CH679648A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine einen mit Werkzeugpaar, z.B. einem Biegestempel und einer Biegematrize oder einem Stanzstempel und einer Stanzmatrize, insbesondere zur Bearbeitung von Blech. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Präzision und Arbeitsgeschwindigkeit gegenüber bekannten derartigen Maschinen zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäss Anspruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 19 umschrieben.

Herkömmliche Biegepressen zum Biegen von Blech haben einen sehr einfachen Aufbau mit zwei oder mehr C-förmigen Trägern. An den freien Schenkelenden ist eine obere Platte bzw. eine untere Platte befestigt. Eine dieser Platten ist gegen die andere vertikal beweglich. Die horizontalen Schmalseiten der Platten tragen die Biegewerkzeuge in Form eines geradlinigen Biegestempeis und einer Biegematrize. Gewöhnlich ist die Biegematrize an der unteren Platte und der Biegestempel an der oberen Platte montiert. Die bewegliche Platte wird durch ein elektrisches oder hydraulisches Antriebsglied möglichst genau parallel zur vertikalen Arbeitsebene angetrieben, welche durch den Biegestempel und die Biegematrize definiert ist.

In bekannten Biegepressen bilden die C-förmigen Träger eine Kraftübertragungsstruktur. Sie übertragen die beim Biegen auf den Biegestempel und die Matrize einwirkenden Kräfte. In grossen Pressen können diese Kräftemehrer hundert Tonnen erreichen.

Diese Kraftübertragungsstruktur hat jedoch zusätzlich die Funktion, die gegenseitige Bewegung zwischen Biegestempel und Matrize präzis nicht nur in der vertikalen Arbeitsebene, sondern auch in Vertikalebenen senkrecht zur Arbeitsebene zu führen, damit unerwünschte Abweichungen der Biegelinie von der korrekten Position so gut als möglich vermieden werden können.

Bei bekannten Biegepressen von der oben erwähnten Ausbildung wird die Kraftübertragungsstruktur beim Biegen des Blechs elastisch deformiert, was sich auf die Präzision der Biegeoperation nachteilig auswirkt.

Mit Stanzmaschinen werden Löcher von beliebiger Grösse in Metallbleche geformt, es können jedoch auch Aussenkonturen durch Stanzschritte geformt werden.

Herkömmliche Stanzpressen haben einen massiven Rahmen, gewöhnlich in der Form eines C, jedoch gelegentlich auch zur Erhöhung der Steifigkeit in Form eines geschlossenen Ringes. Je mindestens eine Stanzmatrize und ein entsprechender Stanzstempel werden exakt koaxial am unteren und oberen Teil des C-förmigen Rahmens befestigt. Häufig haben Stanzmaschinen mehrere Matrizen und Stempel, die rasch ausgetauscht werden können, z.B. mittels eines Revolverkopfes.

Bei einer Stanzmaschine mit einem C-förmigen Rahmen hat dieser Rahmen auch die Funktion der

Kraftübertragung zwischen Stempel und Matrize. Bei sehr grossen Stanzmaschinen können diese Kräfte dutzende, gelegentlich sogar hunderte von Tonnen erreichen. Eine Stanzmaschine unterscheidet sich von einer Biegemaschine dadurch, dass sich die Stanzschritte sehr rasch folgen und die Kraft impulsiv auftritt.

Zusätzlich zur Kraftübertragungsfunktion muss der C-förmige oder ringfömrige Rahmen den Stempel und die Matrize exakt ausgerichtet zueinander führen. Darüber hinaus muss er die numerisch gesteuerten Greifelemente für das Blech tragen, damit die notwendige Präzision und Repetierbarkeit der Bewegung des Blechs gewährleistet ist.

Diese hohen Anforderungen an die Präzision sind deshalb besonders schwer zu erfüllen, weil die impulsiven Stanzkräfte zu erheblichen Vibrationen führen.

Meist haben solche konventionelle Stanzmaschinen einen horizontalen Kugel-Tisch, um das zu stanzende Metallblech zu tragen. Dieser Tisch erstreckt sich ausserhalb und innerhalb der Stanzstelle.

Das auf dem Kugel-Tisch ruhende Metallblech ist in Greifern längs eines Randes entfernt von der Stanzstelle eingespannt. Die Greifer sind an einem Kreuzschlitten montiert, dessen Bewegung numerisch in zwei horizontalen, senkrecht zueinander stehenden Achsen gesteuert wird.

Durch diese Ausbildung kann das Metallblech sehr rasch im Arbeitsbereich verschoben werden, um die verschiedenen Stanzoperationen an beliebigen Stellen des Metallblechs auszuführen, während das Blech auf dem Kugel-Tisch ruht. In herkömmlichen Stanzmaschinen dient der Kugel-Tisch dazu, die Reibung des Blechs bei der horizontalen Verschiebung der Greifer soweit als möglich zu reduzieren. Jedoch haben selbst diese Kugel-Tische eine nicht vernachlässigbare Reibung, insbesondere wenn grosse Bleche bearbeitet werden sollen. Grosse, gegenwärtig erhältliche Stanzpressen können Metallbleche von 2500 x 2500 x 6 mm aufnehmen, welche 1750 N wiegen können, wenn sie aus Stahl bestehen.

Ein zusätzlicher Nachteil dieser Kugel-Tische, der sich auf die Präzision ebenso nachteilig wie die Reibung auswirkt, besteht darin, dass während des Stanzvorgangs die Kugeln lokale Punktunterstützungen bilden, die sogar mit bereits ausgestanzten Bereichen des Blechs zusammenfallen können. Das Verlieren und Wiedergewinnen des Kontaktes zwischen Kugel und Metallblech in diesen ausgestanzten Bereichen erzeugt eine unkontrollierbare Störung in der Genauigkeit der Positionierung des Blechs auf dem Tisch.

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt für Anwendungen an Biegepressen und Stanzmaschinen, jedoch kann sie auch für andere Werkzeugmaschinen sinnvoll eingesetzt werden. Die selben Probleme können beispielsweise auch bei einer Vertikalbohrmaschine auftreten, bei welcher der vertikal bewegliche Bohrer, der das eine Werkzeug bildet, gegenüber einem Werkstückhalter, der das Gegenwerkzeug bildet, beweglich ist.

Die bevorzugte Ausführungsform nach An-

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spruch 2 hat den besonderen Vorteil, dass die Präzision des Arbeitsschrittes, z.B. der Biege- oder Stanzoperation, nicht beeinflusst wird durch die elastischen Deformationen, welche die kraftübertragende Struktur während des Arbeitsschrittes erleidet.

Die Lösung gemäss Anspruch 2 beruht auf der Erkenntnis, dass in herkömmlichen Maschinen die beiden Funktionen der Kraftübertragung und der präzisien Führung durch die gleiche Struktur übernommen werden, obwohl sie gegensätzliche Anforderungen stellen. Die Übertragung von Kraft, z.B. zum Biegen oder Stanzen, beinhaltet notwendigerweise eine Deformation dieser Struktur, die mehr oder wengier elastisch ist. Demgegenüber würde die präzise Führung eine Struktur erfordern, die keiner Deformation unterworfen ist.

Bei herkömmlichen Maschinen herrscht die Tendenz vor, dieses Problem durch optimale Dimensionierung der Träger zu lösen, so dass ein Maximum an Steifigkeit gesucht wird, die noch mit der Wirtschaftlichkeit und der räumlichen Grösse verträglich ist. Dieses Kriterium stellt offensichtlich einen Kompromiss dar, und es ergibt sich daraus eine Struktur von übermässiger Grösse nur zum Zwecke der Kraftübertragung, wobei die erreichbare Präzision ungewiss bleibt, weil die Strukur deformiert wird und Vibrationen erleidet, wie stark man sie auch überdimensioniert.

Die gegenwärtige Tendenz auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen zielt nach noch grösserer Präzision und noch grösserer Produktivität, im Falle einer Biegepresse oder Stanzmaschine also einer noch grösseren Zahl von Hüben (Biege- oder Stanzschritte) pro Minute. Herkömmliche Werkzeugmaschinen der obigen Art erreichen hier wegen des obigen Kompromisses ihre Grenzen, welche nur durch eine radikale Änderung des Konzeptes überwunden werden können. Die Ausführungsform nach Anspruch 2 ist in der Tat eine radikale konzeptionelle Änderung, indem die Gesamtstruktur der Maschine aufgeteilt wird in zwei separate Bauteile, nämlich ein Bauteil zur Übertragung der Arbeitskräfte und ein zweites Bauteil, welches die Präzision garantiert und die einzige Aufgabe hat, die relative Stellung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug oder den Werkzeugen (z.B. Stanzstempel und Matrize) sowie die relative Stellung zwischen den Werkzeugen selbst genau einzuhalten.

Die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 19 hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Werkstück, z.B. ein Blech, keiner oder einer vernachlässigbaren Reibung und insbesondere keinen unkontrollierten Störungen aufgrund des Verlierens und Wiedergewinnens des Kontaktes zwischen Kugeln und dem Werkstück während seiner Bewegung unterworfen ist. Bei der Ausführungsform nach Anspruch 19 kann der Kugel-Tisch völlig entfallen, weil das Werkstück aufgehängt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Metallblech vertikal aufgehängt und ein Auflagetisch ist völlig überflüssig.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Metallblech aufgehängt und liegt an einem leicht gegen die Vertikale geneigte Tisch mit einer glatten Oberfläche an. Da wegen des vernachlässigbar kleinen Wertes der Gewichtskomponente die Reibung des Blechs auf dem Tisch sehr gering ist, sind die Kugeln überflüssig. Die geneigte Stützfläche hat die Funktion, eine Führungsebene für das Metallblech zu bilden, was ebenfalls die Präzision erhöht, da ein Verschwenken des Blechs senkrecht zu seiner Ebene vermieden wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Biegepresse,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Stanzmaschine,

Fig. 3 ein Detail der Stanzwerkzeuge der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Stanzmaschine,

Fig. 5 eine Variante der Stanzmaschine nach Fig.

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Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Stanzmaschine, und

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine zusätzliche Ausführungsform.

Die Biegepresse nach Fig. 1 umfasst mehrere nebeneinander angeordnete Werkzeugführungsund -Stützelemente 10, von welchen nur eines dargestellt ist. Die Elemente 10 können analog den eiförmigen Trägern einer konventionellen Biegepresse ausgebildet sein.

Die verschiedenen Teile des Werkzeugführungsund -stützelementes 10 sind starr miteinander verbunden. Das Element 10 umfasst eine Grundplatte 12 zur Befestigung am Boden, von welcher eine Säule 14 absteht. An die Säule 14 schliesst ein C-förmiger Oberteil 16 an, der aus einem ersten unteren Arm 18, einem Zwischenstück 20 und einem ersten oberen Arm 22 besteht. Der Arm 22 erstreckt sich bis über die Säule 14.

Die Presse umfasst ferner ein Reaktionskraft-übertragungselement 24. Dieses Reaktionskraft-Übertragungselement 24 kann ebenfalls aus mehreren Teilen entsprechend den C-förmigen Trägern konventioneller Biegepressen bestehen, die analog den Elementen 10 angeordnet sind.

Das Element 24 wird durch zwei massive Teile gebildet, einen Oberteil 26 und einen Unterteil 28. Der Oberteil umfasst einen starken Träger 30, von dessen oberen Ende ein zweiter oberer Arm 32 absteht. Der Unterteil 28 umfasst einen Schlitten 34, der in einer Schwalbenschwanz-Führung im unteren Abschnitt 30a des Trägers 30 geführt ist. Der Schlitten 34 trägt einen zweiten unteren Arm 38, der sich in die Säule 14 des Elementes 10 erstreckt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, umgreift das Reak-tionskraftübertragungselement 24 den Oberteil 16 des Werkzeugführungs- und -stützelementes 10.

Am Träger 30 ist ein Antriebsglied in Form eines numerisch gesteuerten Motors 40 mit einer vertikalen Kugel-Gewindespindel 42 montiert. Die Spindel 42 greift in einer Kugelumlaufmutter ein, die im Schlitten 34 sitzt. Statt des dargestellten Antriebs könnte auch ein Hydraulikantrieb verwendet werden.

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Das Element 24 ist schwimmend mit dem Element 10 verbunden durch einen ersten Stift 44, der das freie Ende des ersten oberen Arms 22 mit einer Gabel 46 verbindet, welche einen Teil des freien Endes des zweiten oberen Arms 32 des Elements 24 bildet, so dass der Arm 32 um den Stift 44 schwenkbar mit dem Arm 22 verbunden ist. Unterhalb des freien Endes des ersten oberen Arms 22 ist ein Werkzeughalter 48 befestigt. Wegen der Nähe des Stiftes 44 kann der Halter 48 als direkt mit dem Stift 44 und damit mit der Gabel 46 verbunden angesehen werden. Der Werkzeughalter 48 trägt einen Biegestempel 50 von bekannter Ausbildung.

Ein Schlitten 52 ist vertikal verschiebbar in der Säule 14 des Elementes 10 durch eine prismatische Führung geführt. Der Schlitten 52 wirkt als Werkzeughalter für die Biegematrize 54 von bekannter Ausbildung. Der Schlitten 52 ist durch das freie Ende des zweiten unteren Arms 38 des Elementes 24 getragen mittels eines zweiten Verbindungsstiftes 56. Der Arm 38 ist schwenkbar um diesen Stift 56 relativ zum Schlitten 52. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, erfolgt das Biegen eines Metallblechs mit einem ansteigenden Hub des Arms 38, des Schlittens 52 und der Matrize 54, angetrieben durch den Motor 40, während der Biegestempel 50 stationär bleibt. Die Verschiebung des Schlittens 52 und der Matrize 54 verläuft geradlinig in Richtung der Achse p, welche gleichzeitig den Querschnitt der vertikalen Arbeitsebene des Biegestempels 50 und der Matrize 54 definiert. Diese Arbeitsebene fällt genau mit den Ecken der kooperierenden V-Formen des Stempels 50 und der Matrize 54 zusammen. Darüber hinaus liegen auch die Achsen der beiden Verbindungsstifte 44 und 56 genau in der Ebene p.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Elemente 10 und 24 statisch bestimmt miteinander verbunden, das heisst jede Stellung des einen Elementes korrespondiert zu genau einer Stellung des anderen Elementes.

Jegliche Deformation des Reaktionskraftübertra-gungselementes 24 hervorgerufen durch die zum Biegen des Metallblechs erforderlichen Kräfte zwischen der Matrize 54 und dem Stempel 50 wirkt sich auf das Werkzeugführungs- und -Stützelement 10 nicht im geringsten aus. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Druckkräfte zwischen den aufeinander ausgerichteten Elementen, das heisst dem Stift 44, dem Halter 48, dem Stempel 50, dem Schlitten 52, der Matrize 54 und dem zweiten Stift 56 ausschliesslich durch das Reaktionskraftübertra-gungselement 24 übertragen wird. Bei Deformation des Elements 24 unter der Wirkung der Kraft verschwenkt der Arm 32 um den Stift 44 gegenüber dem Arm 22 und/oder der Arm 38 um den Stift 56 gegenüber dem Schlitten 52.

Aus diesem Grunde wird das Werkzeugführungsund -stützelement 10 von den Reaktionskräften völlig entlastet und deformiert deshalb unter der Wirkung der Druckkräfte zwischen Stempel 50 und Matrize 54 nicht.

Die Kompressionskräfte, welche während der Biegeoperation ändern, werden durch das Element 24 absorbiert, welches sich verbiegt. Diese Deformation ändert die Position der Arbeitsebene p nicht.

Dadurch kann die Präzision des Biegens erheblich gesteigert werden. Vom Element 24 werden auf das Element 10 nur Kräfte übertragen, welche sich während des Biegevorganges eines Metallblechs nicht ändern, nämlich Kräfte durch das Eigengewicht des Elements 24, welche über die Stifte 44 und 56 übertragen werden.

Das Werkzeugführungs- und -stützelement 10 kann deshalb die genaue Ausrichtung der Ebene p unter allen Bedingungen aufrechterhalten.

Vorzugsweise wird noch ein Messelement zum Messen des Hubes des Schlittens 52 angebracht. Dieses Messelement ist vorzugsweise vom elektro-optischen Typ mit einem vertikalen Massstab 58 an der Säule 14 und einem entsprechenden Lesegerät 60 am Schlitten 52. Dieses Messelement erlaubt das Messen des Hubes des Schlittens 52 relativ zum Element 10 und unabhängig vom Element 24. Die Messung ist deshalb nicht beeinflusst von der Deformation des Elementes 24.

Der Ausgang des Messelementes 58, 60 kann z.B. an den einen Eingang eines numerischen Steuerkreises zum Regeln der Drehzahl des Motors 40 und damit der Vertikalgeschwindigkeit des Schlittens 52 angeschlossen werden, damit diese Vertikalgeschwindigkeit während des Biegevorgangs einem vorprogrammierten Verlauf folgt.

Vorzugsweise wird noch ein zweites Messelement zum Messen der Bewegung des zweiten unteren Arms 38 relativ zum Träger 30 angebracht. Dieses zweite Messelement besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem elektro-optischen Geber mit einem Massstab 62, der am Unterteil 36 des Trägers 30 befestigt ist und einem mit dem Schlitten 34 verbundenen Lesegerät 64. Aus einem Vergleich der Messwerte des Gebers 62, 64 und des Gebers 58, 60 kann auf einfache Weise während der Biegeoperation der Kraftverlauf vom Moment an, in welchem Matrize 54, Blech und Stempel 50 sich berühren, ermittelt werden. Zur Ermittlung der Kraft ist bloss die Kenntnis der Elastizität des Elementes 24 erforderlich, welches sich hier wie die Feder eines Dynamometers verhält. Die beiden Signale der Geber 58, 60 und 62, 64 werden einer NC-Steuerung eingegeben, welche aus der Differenz der Messsignale die momentan wirkende Kraft ermittelt. Dieses Kraft-Signal kann ebenfalls zum Regeln der Drehzahl des Motors 40 und des Hubes des Schlittens 52 entsprechend einem vorbestimmten Programm während der Biegeoperation verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine horizontale Stanzmaschine entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Stanzmaschine umfasst ebenfalls ein Werkzeugführungs- und -stützelement 70, dessen Einzelteile wiederum starr miteinander verbunden sind. Es besteht aus einer Grundplatte 72 einer davon abstehenden Säule 74 und einem auf der Säule 74 montierten C-förmigen Träger 76. Der Träger 76 besteht aus einem ersten unteren Arm 78, einem Querstück 80 und einem ersten oberen Arm 82. Zwischen den Armen 78 und 82 erstreckt sich ein Schlitz 84. Der untere Arm 78 trägt am freien Ende eine Konsole 86. Auf der Konsole 86 ist ein Kreuzschlitten 90 numerisch gesteuert beweglich geführt. Der Kreuzschlitten 90 trägt mehrere Greif-

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zangen 88, in welchen ein Rand eines Metallblechs S eingespannt ist. Der Kreuzschlitten 90 dient zum Positionieren des Blechs S entsprechend der zu stanzenden Zone. Der Arm 78 des Elements 70 und seine Konsole 86 tragen einen Kugel-Tisch 92 bekannter Bauart, auf welchem das Metallblech S ruht. Der Kugel-Tisch 92 erstreckt in den Schlitz 84.

Dem Werkzeugführungs- und -stützelement 70 ist ein Reaktionskraftübertragungselement 94 zugeordnet. Das Element 94 besteht aus zwei Teilen, wovon einer ein robustes C-förmiges Joch 96 ist, welches den C-förmigen Träger 76 umgreift. Das Joch 96 besteht aus einem zweiten unteren Arm 98, einem Querstück 100 und einem zweiten oberen Arm 102. Das freie Ende des zweiten oberen Arms 102 des Elements 94 trägt ein Antriebsglied für die Stanzkraft, welches in diesem Fall durch einen Hydraulikzylinder 104 mit einer vertikalen Achse (oder durch mehrere Hydraulikzylinder dieses Typs) gebildet ist. Ein Kolben 108 ist im Zylinder 104 vertikal geführt und bildet sozusagen den anderen Teil des Reaktionskraftübertragungselementes 94. Vom Kolben steht nach unten eine Kolbenstange 110 ab, die in Kraftkontakt mit einem oberen Werkzeug 112 ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht das obere Werkzeug 112 aus wenigstens einer an sich bekannten Stanzeinheit und umfasst einen Stanzstempel 130 und einen zugehörigen Anpressring 131. Das Werkzeug 112 ist im oberen Arm 82 des Elements 70 durch einen Führungskörper 132 befestigt, der die vertikale Schiebebewegung des Stanzstempels 130 und des Anpressrings 131 exakt längs einer geraden, vertikalen Achse p führt.

Das freie Ende des zweiten unteren Arms 98 des Elements 96 enthält eine starre Stange 114, die in Kraftkontakt mit der Unterseite des unteren Werkzeugs 116 steht, das mit dem oberen Werkzeug 112 fluchtet und mit ihm zusammenwirkt. Wie wiederum aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht das untere Werkzeug aus mindestens einer an sich bekannten Matrize 133. Das untere Werkzeug 116 ist im Arm 78 mittels eines Blocks 134 befestigt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Reaktions-kraftübertragungselement 94 schwimmend und statisch bestimmt mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement 70 bezüglich einer Mittelebene M zwischen den Armen 82 und 78 verbunden. Die schwimmende Aufhängung wird erreicht durch einen massiven Querstift 122, der die beiden Querstücke 80 und 100 an einer Stelle entfernt von der Achse p miteinander verbindet, so dass das Element 94 relativ zum Element 70 um den Stift 122 schwenkbar ist. Um den Kontakt der Stange 114 des Arms 98 mit dem unteren Werkzeug 116 sicher zu stellen, ist eine Schraubendruckfeder 124 zwischen dem freien Ende des Arms 98 und der Grundplatte 72 des Elements 70 eingespannt. Diese Feder 124 wirk als elastische Abstützung.

Die Grundbedingungen der ersten Ausführungsform der Erfindung sind auch in diesem Fall der Stanzpresse nach Fig. 2 erfüllt. Das Element 94 ist frei, sich unter der Wirkung der Stanzkräfte zu verformen, ohne dass es dabei diese Verformung auf das Element 70 überträgt. Die Linie der Kraftanwendung der Stanzkraft fällt zusammen mit der Achse p der Stanzeinheit bestehend aus oberem Werkzeug 112 und unterem Werkzeug 116. Aufgrund der Nähe des unteren Werkzeugs 116 zur Stange 114 können das untere Werkzeug 116 und die Stange 114 als festverbunden betrachtet werden.

Wie ersichtlich tragen der Stift 122 und die Feder 124 das Gewicht des Elements 94 vollständig, so dass dieses Gewicht das Element 70 nicht beein-flusst.

Durch die Symmetrie des Jochs 96 des Elements 94 können die Massen, oder präzisier gesagt die Massenträgheitsmomente des Elements 94 ober-und unterhalb des Stifts 122 genau ausbalanciert werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei hohen Stanzfrequenzen, welche über 500 Stanzschritte pro Minute in modernen Maschinen betragen können. Die beim Stanzen auftretenden Kräfte sind im wesentlichen impulsiv. Wenn nun die beiden Massen gebildet durch die beiden Arme 98 und 102 auf gegenüber liegenden Seiten der Stanzeinheit dieselbe Trägheit haben, wird die Stanzkraft, welche zwischen dem Zylinder 104 und dem Kolben 108 erzeugt wird, durch das Stanzwerkzeug 112, 116 auf den Stab 114 des Arms 98 übertragen.

Die Stanzwerkzeuge 112,116 wirken wie eine dritte Billiardkugel, die zwischen zwei Kugeln von gleicher Masse angeordnet ist: die mittlere Kugel, wenn sie von einer der beiden Kugeln getroffen wird, transferiert die Stossenergie auf die andere Kugel und bleibt selbst unbeweglich aufgrund des Prinzips von Aktion und Reaktion. Wegen des obigen Sachverhaltes ist es auch zweckmässig, wenn die elastischen Eigenschaften der beiden Arme 98 und 102 des Elements 94 gleich sind. Beim Stanzvorgang deformiert sich dabei das Element 94 wie eine Stimmgabel und überträgt nur einen sehr geringen Teil seiner dynamischen Energie auf das Element 70, welches im wesentlichen frei von den beim Stanzen erzeugten Vibrationen bleibt.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Stanzmaschine gemäss der zweiten Grundausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Maschine umfasst einen massiven Rahmen 210, der wiederum als Werkzeugführungs - und -stützelement wirkt. Der Rahmen 210 umfasst eine Grundplatte 212 zum Befestigen am Boden sowie ein U-förmiges Joch 214. Das Joch 214 besteht aus einem unteren Querstück 216, das starr an der Grundplatte 212 befestigt ist, und aus zwei aufwärtsgerichteten Armen 218 und 220, die zwischen sich einen Arbeitsraum Si offenlassen, der nach unten als zentraler Schlitz 222 verlängert ist. Benachbart seinem freien Ende trägt der Arm 218 einen Hydraulikzylinder 224 mit einer horizontalen Achse (oder mehrer Hydraulikzylinder dieses Typs). Ein Kolben 226 ist im Zylinder 224 horizontal beweglich geführt. Der Kolben 226 trägt eine Kolbenstange 228, die ihrerseits ein Werkzeug 230 betätigt, das entsprechend Fig. 3 mindestens einen Stanzstempel und einen zugehörigen Anpressring in einem Führungsköper enthält, der im Arm 218 befestigt ist. Der Zylinder 224 kann auch durch mechanische oder elektische Antriebsglieder ersetzt werden.

Das Matrizenwerkzeug 234 ist benachbart dem

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freien Ende des anderen Arms 220 fluchtend mit Stanzwerkzeug 230 montiert. Das Matrizenwerkzeug 234 ist ebenfalls durch mindestens eine an sich bekannte Einheit umfassend eine Stanzmatrize gebildet. Die Werkzeuge 230, 234 können auch ersetzt werden durch eine Mehrzahl automatisch auswechselbarer Werkzeuge, die z.B. an einem Revolverkopf montiert sein können.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Werkzeuge 230, 234 je auf einer Seite des Arbeitsraums Si und des darunter liegenden Schlitzes 222 angeordnet und wirken längs einer horizontalen Achse Ai zusammen. Der Arm 220 ist nach oben durch einen Ausleger 236 verlängert, der eine bewegliche Greifeinheit 238 trägt. Die Greifeinheit 238 besteht aus einem Kreuzschlitten, von dem der eine Schlitten 240 längs vertikalen Führungen 242 des Auslegers 236 vertikal beweglich ist und eine horizontale Führung für den zweiten Schlitten 244 bildet. Dieser trägt eine oder mehrere Greifzangen 246. In den Zangen 246 ist der obere Rand des aus Metallblech bestehenden Werkstücks W eingespannt. Das Werkstück W ist somit aufgehängt und seine Ebene fluchtet mit der äusseren Ebene Mi der Matrize 234, welche auch die Mittelebene des Schlitzes 222 bildet. Der Kreuzschlitten 240, 244 ist numerisch gesteuert, so dass die Stelle, an welcher eine Stanzoperation vorgenommen werden soll, programmiert angefahren werden kann.

Während der Bewegung des Kreuzschlittens 240, 244 in vertikaler und horizontaler Richtung bleibt das Werkstück W in der Mittelebene Mi und ist frei von jeglicher Reibung, da es frei hängt. Die Bewegung längs der beiden Achsen kann daher erheblich rascher erfolgen als wenn das Werkstück auf einem Kugel-Tisch liegen würde. Weil die Auflage auf Kugeln vermieden ist, wird diese Bewegung auch nicht behindert.

In Fig. 5 ist eine Variante der Ausführugnsform nach Fig. 4 dargestellt. Dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt. Die Variante nach Fig. 5 untescheidet sich von jener nach Fig. 4 durch die nachfolgenden beiden Merkmale:

Das U-förmige Joch 214 mit all den daran befestigten Elementen ist gegenüber der Grundplatte 212 um einen kleinen Winkel cc, vorzugsweise zwischen 1° und 10°, geneigt, das heisst die Mittelebene Mi ist gegenüber der verikalen um den Winkel a geneigt.

Auf der Seite des Arms 220 ist am Arm 220 und am Ausleger 236 eine Platte mit einer glatten Oberfläche 248 montiert, welche sich oberhalb und unterhalb des Arbeitsraums Si und des Werkzeugs 234 erstreckt und mit der Mittelebene Mi des Schlitzes 222 zusammenfällt.

Die Backen der Zangen 246, welche sich zwischen dem Blech W und der Plattenstützfläche 248 befinden, sind dünn genug, damit die Lage des Blechs W im wesentlichen unverändert bleibt. Die Reibung zwischen dem Blech W und der Oberfläche 248 während der Bewegung zur Positionierung des Werkstücks zwischen den verschiedenen Stanzoperationen ist völlig vernachlässigbar, weil die auf die Fläche 248 wirkende Gewichtskomponente wegen des kleinen Winkels a sehr gering ist. Trotzdem wird das Blech W präzis geführt durch die Oberfläche 248, welche auch eine Vibration des Blechs aufgrund der impulsiven Kräfte und Bewegungen beim Stanzen wirksam verhindert.

Die Platte, welche die Stützfläche 248 bildet, kann mit Schlitzen oberhalb des Arbeitsraumes Si versehen sein für den Durchtritt des Schlittens 240.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 im wesentlichen dadurch, dass die Funktion der Werkzeughalterung und Führung und die Funktion der Reaktionskraftübertragung wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch zwei gesonderte Bauteile übernommen werden. Der Rahmen 250 besteht aus einem Werkzeugführungs* und -stützelement 252 und einem Re-aktionskraftübertragungselement 254. Das Element 252 umfasst wiederum eine Grundplatte 256, eine Säule 258, ein Querstück 260 und zwei aufwärts gerichtete Arme 262 und 264 mit einem zentralen, vertikalen Schlitz 266, der eine Mittelebene Mi definiert. Ein seitlicher vertikaler Ausleger 268 steht von der Grundplatte 256 ab. Ein zweiter vertikaler Ausleger 270 ähnlich dem Ausleger 236 in Fig. 4 steht vom Arm 264 nach oben ab, und trägt die bewegliche Greifeinrichtung 272 mit ihren Schlitten 274 und 276 und ihren Zangen 278.

Das Reaktionskraftübertragungselement 254 ist ebenfalls ein U-förmiges Joch mit einem Querstück 280 und zwei nach oben davon abstehenden Armen 282, 284. Wie ersichtlich umschliesst das Joch 254 das Werkzeugführungs- und -stützelement 252. Das obere Ende des Arms 282 trägt einen Hydraulikzylinder 286 mit seinem Kolben 288. Am Kolben 288 ist eine Kolbenstange 290 angeformt, die im Kraftkontakt mit einem Stanzwerkzeug 292 steht. Das obere Ende des anderen Arms 284 des Jochs 254 enthält einen feststehenden Stab 294, der Kraftkontakt mit der Rückseite eines Matrizenwerkzeugs 296 hat, welches mit dem Stanzwerkzeug 292 ausgerichtet ist und mit ihm zusammenwirkt. Der Aufbau des Stanzwerkzeugs 292 und des Matrizenwerkzeugs 296 ist derselbe wie der in Fig. 3 dargestellte.

Das Reaktionskraftübertragungselement oder Joch 254 ist durch einen Stift 298 gelenkig mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement 252 verbunden. Die Achse des Stiftes 298 liegt in der Mittelebene Mi. Zwischen dem oberen Ende des Arms 284 und dem oberen Ende des Auslegers 268 ist eine Feder 300 eingespannt. Die Vorspannung der Feder 300 sorgt für einen Kraftkontakt zwischen der Stange 294 und dem Matrizenwerkzeug 296.

Wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erläutert, wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Aufbau der Stanzmaschine getrennt in zwei separate Bauteile, nämlich ein Reaktionskraftübertragungselement, dessen einzige Funktion die Übertragung der Arbeitskräfte ist, sowie ein Werkzeugführungsund -stützelement, dessen Funktion die Halterung und Führung der Werkzeuge in exakt aufeinander ausgerichteter Stellung und in exakter Ausrichtung

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zum zu bearbeitenden Werkstück ist. Wegen des im wesentlichen symmetrischen Aufbaus des Reak-tionskrafübertragungselementes 250 können die Massen bzw. die Massenträgheitsmomente dieses Elementes zu beiden Seiten des Verbindungsstiftes 298 genau ausbalanciert werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bei hoher Stanzfrequenz, die bei moderen Maschinen 500 Stanzschritte pro Minute übersteigen kann, durch die im wesentlichen impulsiven Stanzkräfte keine Vibrationen auf das Element 252 übertragen werden. Wenn nämlich die beiden Arme 282 und 284 auf gegenüberliegenden Seiten der Stanzeinheit 292 und 296 gleiche Trägheit haben, wird die durch den Zylinder 286 und den Kolben 288 erzeugte Kraft über die Kolbenstange 290 und die Werkzeuge 292, 296 auf die Stange 294 und somit dem Arm 284 übertragen. Die Stanzwerkzeuge 292 und 296 wirken wiederum wie eine dritte Billiardkugel zwischen zwei Kugeln gleicher Masse: nach dem Prinzip von Aktion und Reaktion überträgt die mittlere Kugel einen Stoss der einen Kugel auf die andere, ohne sich selber zu bewegen. Aus diesem Grunde ist es auch zweckmässig, wenn die beiden Arme 282 und 284 des Elementes 254 gleiche Federeigenschaften haben.

Aus den dargestellten Gründen überträgt das Re-aktionskraftübertragungselement 254 nur einen geringen Teil seiner Energie auf das Werkzeugführungs- und -stützelement 252, so dass dieses während des Stanzvorgangs von Vibrationen praktisch abgeschirmt ist.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Der in Fig. 7 dargestellte Aufbau der Stanzpresse ist grundsätzlich auch bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4, 5 und 6 anwendbar. Dargestellt ist eine Varinate der Ausführungsform nach Fig. 4.

Ein Rahmen 310 umfasst Stützen 312 zum Abstützen auf einem Boden sowie ein U-förmiges Joch 314. Das Joch 314 bildet gleichzeitig das Werkzeugführungs- und -stützelement und das Reaktions-übertragungselement. Das Joch 314 besteht aus einem oberen Querstück 316 und zwei davon nach unten abstehenden Armen 318 und 320, die zwischen sich den Arbeitsraum Si einschliessen, der nach oben in einen Schlitz 322 übergeht. Die Funktionen des Hydraulikzylinders 324, des Kolbens 326 mit seiner Kolbenstange 328 sowie der Werkzeuge 330 und 334 sind dieselben wie jene der entsprechenden Elemente in Fig. 4. Der Schlitz 322 ist wesentlich breiter als die Schlitze 222, 266 der vorangegangenen drei Ausführungsbeispiele, weil die Greif-und Positioniereinheit 338 bestehend aus einem Kreuzschlitten und Greifzangen in diesem Schlitz 322 untergebracht ist. Der eine Schlitten 340 ist vertikal beweglich längs Führungen 342, die am Arm 318 befestigt sind. Der andere Schlitten 344 ist auf dem Schlitten 340 horizontal verschiebbar und trägt eine oder mehrere Zangen 346, die nach unten geöffnet sind, so dass das Metallblech W, welches gestanzt werden soll, in diesen Zangen aufgehängt ist. Das Blech W liegt in der Mittelebene Mi, die mit der äusseren Fläche der Matrize 334 zusammenfällt.

Die Stützen 312 sind hoch genug um zu ermöglichen, dass das Metallblech W nicht in Kontakt mit dem Boden kommt, wenn der Schlitten 340 am unteren Ende seines Hubes anlangt.

Diese «umgedrehte» Lösung ist deshalb interessant, weil sie einen einfachen Abtransport der fertig gestanzten Bleche W ermöglicht. Diese Bleche können einfach nach Abschluss der Stanzoperation fallen gelassen werden, so dass die Pause zum Auswechseln der Bleche wesentlich verkürzt werden kann.

Unterhalb des Arbeitsraums Si wird zweckmässig ein Behälter 370 zum Empfang der fertig gestanzten Bleche W angeordnet. Der Behälter 370 ist auf einem Schlitten 372 montiert, der horizontal längs einer Führung 374 in einer Richtung senkrecht zur Bildebene verschiebbar ist. Dadurch können die fertig gestanzten Bleche W abtransportiert werden.

Die glatte, zur Vertikalen leicht geneigte Stützfläche 248 der Ausführungsform nach Fig. 5 kann auch sinnvoll in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 angewandt werden.

Claims (23)

Patentansprüche

1. Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch ein Paar von Werkzeugen (50, 54; 112, 116; 230, 234; 292, 296; 330, 334), die zur Bearbeitung eines Wertstücks (W) gegeneinander und voneinander bewegt bewegbar sind, durch ein Werkzeugführungs- und -stützelement (10, 70, 210, 252, 314), in welchem die beiden Werkzeuge gestützt sind und mindestens eines von ihnen längs einer vorbestimmten Achse (p, Ai) beweglich geführt ist, und durch ein Reaktionskraftübertragungselement (24, 94, 254), das ein Antriebsglied (40, 104, 224, 286, 324) zum Bewegen der beiden Werkzeuge gegeneinander und voneinander weg enthält und die bei der Bearbeitung des Werkstücks auf die beiden Werkzeuge wirkenden Reaktionskräfte zwischen den Werkzeugen überträgt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionskraftübertragungsele-ment (24, 94, 254) ein separater, mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement (10, 70, 252) verbundener Bauteil ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionskraftübertragungsele-ment (94, 254) an der Stelle mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement (70, 252) verbunden ist, an welcher das Reaktionskraftübertragungsele-ment (94, 254) bei seiner Deformation und/oder Vibration im wesentlichen stationär bleibt.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionskraftübertra-gungselement (24, 94, 254) mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement (10, 70, 252) schwenkbar verbunden ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, wobei das Paar von Werkzeugen aus einem Biegestempel (50) und einer Biegematrize (50) zum Biegen von Blech besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestempel oder die Biegematrize starr am Werkzeugführungs- und -stützelement (10) befestigt ist, und das andere der beiden Werkzeuge im Werkzeug-

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führungs- und -stützelement vertikal beweglich geführt ist, und dass das Reaktionskraftübertra-gungselement (24) mit dem Werkzeugführungsund -stützelement (10) an einer Stelle auf der Bewegungachse (p) des beweglichen Werkzeugs verbunden ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionskraftübertragungsele-ment (24) benachbart dem feststehenden Werkzeug (50) mit dem Werkzeugführungs- und -stütz-element (10) verbunden ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung einen Stift (44) umfasst und dass das feststehende Werkzeug (50) mittels dieses Stiftes (44) am Werkzeugführungsund -stützelement (10) befestigt ist.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugführungs- und -stützelement (10) eine Säule (14) umfasst, in welcher das bewegliche Werkzeug (54) gestützt und geführt ist, sowie einen mit der Säule (14) verbundenen ersten unteren Arm (18), ein mit diesem verbundenes Zwischenstück (20) und einen mit dem Zwischenstück verbundenen ersten oberen Arm (22), an welchem das feststehende Werkzeug (50) befestigt ist, dass das Reaktionskraftübertragungselement (24) einen zweiten oberen Arm (32), dessen freies Ende über den Stift (44) mit dem ersten oberen Arm (22) verbunden ist, einen starr mit dem zweiten oberen Arm verbundenen Träger (30) und einem zweiten unteren Arm (38) umfasst, der mit dem Träger (30) vertikal beweglich verbunden ist, dass das Antriebsglied (40) zum Verschieben des zweiten unteren Arms relativ zum Träger ausgebildet ist und dass das freie Ende des zweiten unteren Armes mit dem beweglichen Werkzeug (54) verbunden ist.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des zweiten unteren Arms (38) schwenkbar mit dem beweglichen Werkzeug (54) verbunden ist.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Deformationsmesseinrichtung zum Messen der Deformation des Reaktionskraftübertragungselementes (24) umfasst, bestehend aus einem ersten Messelement (62, 64) zum Messen der Bewegung des zweiten unteren Arms (38) relativ zum Träger (30), einem zweiten Messelement (58, 60) zum Messen der Bewegung des beweglichen Werkzeugs (54) relativ zum Werkzeugführungs- und -stützelement (10), sowie aus einem Vergleichselement zum Vergleichen der Signale des ersten und zweiten Messelementes.

11. Maschine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine numerisch gesteuerte Regeleinrichtung zum Regeln der Verstellgeschwindigkeit des Antriebsgliedes (40) in Funktion des Signals der Deformationsmesseinrichtung.

12. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied eine Kugelgewindespindel (42) zum vertikalen Verschieben des zweiten unteren Arms (38) und einen Elektromotor (40) zum Drehen der Kugelgewindespindel umfasst.

13. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Werkzeugen (110, 114;

292, 294) als Stanzstempel und Matrize ausgebildet ist und dass das Reaktionskraftübertragungsele-ment (94, 254) mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement (70, 252) an einer Stelle verbunden ist, an welcher die verlängerte Werkstückebene (M) das Werkzeugführungs- und -stützelement (70, 252) schneidet.

14. Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugführungsund -stützelement (70) einen ersten oberen Arm (82) zur Aufnahme des Stanzstempels (112), einen ersten unteren Arm (78) zur Aufnahme der Matrize (116) und ein erstes Querstück (80) umfasst, welches den ersten oberen Arm mit dem ersten unteren Arm verbindet.

15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionskraftübertra-gungselement (94) einen zweiten oberen Arm (102) zur Aufnahme des Antriebsgliedes (104) in seinem freien Ende, einen zweiten unteren Arm (98), dessen freies Ende gegen die Matrize (116) vorbelastet ist, sowie ein zweites Querstück (100) umfasst, welches den zweiten oberen Arm mit dem zweiten unteren Arm verbindet.

16. Maschine nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein Vorspannelement (124) zum Vorbelasten des zweiten unteren Arms (98) gegen die Matrize (116), wobei sich das Vorspannelement (124) gegen den ersten unteren Arm (78) des Werkzeugführungs- und -stützelementes (70) abstützt.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende des ersten unteren Arms (78) eine Konsole (86) angebracht ist, die eine Einrichtung (88, 90) zum Bewegen und Positionieren des Werkstücks trägt.

18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste obere und untere Arm und der zweite obere und untere Arm vertikal angeordnet sind und dass der Stanzstempel und die Matrize längs einer horizontalen Achse relativ zueinander beweglich sind.

19. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (Ai) der Werkzeugbewegung annähernd horizontal angeordnet ist und dass am Werkzeugführungs- und -stützelement (210, 252, 314) eine bewegliche Greifeinheit (238, 272, 338) zum Aufhängen, Bewegen und Positionieren des Werkstücks (W) befestigt ist, die in einer Ebene (Mi) senkrecht zur Achse (Ai) beweglich ist.

20. Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugführungsund -stützelement (210, 252) ein Querstück (216, 260), einen vom Querstück nach oben abstehenden ersten Arm (218, 262) zur Aufnahme eines beweglichen Werkzeugs (230, 292) des Werkzeugpaares, einem vom Querstück nach oben abstehenden zweiten Arm (220, 264) zur Aufnahme eines feststehenden Werkzeugs (234, 296) des Werkzeugpaares, sowie einen vom oberen Ende des zweiten Arms nach oben abstehenden dritten Arm (236, 270) umfasst, an welchem die Greifeinheit (238, 272) beweglich geführt ist.

21. Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugführungs-und -stützelement (314) ein nach unten offenes, U-

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förmiges Joch ist, welches durch Trägerelemente (312) im Abstand von einer Stammfläche gehalten ist, so dass das bearbeitete Werkstück (W) durch die Greifeinheit (338) nach unten entladbar ist.

22. Maschine nach einem der Ansprüche 19 bis

21, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (Ai) zur Horizontalen leicht geneigt ist, vorzugsweise um einen Winkel zwischen 1° und 10°.

23. Maschine nach einem der Ansprüche 19 bis

22, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktions-kraftübertragungselement (254) ein separater, mit dem Werkzeugführungs- und -stützelement (252) verbundener Bauteil ist.

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