werkstückes relativ zur Schmiedemaschine mit Sicherheit zu Null wird. Dies ergibt sich durch eine direkte Verbindung der Hubräume der Kolben-Zylinder-Einheit, wodurch die aktive Steuerung der letzteren außer Kraft gesetzt wird, und daß sich die nicht vorherbestimmbare Werkstücklängung durch den Schmiedeprozeß und somit die Axialverlagerung der Zangenachse zum Manipulator frei und zwanglos einstellen kann. Mittels der Servosteuerung kann eine vorherstimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse erzeugt werden. Es ist dann möglich, daß die Zangenachse in vorgegebener Weise harmonische Bewegungen ausführen kann, insbesondere harmonisch beschleunigt und verzögert wird. Die Zangenachse mit Werkstück kann auch vor Beginn eines Schmiededurchgangs zum Stillstand gebracht werden, so daß dieser nicht durch die Schmiedebacken erzwungen werden muß. Durch die vorherbestimmbare Richtung der Zangenachse wird der benötigte Verschiebeweg der Achse gegenüber der herkömmlichen Bauart wesentlich verkleinert und der mechanische Bauaufwand vermindert.

Die Servo-Steuerungs-Vorrichtung ist zweckmäßig so ausgebildet, daß ein Ventil einerseits mit dem Ventil hydraulisch und andererseits mit einem Spindel-Mutter-System in Verbindung steht. Mittels der Servo-Steuerung kann eine vorherbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse leicht erzeugt werden. 2 ΑΤ 401 486 Β

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Servo-Steuerungs-Vorrichtung eine Gewindespindel auf, die mit dem Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit drehtest verbunden ist, wodurch eine linear direkte Verbindung des Ventils mit dem Kolben erreicht wird.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Manipulators zur Bewegung des Werkstücks in axialer Richtung im Längsschnitt,

Fig. 2 stellt einen Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 durch das Axiallager und die angeordneten Kolben-Zyiinder-Einheiten dar,

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Servo-Steuerungsvorrichtung für die Steuerung der Axialbewegung der Zangenachse.

Der Manipulator 1 der Fig. 1 bewegt das Werkstück 2 entsprechend der Schmiedefolge in axialer Richtung. Der Vorschub erfolgt über einen Antreib, z.B. einen Hydraulik-Zylinder 3, der mit dem Manipulatorgehäuse 4 verbunden ist. Die Zangenachse 5 ist im Manipulatorgehäuse 4 axial verschiebbar gelagert; die axiale Lagerung erfolgt über die mit der Zangenachse 5 fest verbundene Nabe 6. Am vorderen freien Ende der Zangenachse 5 ist an einem vorstehenden Bund 7 eine vorbestimmte Anzahl von Zangenhebeln 8 angeordnet, die um Zapfen 9 schwenkbar gelagert sind und am freien Ende Zangenbacken 10 tragen, die mit dem Werkstück 2 in Eingriff kommen. Die Steuerung richtet sich nach der Schmiedefolge.

Die axiale Abstützung der Zangenachse 5 erfolgt über ein um die Nabe 6 greifendes Axiallager 11, an das eine oder mehrere hydraulisch arbeitende Kolben-Zyiinder-Einheiten 12 angeordnet sind. In einem in einer Gestellwand 13 oder dergl. ortsfest angebrachten Zylinder 14 ist ein Kolben 15 hydraulisch verschiebbar, der mittels der Kolbenstange 16 fest mit dem Axiallager 11 verbunden ist.

Die hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit 12 ist vorteilhaft als Servo-Steuerungsvorrichtung 17 ausgebildet, so daß mittels der Steuerungsvorrichtung eine vorbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse 5 erzeugt werden kann. Die Servo-Steuerungsvorrichtung 17 mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte erlaubt es, die Axialverschiebung der Zangenachse 5 so zu beeinflussen, daß vor Erreichen der Druckberühungsphase durch die Stößel die Zangenachse 5 zum Stillstand kommt.

In diesem Fall wird die Zangenachse 5 mit entsprechend konstanter Geschwindigkeit entgegengesetzt der konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Manipulatorantriebs verfahren, und somit wird die Relativgeschwindigkeit von Zangenachse und Werkstück zur Schmiedemaschine auf Null gebracht. Während der Druckberühungsphase wird die aktive Steuerung der Kolben-Zyliner-Einheit 12 durch eine direkte Verbindung 28 der Hubräume 18 und 19 des Zylinders außer Kraft gesetzt, und somit kann sich die Zangenachse 5 trotz des konstanten Vorschubantriebs 3 des Manipulators 1 und durch eine überlagerte Bewegung der Zangenachse 5 aus der nicht vorherbestimmbaren Längenausdehnung des Werkstückes durch den Schmiedeprozeß gegenüber dem Manipulatorgehäuse 4 frei und zwanglos verlagern. Nach Beendigung der Druckberührungsphase durch die Stößel der Schmiedemaschine wird die Servo-Steuerung wieder aktiviert, die Zangenachse 5 zurückgestellt und, bevor das nächste Arbeitsspiel beginnt, wieder auf die entgegengesetzte Manipultorgeschwindigkeit beschleunigt. Mittels der auf die Axialverschiebung der Zangenachse 5 zusätzlich einwirkenden programmierbaren Steuerungsvorrichtung 17 als Überlagerungsantrieb wird aktiv in den axialen Bewegungsablauf eingegriffen. Es ist mit einfachen Mitteln möglich, daß die Schmiedmeaschi-ne nunmehr mit unterschiedlichen Hubfrequenzen arbeiten kann, wobei die relativen Stillstandszeiten der Zangenachse des Manipulators entsprechend der Druckberührungszeiten durch die Stößel vorherbestimmbar angepaßt werden können. Des weiteren kann durch die vorherbestimmbare Richtung der axialen Verlagerung der Zangenachse zum Manipulatorgehäuse der Bauraum für den Verschiebeweg und somit der mechanische Bauaufwwand wesentlich vermindert werden. Mit 30, 31 ist der Drehantrieb für die Zangenachse 5 bezeichnet.

An der Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Servosteuerungsvorrichtung erläutert. Die Kolben-Zylindereinheit 12 wird mittels eines servo-hydraulischen Ventils 17 gesteuert. Der Sollwert-Eingang erfolgt rotorisch - mit kleinster Leistung - z.B. mit einem Schrittmotor 20, der mittels eines Übertragungsgliedes, z.B. eines Zahnriemens 21, eine Riemenscheibe 22 antreibt und auf ein Spindel-Mutter-System 23 des servo-hydraulischen Ventils 17 wirkt, wodurch die rotorische Bewegung der Eingangswelle in eine Linearbewegung so umgesetzt wird, daß die Bewegung des Ventils 24 entgegengesetzt zur gewünschten Bewegungsrichtung des Kolbens öffnet. Durch die drehfeste Anbindung der Gewindespindel 25 mit dem Kolben 15 ist das Ventil 24 linear direkt mit dem Kolben 15 verbunden, so daß die Ist-Stellung des Kolbens 15 durch den geschlossenen mechanischen Regelkreis auf das Ventil 24 wirkt, und somit bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes das Ventil 24 wieder geschlossen ist. Zur erforderlichen Unterbrechung der aktiven Steuerung - während der Druckberührungsphase - werden die Hubräume 18 und 19 der Kolben- 3

Claims (3)

1. AT 401 486 B Zylinder-Einheit 12 durch Schaltung des Ventils 26 direkt miteinander verbunden. Zur Kontrolle der Kolbenstellung und somit der Stellung der Zangenachse, wird der Ist-Wert des Kolbens 15 über ein separates Wegmeßsystem 27 erfaßt und in der elektrischen Steuerung mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Patentansprüche 1. Manipulator für Schmiedemaschinen, z.B. Mehrstößelschmiedemaschinen mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößeln, bei denen das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge axial bewegt wird und der Vorschubantrieb des Manipulators mittels einer konstanten Geschwindigkeit erfolgt, wobei auf die Zangenachse des Manipulators zeitweise ein aktiv steuerbarer, axial wirksamer Überlagerungsantrieb einwirkt und wobei zur Abstützung der axial verschiebbaren Zangenachse zum Manipulatorgehäuse mindestens eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und hintere Hubraum (18, 19) der Kolben-Zylinder-Einheit (12) durch eine Leitung (28) mittels eines Ventils (26) verbindbar sind und daß die Kolben-Zylinder-Einheit (12) als Servo-Steuerungs-Vorrichtung (17) ausgebiidet ist, mittels der die Kolben-Zylinder-Einheit (12) steuerbar ist.
2. 2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (24) einerseits mit dem Ventil (26) hydraulisch und andererseits mit einem Spindel-Mutter-System (23) der Servo-Steuerungs-Vorrichtung (17) mechanisch verbunden ist.
3. 3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Steuerungs-Vorrichtung (17) eine Gewindespindel (25) aufweist, die mit dem Kolben (15) der Kolben-Zylinder-Einheit (12) drehfest verbunden ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 4