DE102005027640A1

DE102005027640A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Biegerichten länglicher Werkstücke

Info

Publication number: DE102005027640A1
Application number: DE102005027640A
Authority: DE
Inventors: Manfred Mitze
Original assignee: MAE Maschinen und Apparatebau Goetzen GmbH
Current assignee: MAE Maschinen und Apparatebau Goetzen GmbH
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: DE202004009261U1; DE102005027640B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Biegerichten länglicher, in eine Biegevorrichtung beidendig eingespannter Werkstücke, bei dem eine berührende oder berührungslose Ist-Messung des Abstandes der Werkstückoberfläche von einer (raumfesten) vorzugsweise gerade gestreckten Linie an mehreren Punkten der Werkstücklängserstreckung durchgeführt wird und bei dem nach Vergleich mit zugehörenden Sollwerten das Werkstück durch Biegerichten sooft an ausgewählten Punkten der Werkstücklängserstreckung biegegerichtet wird, bis die dabei erzielten Abstands-Ist-Werte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, wobei ein entlang der Linie oder im Abstand zu dieser verfahrbarer Schlitten für das Biegerichten mit Richtambossen und einem oder wenigen Richthämmern ausgestattet und bei in Werkstücklängserstreckung nicht bewegtem Werkstück verwendet wird. Von dem Schlitten wird mindestens eine Abstands-Messfahrt mit mindestens einer Abstandsmesseinrichtung ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.

Praktisch alle automatischen Biegerichtmaschinen messen und richten die Werkstücke an einigen wenigen, über die Länge des Werkstücks hinweg mehr oder minder gleichmäßig verteilten Punkten, wobei das Werkstück in der Richtvorrichtung beidendig eingespannt ist. Der Anzahl der vorgesehenen Richtpunkte entsprechend viele Messeinrichtungen sind an vorgegebenen Positionen entlang der Werkstücklängserstreckung ggf. verstellbar positioniert. Die Richtgenauigkeit und die Dauer des Umrüstens der Messeinrichtungen für unterschiedliche Arten bzw. Abmessungen von Werkstücken hängt davon ab, wie viele Messeinrichtungen entlang der Werkstücklängserstreckung vorgesehen werden bzw. aufgrund der Platzverhältnisse unterbringbar sind. Die Umrüstdauer kann außerordentlich lange sein.

Beispielhaft für den Stand der Technik seien exemplarisch drei Anlagen genannt:

1. Die im Aufsatz „Richten gehärteter Teile" (Zeitschrift HTM, Ausgabe 2/2000, Hanser Verlag, München) im Bild 7 dargestellte automatische Richtanlage für Lenkungszahnstangen ist mit acht Messtastern ausgestattet. Die anliegende 0.A zeigt schematisch die Wirkungsweise. Das Werkstück ist in den Aufnahmen drehbar gespannt. Über die Länge hinweg verteilte Meseinrichtungen erfassen die Krümmung. Die Krümmung wird „nach oben gedreht", der in axialer Richtung verschiebbare Richthammer fährt an die Stelle der höchsten Krümmung. Nach Einschieben zweier Ambosse auf der Unterseite des Werkstücks kann der Richthub durchgeführt werden; der Hammer fährt nach unten und biegt das nach unten durch die Ambosse abgestützte Werkstück so weit durch, dass die Krümmung beseitigt ist.
2. Die im Prospekt „Torsion- und Biegerichten für Profile" der Firmengruppe Jenny/Galdabini auf der Seite 4 abgebildete automatische Richtanlage für Profile ist mit insgesamt zwölf Messeinrichtungen und je zwölf Hämmern und Ambossen abgebildet, anliegende 0.B zeigt das Konzept schematisch. Alle Ambosse und Hämmer können über Pneumatikzylinder in eine Ruhestellung oder an das Werkstück in Arbeitsstellung gefahren werden. So können die Werkstücke ohne Wenden nach oben oder unten biegegerichtet werden.
3. Im Prospekt „Automatische Richtanlagen für lange Werkstücke" der Firma MAE ist im Bild auf den Seiten 2/3 eine Langteilrichtanlage entsprechend dem Deutschen Patent 101 44 135 dargestellt. Die Schemadarstellung in anliegender 0.C läßt zwar den deutlich erkennbar geringeren Bauaufwand erkennen, der durch die neuartige Bauform mit auf einem verfahrbaren Richtkopf montierten Ambossen möglich wurde. Gleichwohl sind auch hier noch sehr viele Messeinrichtungen erforderlich.

Gemeinsam ist allen Anlagen, dass über die Werkstücklänge hinweg sehr viele Messeinrichtungen zur Erfassung der Krümmung installiert sind. Dies hat im wesentlichen zwei wichtige Nachteile:
Einerseits ist die Umrüstdauer außerordentlich lang. Vor allem bei Werkstücken mit geringer Losgröße ist das Umrüsten so zeitaufwändig, dass sich die Investition in eine automatische Richtanlage nicht rentiert und weiterhin manuell gerichtet wird.

Ein weiterer Nachteil üblicher Anlagen besteht darin, dass Messeinrichtungen je Werkstücktyp nur an einmal definierten Positionen installiert sind. Vor allem bei schlanken und/oder langen Bauteilen ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die Stellen der höchsten Krümmungen nicht sicher erfasst und gerichtet werden.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei möglichst kurzer Umrüstdauer eine möglichst große Biegericht-Genauigkeit zu verwirklichen. Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens durch die Merkmales des Anspruchs 1 und hinsichtlich einer Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Die Erfindung basiert dabei auf dem Grundgedanken, das in seiner Längserstreckungsrichtung während des gesamten Biegerichtvorgangs ortsfeste und in der Biegerichtvorrichtung beidendig eingespannte Werkstück in der Weise zu vermessen, dass wenigstens eine oder allenfalls einige wenige Messvorrichtung/en gemeinsam mit dem einen oder den wenigen Richthämmern sowie den vorzugsweise zwei Richtambossen auf einem Schlitten angeordnet und entlang des Werkstücks verfahren wird/werden. Hierdurch wird erreicht, dass annähernd jeder beliebige Punkt entlang der Längserstreckungsrichtung des Werkstückes angefahren werden kann, um vermessen und gegebenenfalls biegegerichtet zu werden. Damit kann die Gesamtqualität des Werkstücks deutlich zuverlässiger beurteilt werden. Dadurch, dass das Richten immer gezielt an der Stelle der tatsächlich größten Krümmung erfolgen kann und nicht an der nächstgelegenen Messeinrichtung, können Taktzeit und Richtgenauigkeit positiv beeinflusst werden. Dies gilt insbesondere, wenn das Werkstück ausgeprägte Knicke aufweist. Dort, wo sich ändernde Querschnittsgeometrien des Werkstückes begegnen, sind natürlich einige Punkte von der Möglichkeit des Biegerichtens ausgeschlossen. Da das Werkstück erfindungsgemäß nicht entlang seiner Längserstreckungsrichtung bewegt wird, werden mechanische Belastung des Werkstückes und insbesondere Werkstückschwingungen und dergleichen besonders gering gehalten, was sich werkstückschonend und ebenfalls genauigkeitsfördernd auswirkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fährt der Schlitten innerhalb eines oder mehrerer vorgegebener, in Werkstückslängserstreckung vorgesehener Messfenster Punkte entlang der Werstücklängserstreckung an, die, insbesondere während einer Ist-Abstands-Messfahrt des Schlittens, ermittelt werden. Das Vorsehen derartiger Messfenster gestattet eine Optimierung des Biegerichtens, welche sich sowohl genauigkeitsverbessernd als auch taktzeitvermindernd auswirken kann.

Gemäß der Erfindung werden Richthammer und Richtambosse der Lage des ermittelten Biegerichtpunktes entsprechend mittels des Schlittens in die jeweilige Position gebracht. Das anschließende Biegerichten erfolgt im Bedarfsfall auch mehrfach an demselben oder an anderen Punkten entlang der Längserstreckung des Werkstückes und insbesondere innerhalb des oder der etwa vorgesehenen Messfenster/s. Weitere Biegerichtschritte werden ggf. vorgenommen, nämlich bis an allen Punkten der Längserstreckung oder innerhalb des Messfensters oder der übrigen Messfenster die erzielten Ist-Abstandswerte innerhalb der Toleranz liegen. Im Bedarfsfall wird das Werkstück um seine Längserstreckungsachse ge dreht, falls ein Biegerichten in unterschiedlichen Drehlagen erforderlich sein sollte.

Wenn die bei einer Messfahrt ermittelten Oberflächenfehler des Werkstücks oder Messfehler vor dem Biegerichten herausgefiltert werden, so werden dadurch u.a. überflüssige Biegerichtschritte vermieden.

Wenn beim Biegerichten von Werkstücken oder Werkstücksbereichen, die im Querschnitt kreiszylindrig sind, dass Werkstück rotierbar zwischen Spitzen oder dergleichen eingespannt wird, kann dadurch u.a. der Zeitaufwand für Messfahrten und/oder für das Biegerichten vermindert werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Schlitten mit dem Messtaster bei sich kontinuierlich drehendem Werkstück verfahren wird, sodass der Messtaster das Werkstück in Spiralform abfährt.

Eine besonders hohe Biegerichtgenauigkeit und/oder Verkürzung der Taktzeiten wird erreicht, wenn neben einem Vermessungssensor im Biegerichtpunkt zumindest an einer Seite des Biegerichtpunktes und mit Abstand von diesem ein Vergleichsmesssensor auf dem Schlitten oder ortsfest vorhanden ist. Der/die Vergleichstaster dienen dabei als Bezugsnormal zur unmittelbaren Bewertung des Richterfolgs ohne erneutes Verfahren der Messtaster.

Die auf dem fahrbaren Schlitten vorgesehenen Ambosse sind in an sich bekannter Weise vorzugsweise abstandsveränderbar und bezüglich des zumeist einen Richthammers positionierbar, um den Biegerichtschritt zu optimieren.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, sodass die in dem An wendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Richtbiegevorrichtung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen
1.1 eine Richtbiegemaschine (Prinzipdarstellung) in der Seitenansicht;
1.2/1.3 dieselbe Richtbiegemaschine bei verschiedenen Schlittenpositionen;
2 dieselbe Richtbiegemaschine mit Vergleichsmesseinrichtungen;
3 eine alternative Ausführungsform einer Richtbiegemaschine für das Richten nicht rotationssymmetrischer Werkstücke;
4 zwei Weg-Krümmungskurven (oben Rohkurve, unten geglättet),
5.1 bis 5.3 eine Weg-Krümmungskurve mit verschiedenen Messfenstern
Die 1.1 zeigt das Werkstück 100, eingespannt in zwei drehbaren und abgefederten Aufnahmen 2.1 und 2.2. Richthammer 3, Ambosse 4 und 5 sowie die Messeinrichtung 6 sind in einem gemeinsamen, über die Werkstück-Längsachse hinweg verfahrbaren Schlitten 1 montiert. Durch Verfahren des Schlittens kann das Werkstück 100 an beliebigen Stellen vermessen und unmittelbar gerichtet werden.
Die 1.2 und 1.3 zeigen dieselbe Vorrichtung. Der Schlitten ist lediglich in anderen Positionen verfahren.
In 2 ist die Anordnung von zwei Vergleichsmesseinrichtungen 7 und 8 angedeutet. Diese beiden Taster dienen als Messnormal, um nach erfolgtem Richthub den Richterfolg am Taster 6 präzise ablesen zu können, auch wenn die Werkstückaufnahmen 2.1 und/oder 2.2 das Werkstück nicht exakt wieder in die Ausgangslage bringen.
3 zeigt eine Variante für das Profilrichten. Außer den Ambossen 4.1 und 4.2 sowie dem Richthammer 3.1 sind auf dem Schlitten zusätzlich noch der gegenüberliegende Hammer 3.2 sowie die gegenüberliegenden Ambosse 4.3 und 4.4 installiert.
Profile werden in den Lagen 0°/180° bzw. 90°/270° gerichtet. Um unnötige Wendevorgänge von 0° auf 180° bzw. von 90° auf 270° zu vermeiden, können die Hämmer und Ambosse so aktiviert werden, dass das Werkstück in der Zeichenebene betrachtet nach unten (Ansteuerung von Hammer 3.1 und Ambossen 4.1 und 4.2) oder wahlweise auch nach oben unten (Ansteuerung von Hammer 3.2 und Ambossen 4.3 und 4.4) durchgebogen und gerichtet werden kann.
4 zeigt im oberen Teil beispielhaft das Ergebnis einer Messfahrt mit einer Vorrichtung gemäß 1.1. Die dargestellte Kurve zeigt die aktuelle Krümmung des Werkstücks, beinhaltet aber auch alle Oberflächenfehler des Bauteils. Eine abfahrende Messung bietet jedoch im Gegensatz zu fest installierten Messtastern gemäß den 0.A bis 0.C die Möglichkeit, Oberflächenfehler durch entsprechende mathematische Algorithmen auszufiltern und von der Krümmung zu trennen. Im unteren Teil ist als Ergebnis die zugehörige, gefilterte Kurve dargestellt.
Die 5.1 bis 5.3 zeigen schematisch das Richtverfahren mit Hilfe von Messfenstern. Von einer Seite beginnend, wird das Werkstück zunächst nicht über die ganze Länge hinweg, sondern nur über die (frei programmierbare) Länge eines Bereichs ("Messfensters") hinweg abgefahren, siehe hierzu 5.1. Die Abstands-Messwerte B1 und B2 am linken und rechten Fensterrand werden sodann zum Bezugsnormal, indem die Messwerte innerhalb des Fensters nicht hinsichtlich ihres Absolutwerts, sondern hinsichtlich ihres Abstands zur Verbindungslinie G der beiden Messpunkte an den Endwerte ausgewertet werden (siehe 5.2).
Durch entsprechend den Anforderungen variable Fensterbreiten und praktisch unbegrenzt viele Mespunkte pro Längeneinheit können auch lokal eng begrenzte Verformungen erkannt und beseitigt werden.
Das Richten mit anschließendem Messen im Bereich des Fensters wird so lange fortgesetzt, bis das Werkstück über die gesamte Fensterbreite hinweg innerhalb der Krümmungstoleranz liegt. Ist dies der Fall, so wird das Fenster um eine frei eingebbare Wegstrecke "weitergeschoben" (siehe 5.3). Der Mess- und Richtvorgang wiederholt sich an der neuen Fensterposition. Das Richten und Weiterschieben wird fortgesetzt, bis innerhalb die zulässige Krümmungstoleranz über die gesamte Längserstreckung deserkstücks hinweg eingehalten wird.
Gegebenenfalls kann dann die Gesamtlänge nochmals kontrolliert werden, um eine Verformung bereits biegegerichteter Bereiche sicher ausschließen zu können. Falls erforderlich, werden solche Bereiche in oben beschriebener Weise nachgerichtet

Claims

Verfahren zum automatischen Biegerichten länglicher, in eine Biegerichtvorrichtung beidendig eingespannter Werkstücke, bei dem eine berührende oder berührungslose Ist-Messung des Abstandes der Werkstückoberfläche von einer (raumfesten) vorzugsweise gerade gestreckten Linie an mehreren Punkten der Werkstücklängserstreckung durchgeführt wird und bei dem nach Vergleich mit zugehörenden Sollwerten das Werkstück durch Biegerichten sooft an ausgewählten Punkten der Werkstücklängserstreckung biegerichtgebogen wird, bis die dabei erzielten Abstands-Ist-Werte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, wobei ein entlang der Linie oder im Abstand zu dieser verfahrbarer Schlitten für das Biegerichten mit Richtambossen und einem oder wenigen Richthämmern ausgestattet und bei in Werkstücklängserstreckung nicht bewegtem Werkstück verwendet wird, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Abstands-Messfahrt mit mindestens einer Abstandsmesseinrichtung von dem Schlitten ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten innerhalb eines oder mehrerer vorgegebener, in Werkstücklängsterstreckung vorgesehener Messfenster durch eine Ist-Abstands-Messfahrt des Schlittens ermittelte Punkte entlang der Werkstücklängserstreckung anfährt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abstands-Messfahrt ermittelte Oberflächenfehler des Werkstücks oder Messfehler vor dem Biegerichten herausgefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Biegerichten von im Querschnitt kreiszylindrischen Werkstücken oder Werk stückbereichen das Werkstück rotierbar zwischen Spitzen oder dergleichen eingespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster durch gleichzeitiges Rotieren des Werkstücks und Verfahren des Schlittens das Werkstück spiralförmig abfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schlitten neben einem auf den Richtpunkt ausgerichteten Abstandsmesssenor (RMS) an zumindest einer Seite und im Abstand von diesem ein Vergleichsmesssensor (VMS) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten neben der/den Messeinrichtungen für das Richten profilartiger Werkstücke jeweils drei Ambosse und Hämmer trägt, um das Werkstück ohne Wendeoperationen in zwei Richtungen biegerichten zu können.
Vorrichtung zum automatischen Biegerichten länglicher, in einer Biegerichtvorrichtung beidendig eingespannter Werkstücke, die eine berührende oder berührungslose Ist-Messung des Abstandes der Werkstückoberfläche von einer (raumfesten) vorzugsweise gerade gestreckten Linie an mehreren Punkten der Werkstücklängsterstreckung gestattet und mit der nach Vergleich mit zugehörenden Sollwerten das Werkstück durch Biegerichten sooft an ausgewählten Punkten der Werstücklängsterstreckung biegegerichtet wird, bis die dabei erzielten Abstands-Ist-Werte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, mit einem entlang der Linie oder im Abstand zu dieser verfahrbaren Schlitten (10) welcher für das Biegerichten mit Richtambossen (4.1, 4.2; 4.3, 4.4) und mit einem oder wenigen Richthämmern (3; 3.1, 3.2) ausgestattet ist und über das in Werkstücklängsterstreckung nicht bewegte Werkstück 100 dessen Länge nach verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schlitten (10) mindestens eine Abstandsmesseinrichtung (6) derart angeordnet und mit einer Auswerteeinheit wirkverbunden ist, dass während mindestens einer Abstands-Messfahrt Ist-Messungen des Abstandes zur Werkstückoberfläche durchführbar und als Weg-Krümmungskurve speicherbar und/oder optisch darstellbar sind.