DE102005012384A1

DE102005012384A1 - Verfahren zum Freibiegen

Info

Publication number: DE102005012384A1
Application number: DE102005012384A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dr. Heller; Michael Kaever; Nader Ridane
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US7607329B2; US20060218984A1

Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Freibiegen wird ein zu bearbeitendes Werkstück, wie ein Blech, in Anlage mit einer Biegekante eines Unterwerkzeugs gebracht. Ein Biegestempel wird gegenüber dem Unterwerkzeug so verfahren, dass das Blech durch den Stempel im Sinne des Erzeugens eines vorgegebenen Soll-Biegewinkels über die Biegekante gebogen wird. Dabei wird wenigstens nach einem ersten Biegevorgang der erzielte Biegewinkel gemessen und während des Biegevorgangs in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Biegestempels die aufzubringende Biegekraft und die sich daraus ergebende Messkurve ermittelt. Danach wird aus der auftretenden Abweichung zwischen vorgegebenem Soll-Biegewinkel und erzieltem Biegewinkel und aufgrund der erfassten Messkurve sowie einer modellbasierten Berechnung des Biegeverhaltens ein Korrekturwert für den Ablauf des Biegevorgangs ermittelt, und weitere Biegevorgänge unter Berücksichtigung der Korrekturwerte werden durchgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freibiegen.

Das Freibiegen ist eine Bearbeitung eines Werkstücks bei dem ein zu bearbeitendes Werkstück, wie ein Blech in Anlage mit einer Biegekante eines Unterwerkzeugs gebracht wird. Durch Verfahren eines Stempels zum Unterwerkzeug wird das Blech entlang der Biegekante gebogen wobei durch Steuern oder Regeln des Verfahrwegs des Stempels ein Soll-Biegewinkel im Bleckstück erzeugt wird.

Die Überwachung und das Ermitteln des Erzeugens des Soll-Biegewinkels kann dabei entweder durch entsprechendes manuelles iteratives Einstellen der Biegemaschine durch Nachmessen des erzielten Biegewinkels nach einem Biegevorgang erfolgen oder durch Überwachen des erreichten Biegewinkels während eines Biegevorgangs und durch Steuerung des Biegevorgangs inklusive Nachbiegevorgängen während des Biegens.

Die erste Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Biegen in einem rasch ablaufenden Biegevorgang durchgeführt werden kann, so dass hohe Produktionsgeschwindigkeit erreichbar ist. Allerdings ist der Einstellvorgang aufwändig und muss beispielsweise für jede Charge von Material gesondert durchgeführt werden. Die zweite Vorgehensweise erfordert ein laufendes Messen des Biegewinkels während des Biegens, wodurch das Biegen selbst nur in geringerer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Daher ist diese Vorgehensweise im Großserieneinsatz aufgrund der Prozesszeiten nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber ein Durchführen von Biegevorgängen mit geringer Abweichung zum Soll-Biegewinkel durchzuführen, das von der Arbeitsgeschwindigkeit her für Großserieneinsatz geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß der Erfindung gelöst.

Bei einem Verfahren zum Freibiegen wird ein zu bearbeitendes Werkstück, wie ein Blech, in Anlage mit einer Biegekante eines Unterwerkzeugs gebracht. Ein Biegestempel wird gegenüber dem Unterwerkzeug so verfahren, dass das Blech durch den Stempel im Sinne des Erzeugens eines vorgegebenen Soll-Biegewinkels über die Biegekante gebogen wird. Dabei wird wenigstens nach einem ersten Biegevorgang der erzielte Biegewinkel gemessen und während des Biegevorgangs in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Biegestempels die aufzubringende Biegekraft und die sich daraus ergebende Messkurve ermittelt. Danach wird aus der auftretenden Abweichung zwischen vorgegebenem Soll-Biegewinkel und erzieltem Biegewinkel und aufgrund der erfassten Messkurve sowie einer modellbasierten Berechnung des Biegeverhaltens ein Korrekturwert für den Ablauf des Biegevorgangs ermittelt und weitere Biegevorgänge unter Berücksichtigung der Korrekturwerte werden durchgeführt.

Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, die Abweichung vom Soll-Biegewinkel in Bezug mit der Messkurve zu setzen und daraus die erforderlichen Anpassungen des Biegevorgangs abzuleiten. Hierdurch können die Nachstellarbeiten für die Steuerung des Biegevorgangs gezielt und entsprechend dem Biegeverhalten berechnet vorgenommen werden. So wird die Anzahl der erforderlichen Biegevorgänge bis zum Erreichen einer hohen Biegegenauigkeit reduziert werden. Das Einstellen beruht nicht allein auf Erfahrungswerten des Maschinenführers sondern ist reproduzierbar. Die Schnelligkeit der Einstellung wird dadurch erheblich erhöht. Während nachfolgender Biegevorgänge ist keine einzelne Überwachung des Biegewinkels erforderlich, so dass ohne Weiteres ein schnelles Durchführen des Biegewinkels ermöglicht wird.

Dabei umfasst vorteilhafter Weise das zu Grunde gelegte Modell des Biegevorgangs nicht nur das Berechnen des Biegeverhaltens des Werkstücks sondern auch eine Modell der Maschine auf der der Biegevorgang durchgeführt wird. So können Einflüsse der Maschine, wie Aufweitung und Querkraftkomponenten im Material und dynamisches Verhalten der Biegekante berücksichtigt werden.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste Biegevorgang aufgrund modellbasierter Berechnung des Biegevorgangs erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der erzielte Biegewinkel des ersten Biegevorgangs möglichst nahe am zu erreichenden Soll-Biegewinkel liegt.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Biegevorgang durch Steuern oder Regeln des Verfahrwegs des Stempels nach wenigstens einer der Größen aus Verfahrweg, erforderlicher Stempelkraft oder einer Kombination daraus durchgeführt. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Biegevorgang ein Nachbiegen umfasst. Bei einem Nachbiegen erfolgt ein Biegevorgang und nach einem gewissen Zurückfahren des Stempels, bei dem ein Rückfedern der Biegestelle erfolgen kann, wird ein zweites Biegen durchgeführt. Dies ermöglicht insbesondere ein Erreichen des Soll-Biegewinkels bei Materialien mit hoher Elastizität.

Es entspricht vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, wenn die modellbasierte Ermittlung des Korrekturwertes eine Simulation des Biegevorgangs aufgrund iterativer Berechnung nach einem finite-Elemente-Verfahren enthält. Die Verwendung eines finite-Elemente-Verfahrens ermöglicht ein Berechnen des nicht linearen Biegevorgangs mit guter Genauigkeit, wobei iterativ kleine Biegewinkel berechnet werden, die als lineare Biegevorgänge angesehen werden können. Dies ermöglicht ein einfaches computerberechenbares Modell für den Biegevorgang. Es wird insbesondere ermittelbar, wie groß die zu erreichende Biegekraft bzw. der Verfahrweg des Stempels zu bemessen ist.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung des Korrekturwertes unter Verwendung von Datenbanken für wenigstens eine das Biegeverhalten beeinflussende Einflussgröße.

Durch das Sammeln von Einflussgrößen und zugeordneter erforderlicher Korrekturwerte wird ein erfahrungsbasiertes schnelles Ermitteln der Korrekturwerte ermöglicht. Zwischenwerte können durch geeignete Interpolation bzw. Extrapolation aus bekannten Werten der Datenbanken angenähert werden. Als Einflussgröße kann gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung insbesondere wenigstens eine der Größen aus Querkrafteinfluss, Maschinenmodell, Störgrößen und Rückfederung herangezogen werden. Als Störgrößen sind dabei insbesondere Schwankungen in der Materialzusammensetzung und der Materialstärke des zu biegenden Werkstücks anzusehen. Dabei kann insbesondere aus der Abweichung und Messkurve auf die Einflussgröße und relative Wichtung geschlossen wird. Hierzu wird insbesondere charakterisiert, wie sich aufgrund einer Einflussgröße die Messkurve in ihrem Verhalten über den Verfahrweg hinweg beeinflusst wird. Aus entsprechendem Vergleich mit der gemessenen Messkurve kann dann auf die Wichtung der verschiedenen Einflussgrößen geschlossen werden.

Es entspricht dabei vorteilhafter Ausgestaltung, wenn Zuschnitt und Biegefolge des Werkstücks in Abhängigkeit des modellbasiert ermittelten Biegeverhaltens in der Biegemaschine erfolgt.

Eine erfindungsgemäße Biegemaschine zum Durchführen eines Biegeverfahrens umfasst dabei eine Steuereinrichtung, die die Verfahrbewegung eines Biegestempels gegenüber der Biegekante des Unterwerkzeugs erfasst. Dabei ist eine Messeinrichtung gegeben, die den Weg des Stempels und die in diesem Weg aufgebrachte Kraft, die zum Erreichen des Verfahrwegs erforderlich ist, erfasst.

Nachfolgend ist die Erfindung auch an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, dabei zeigt die einzige Figur ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem Schritt 101 des Verfahrens wird aufgrund der Konstruktionsdaten des zu erzeugenden Werkstücks aufgrund eines Modells des zu bearbeitenden Werkstücks und des erforderlichen Biegevorgangs errechnet, wie der Biegestempel einer Freibiegemaschine zu verfahren ist.
Aufgrund des errechneten Biegevorgangs wird gemäß dem Schritt 102 ein Biegevorgang durchgeführt. Der erzielte Biegewinkel wird gemäß dem Schritt 103 mit dem zu erreichenden Soll-Biegewinkels verglichen. Aufgrund des Vergleichs werden im Schritt 104 die Korrekturwerte ermittelt. Dabei werden im Schritt 104 aus Datenbanken 104a, 104b, 104c, 104d Korrekturwerte zugeführt, die einzelnen Einflussgrößen wie Querkrafteinfluss, Maschinenmodell, Störgrößen und Rückfederung zugeordnet werden.
Die Korrekturwerte werden dann im Schritt 105 auf die verwendeten Steuerungsdaten beaufschlagt. Entsprechend werden dann im Schritt 106 die Steuerungsdaten für nachfolgende Biegevorgänge bestimmt.
Die Daten der Korrekturwerte können wiederum bei der Konstruktion und bei der Bemessung und dem Zuschnitt von entsprechenden zu biegenden Teilen berücksichtigt werden. Auch können über genaue Analyse des Biegeergebnisses des durchgeführten Biegevorgangs neue Werte für die Datenbanken 104a bis 104d generiert werden, so dass der Datenbestand dieser Datenbanken sich laufend erhöht.
Das Verfahren kann mehrfach iterativ durchgeführt werden um eine noch höhere Fertigungsgenauigkeit zu erhalten. Andererseits können schon nach dem ersten Biegevorgang erhaltende Korrekturwerte und die sich daraus gemäß dem Schritt 106 ergebenden Steuerungsdaten des Biegevorgangs für die Serienfertigung des Biegeteils verwendet werden.
Ein Anpassen des Biegevorgangs kann in einfacher Weise auch für jede Charge von Werkstücken gesondert vorgenommen werden um unterschiedlichen Materialeigenschaften Rechnung zu tragen.

Claims

Verfahren zum Freibiegen, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück wie ein Blech in Anlage mit einer Biegekante eines Unterwerkzeugs gebracht wird, – ein Biegestempel gegenüber dem Unterwerkzeug so verfahren wird, dass das Blech durch den Stempel im Sinne des Erzeugens eines vorgegebenen Soll-Biegewinkels über die Biegekante gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens nach einem ersten Biegevorgang der erzielte Biegewinkel gemessen wird, – während des Biegevorgangs in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Biegestempels die aufzubringende Biegekraft und die sich daraus ergebende Messkurve ermittelt wird, – aus der Abweichung zwischen vorgegebenem Soll-Biegewinkel und erzieltem Biegewinkel, – aufgrund der erfassten Messkurve und einer modellbasierten Berechnung des Biegeverhaltens ein Korrekturwert für den Ablauf des Biegevorgangs ermittelt wird und weitere Biegevorgänge unter Berücksichtigung der Korrekturwerte durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegevorgang durch Steuern oder Regeln des Verfahrwegs des Stempels nach wenigstens einer der Größen aus Verfahrweg, erforderlicher Stempelkraft oder einer Kombination daraus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biegevorgang ein Nachbiegen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Ermittlung des Korrekturwertes eine Simulation des Biegevorgangs aufgrund iterativer Berechnung nach einem finite-Elemente-Verfahren enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Korrekturwertes unter Verwendung von Datenbanken für wenigstens eine das Biegeverhalten beeinflussende Einflussgröße erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Einflussgröße wenigstens eine der Größen aus Querkrafteinfluss, Maschinenmodell, Störgrößen und Rückfederung herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus Abweichung und Messkurve auf die Einflussgröße und relative Wichtung geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zuschnitt und Biegefolge in Abhängigkeit des Biegevorgangs erfolgt.
Biegemaschine zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegemaschine eine Steuereinrichtung, die die Verfahrbewegung eines Biegestempels gegenüber der Biegekante des Unterwerkzeugs steuert, aufweist, und dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, welche den Weg des Stempels und die in diesem Weg aufgebrachte Kraft erfasst.