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Diese
Erfindung betrifft eine Metalldrückmaschine,
und im Besonderen eine Metalldrückmaschine
vom Teaching-Playback-System, d.h. einem System, das einen eingelernten
Arbeitsablauf wiedergeben kann.
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Metalldrücken ist
ein plastischer Umformprozess, der ein Umformen ausführt, indem
ein Werkstück
aus einem Platten- oder Rohrohling (Ronde) an einem Dorn angebracht
wird, das Werkstück
in Verbindung mit den Dorn in Rotation versetzt wird, und das Werkstück mit einem
Walzenwerkzeug gegen den Dorn gepresst wird. Dieser Umformprozess
wird weitläufig
als ein Verfahren zum Umformen von Produkten, bei denen Metall als
ein Rohmaterial verwendet wird, für die Herstellung von solchen
Teilen und Produkten wie Haushaltsbehälter, dekoratives Kunsthandwerk,
Beleuchtungskörper,
Kessel, Tanks, Düsen,
Maschinenteile, Parabolantennen und Reifenräder verwendet.
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Eine
Metalldrückmaschine
umfasst eine Hauptwelle zum Drehen des Dorns und des Werkstückes und
mehrere einander überschneidende
Linearstellglieder zum Pressen des Werkstücks gegen den Dorn, indem das
Walzenwerkzeug angetrieben wird. In den herkömmlichen Drückmaschinen sind Hydraulikzylinder
oder Kugelumlaufspindelmechanismen, die von Servomotoren rotatorisch
angetrieben werden, als Linearstellglieder zum Antreiben des Walzenwerkzeugs
verwendet worden.
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Bei
der Steuerung des Walzenwerkzeugs ist weitläufig das Teaching-Playback-Verfahren
verwendet worden, das abgesehen von einem Rückgriff auf die gewöhnliche
numerische Steuerung durch Eingabe von Positionskoordinaten in Zahlenwerten
erfordert, dass der Bediener einen tatsächlichen Umformarbeitsgang
durchführt,
indem er das Walzenwerkzeug mit einem Bedienhebel manuell bedient,
einen Bedienerbefehl wiedergibt, der in der Zwischenzeit gespeichert
wurde, und bewirkt, dass das anschließende Umformen durch den Bedienerbefehl
ausgeführt
wird. Obwohl für
das Metalldrücken
mit mehreren Durchgängen,
bei dem ein Werkstück
allmählich umgeformt
wird, die Bahn des Walzenwerkzeugs wichtig ist, der die Erfahrung
und das Können
eines gelernten Bedieners zugrunde liegt, ermöglicht das Teaching-Playback-Verfahren,
dass diese wichtige Bahn bei einer automatischen Produktion leicht
wiedergegeben oder reproduziert werden kann. Während darüber hinaus das Metalldrücken eine
genaue Steuerung des Abstandes zwischen dem Dorn und dem Walzenwerkzeug
in Übereinstimmung
mit der Wanddicke eines nach dem Umformarbeitsgang erhaltenen Produktes
erfordert, ermöglicht
das Teaching-Playback-Verfahren
eine leichte Realisierung eines angemessenen Abstandes, da die Dickeneinstellung
zum Zeitpunkt des Teachens oder Einlernens implementiert wird.
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Wenn
Kugelumlaufspindelmechanismen als Linearstellglieder verwendet werden,
führt die
negative Wechselwirkung, die zwischen dem Walzenwerkzeug und dem
Dorn im Verlaufe des Einlernens stattfindet, evtl. dazu, dass eine Überlastung
erzeugt und etwa der Kraftübertragungsmechanismus
beschädigt
wird, da der Servomotor im Allgemeinen mit einer Positionssteuerung
oder Drehzahlsteuerung gesteuert wird und folglich leicht einen
Zustand erhöhter
Steifigkeit annimmt. Daher benutzt die Metalldrückmaschine des Teaching-Playback-Systems häufiger den
Hydraulikzylinder als Stellglied. Die japanischen Patente Nr. 1640675
und Nr. 1704269 schlagen zur Verwendung in der Metalldrückmaschine
des Teaching-Playback-Systems ein Verfahren zum Zurückhalten
des Hydraulikdrucks etwa mittels eines Entlastungsventils vor, wodurch
in der Folge eine zu starke Umformkraft verhindert wird.
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Die
herkömmliche
Metalldrückmaschine,
die das Walzenwerkzeug mit einem hydraulischen Mechanismus antreibt,
bedingt Arbeitsstunden beim Umgang mit dem Fluidwiderstand in dem
Rohrleitungssystem für
Hydraulikfluid, beim Richtigstellen des Ansprechvermögens des
Ventils und darüber
hinaus beim Aufrechterhalten des Managements des Hydraulikfluids
und ist gegenüber
Einflüssen
durch Temperaturänderung
empfindlich. Sie war auch nachteilig im Hinblick auf Umweltverschmutzung durch
Leckage von Hydraulikfluid und war im Hinblick auf den Einbauort
eingeschränkt.
Wenn andererseits der Kugelumlaufspindelmechanismus verwendet wird,
konnte die Kraftsteuerung aufgrund des Reibungswiderstandes und
des Spiels des Spindelmechanismus, der Elastizität der Verbindung zwischen dem
Antriebsmotor und der Kugelumlaufspindel und dergleichen nicht mit
ausreichendem Ansprechvermögen
realisiert werden.
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Diese
Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme getätigt worden
und strebt an, eine Metalldrückmaschine
von dem Teaching-Playback-System
bereitzustellen, die trotz der Verwendung eines elektrischen Stellgliedes
leicht gehandhabt werden kann, und die ermöglicht, Einlernvorgänge durchzuführen, ohne
dass aufgrund von Überlastung
Bruch erzeugt wird, selbst wenn das Walzenwerkzeug und der Dorn
in negativer Wechselwirkung stehen.
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Im
Hinblick darauf, das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende
Erfindung als ihren ersten Aspekt eine Metalldrückmaschine bereit, umfassend einen
Dorn, der in Rotation gehalten wird, ein Walzenwerkzeug, mit dem
ein Werkstück
in Form eines Plattenrohlings gegen den Dorn gepresst wird, um das
Werkstück
umzuformen, Linearmotoren, die eine Druckkraft proportional zu einem
treibenden elektrischen Strom erzeugen und das Walzenwerkzeug antreiben,
einen Bedienhebel, der einen Bedienerbefehl an die Linearmotoren
ausgibt, und eine Steuereinheit, die einen Speicher umfasst, wobei
ein manueller Betrieb des Walzenwerkzeugs mit dem Bedienhebel durch
einen Bediener, wobei der Bedienerbefehl als Lehre aufgenommen wird,
das Werkstück
in eine vorgeschriebene Gestalt umformt, und der Speicher der Steuereinheit
den Bedienerbefehl speichert, der dann an den Linearmotor ausgegeben
wird, damit anschließend
eine gleiche Gestalt in Bezug auf die Werkstücke aus Plattenrohlingen wiederholt
geformt werden kann.
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Der
zweite Aspekt der Erfindung umfasst die Metalldrückmaschine des ersten Aspekts,
wobei der Bedienerbefehl eine Zielposition des Walzenwerkzeugs angibt,
die erhalten wird, indem eine Geschwindigkeit, die in den Linearmotor
proportional zu einem Winkel des Bedienhebels eingegeben wird, integriert
wird, und der treibende elektrische Strom des Linearmotors auf der
Basis einer Rückkopplung
einer Abweichung zwischen der gegenwärtigen Position und der Zielposition
des Walzenwerkzeugs entschieden wird.
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Der
dritte Aspekt der Erfindung umfasst die Metalldrückmaschine des zweiten Aspekts,
wobei für jede
Zielpositionsbewegung des Walzenwerkzeugs über mehr als einen festen Abstand
während
des Einlernens des Bedienerbefehls die Zielposition und ein Zeitpunkt
dieses Moments in dem Speicher gespeichert werden und eine Übereinstimmung
zwischen der Zielposition und einer Passierzeit zum Zeitpunkt der
Wiedergabe variabel ist.
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Diese
Erfindung ist wie oben beschrieben ausgestaltet und ermöglicht es,
dass sich der nachstehend beschriebene Effekt manifestiert.
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In
der Metalldrückmaschine
dieser Erfindung können
die darin verwendeten Linearmotoren eine Druckkraft proportional
zu einem treibenden elektrischen Strom erzeugen, damit die erzeugte
Druckkraft direkt auf das angetriebene Objekt ohne das Eingreifen
eines Übertragungsmechanismus,
wie etwa Kugelumlaufspindeln, ausgeübt wird. Da die Maschine keinen
gleitenden Teil besitzt, geht der Reibungswiderstand allein von
dem Linearlager in dem Linearführungsmechanismus
aus, und somit ist der durch Reibung hervorgerufene Druckkraftverlust
gering. Es wird somit möglich
gemacht, eine Umformmaschine von dem Teaching-Playback-System herzustellen,
bei der ein Bruch an dem Übertragungsmechanismus
durch Überlastung
verhindert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist daher
die Metalldrückmaschine,
die eine Umformung eines Werkstückes aus
einem Plattenrohling durchführen
kann, indem das Werkstück
mit einem Walzenwerkzeug gegen einen Dorn gepresst wird, der in
Rotation gehalten wird, mit Linearmotoren versehen, die eine Druckkraft
proportional zu einem treibenden elektrischen Strom erzeugen und
das Walzenwerkzeug antreiben, einem Bedienhebel, der einen Bedienerbefehl
an die Linearmotoren ausgibt, und einer Steuereinheit, die einen
Speicher umfasst. Deshalb kann der Bediener, bei Aufnahme einer
Bedienerbefehls als Lehre, ein Werkstück in eine vorgeschriebene
Gestalt umformen, indem das Walzenwerkzeug mit dem Bedienhebel manuell
bedient wird, bewirken, dass in der Zwischenzeit ein Bedienerbefehl
in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert wird, und ermöglichen, dass
anschließend
die gleiche Gestalt in Bezug auf Werkstücke aus Plattenrohlingen wiederholt
geformt werden kann, indem der in dem Speicher gespeicherte Bedienerbefehl
an den Linearmotor ausgegeben wird. Diese Maschine er möglicht eine
leichtere Handhabung, etwa bei der Wartung, als wenn Hydraulikzylinder
verwendet werden, und vermeidet die Notwendigkeit, ein Mittel bereitzustellen,
um eine übermäßige Umformkraft
zu verhindern. Selbst wenn das Walzenwerkzeug und der Dorn in negativer
Wechselwirkung stehen, kann der Einlernvorgang für das Drücken ausgeführt werden, ohne evtl. einen
Bruch aufgrund einer Überlastung
einzuleiten, wie es in dem Kugelumlaufspindelmechanismus geschehen
konnte.
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Darüber hinaus
ermöglicht
diese Erfindung, dass die Bewegung des Walzenwerkzeugs nahezu so
getreu wie in dem Fall eines Einlernens wiedergegeben werden kann,
selbst wenn eine negative Wechselwirkung, wie etwa Reibung, vorhanden
ist, da der Bedienerbefehl zu der Zielposition des Walzenwerkzeugs
gehört,
die erhalten wird, indem die Geschwindigkeit, die in die Linearmotoren
proportional zu dem Winkel des Bedienhebels eingegeben wird, integriert
wird und der treibende elektrische Strom des Linearmotors auf der
Basis der Rückkopplung
der Differenz zwischen der gegenwärtigen Position des Walzenwerkzeugs
und der Zielposition entschieden wird.
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Diese
Erfindung ermöglich
eine Speicherung von Einlerndaten in einem kleinen Speicherraum, selbst
wenn das Teachen oder Einlernen Zeit benötigt, und lässt eine Verringerung der Umformzeit
im Verlaufe der Wiedergabe zu, da in der Metalldrückmaschine
für jede
Zielpositionsbewegung des Walzenwerkzeugs über mehr als einen Abstand
während des
Einlernens des Bedienerbefehls die Zielposition und der Zeitpunkt
dieses Moments in dem Speicher gespeichert werden und die Übereinstimmung
zwischen der Zielposition und der Passierzeit zum Zeitpunkt der
Wiedergabe variabel ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, in diesen ist:
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1 eine
schematische Ansicht, die ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Metalldrückmaschine
zeigt;
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2(a) eine erläuternde
Ansicht, die eine Übersicht
der Steuerung in der Einlernbetriebsart der Metalldrückmaschine
von 1 darstellt;
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2(b) eine erläuternde
Ansicht, die eine Übersicht
der Steuerung in der Wiedergabebetriebsart der Metalldrückmaschine
von 1 darstellt; und
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3 eine
erläuternde
Ansicht, die das Konzept der Zielposition in den Einlerndaten der
Metalldrückmaschine
von 1 darstellt.
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Das
Ziel der Ausführung
eines Einlernvorgangs, ohne hydraulische Mechanismen zu verwenden
oder möglicherweise
einen Bruch aufgrund von Überlastung
hervorzurufen, selbst bei Anwesenheit einer negativen Wechselwirkung
zwischen dem Walzenwerkzeug und dem Dorn, wird durch eine Umformvorrichtung
realisiert, die versehen ist mit Linearmotoren, die eine Druckkraft
proportional zu einem treibenden elektrischen Strom erzeugen, einem
Bedienhebel, der einen Bedienerbefehl an die Linearmotoren ausgibt,
und einer Steuereinheit, die einen Speicher umfasst und in der Folge
bei Aufnahme einer Lehrvorgangs (teaching) den Bedienerbefehl in dem
Speicher speichern kann und danach bewirkt, dass der in dem Speicher
gespeicherte Bedienerbefehl mit den Linearmotoren wiedergegeben
wird.
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Nun
wird ein Beispiel der Metalldrückmaschine
dieser Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht der Metalldrückmaschine dieser Erfindung.
Ein Werkstück 1 ist
auf einem Dorn 3 mit einem Reitstock 2 zentriert und
wird von einem Hauptwellenmotor 4 zusammen mit dem Dorn 3 in
Rotation versetzt. Ein Walzenwerkzeug 5 verfährt vor
oder zurück
in der radialen Richtung (y-Richtung) des Dorns 3 durch
einen Lineartisch 7, der von einem Linearmotor 6 angetrieben
ist, der aus einem Stator 6a und einem Bewegungselement 6b zusammengesetzt
ist. Der Lineartisch 7 verfährt vor- oder zurück in der
Richtung der Drehachse (x-Richtung)
des Dorns 3 durch einen Lineartisch 9, der durch
einen Linearmotor 8 angetrieben ist, der aus einem Stator 8a und
einem Bewegungselement 8b zusammengesetzt ist. Das Werkstück 1 wird
mit dem Walzenwerkzeug 5 gegen den Dorn 3 gepresst und
von einer flachen Platte 1a in der Anfangsform abschließend in
eine Gestalt 1b, die sich an den Dorn 3 anschmiegt,
umgeformt.
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Ein
Bedienhebel 10 ist mit einem Einbaupotentiometer versehen
und kann Spannungssignale von Geschwindigkeitseingängen jeweils
proportional zu den Neigungen des Hebels in der x-Richtung bzw. der
y-Richtung in die A/D-Wandler 12x und 12y eines Computers
(Steuereinheit) 11 eingeben. Die elektrischen Strombefehle,
die in Richtung der Linearmotoren gelenkt werden, werden in Servoverstärkern 14x und 14y über D/A-Wandler 13x und 13y ausgegeben,
und erzeugen treibende elektrische Ströme für die Linearmotoren 6 und 8.
Die Linearmotoren 6 und 8 sind mit Positionssensoren,
wie etwa Encodern, versehen, die die Positionen der Bewegungselemente 6b und 8b detektieren
können,
und die resultierenden Positionssignale werden in einen Zähler 15 eingegeben.
Eine CPU 16 des Computers (Steuereinheit) 11 nimmt
die relevanten Signale über
die A/D-Wandler 12x und 12y und den Zähler 15 auf, führt eine
Computerverarbeitung zum Zweck einer Steuerung aus, leitet die Produktion
von Steuersignalen von den D/A-Wandlern 13x und 13y für die Servoverstärker 14x und 14y ein,
und speichert einen Bedienerbefehl in einem Speicher 7.
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Ein
schematisches Schaubild der Steuerung, die durch diese Erfindung
in Betracht gezogen wird, ist in 2 dargestellt.
In der Einlernbetriebsart von 2(a) wird,
wenn ein Bediener den Bedienhebel 10 betätigt, ein
Geschwindigkeitseingang (Vx, Vy) proportional zum Winkel des Hebels
erzeugt. Die elektrischen Strombefehle zu dem Servoverstärker 14 werden
bestimmt, indem die Differenz (Δx, Δy) zwischen
der Zielposition (xd, yd) des Walzenwerkzeugs, die erhalten wird,
indem der Geschwindigkeitseingang (Vx, Vy) mit einem Integrator
integriert wird, und den gegenwärtigen
Positionen x und y des Walzenwerkzeuges, die von dem Zähler 15 eingegeben
werden, berechnet wird und eine Positionssteuervorschrift, wie etwa
die Proportional-Differenzial-Regelung, darauf angewandt wird. Infolge
des vorhergehenden Vorganges wird es möglich gemacht, das Walzenwerkzeug
zu bewegen und das Werkstück
gemäß der Hebelbetätigung des
Bedieners umzuformen. Indem die Rückkopplungsverstärkung in
der Proportional-Differenzial-Regelung
auf eine Größe auf der
kleinen Seite eingestellt wird, oder indem die Steuerung mit dem
größten elektrischen Strom
bei dem elektrischen Strombefehl für den Servoverstärker eingestellt
wird, kann das Auftreten einer Überlastung
selbst bei Vorhandensein einer negativen Wechselwirkung zwischen
dem Walzenwerkzeug und dem Dorn verhindert werden. Darüber hinaus
werden gleichzeitig die Zielpositionen (xd, yd) des arbeitenden
Walzenwerkzeugs in der Form eines Arrays von Bedienerbefehlen in
dem Speicher 17 gespeichert.
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Andererseits
werden in der Playback- oder Wiedergabebetriebsart von 2(b) die in dem Speicher 17 gespeicherten
Zielpositionen (xd, xd) des Walzenwerkzeugs nacheinander als Bedienerbefehle
extrahiert und in die Positionssteuerungsseite ähnlich wie bei der Teach- oder
Einlernbetriebsart von 2(a) eingegeben.
Infolgedessen kann das Walzenwerkzeug die gleiche Bewegung wie die
von dem Bediener gelehrte Bewegung wiedergeben und das Werkstück in die
gleiche Gestalt umformen. Wenn die Bedienerbefehle in diesem Fall
als elektrische Strombefehle für
den Servoverstärker
oder die Geschwindigkeitsbefehle des Walzenwerkzeugs in den Speicher 17 gespeichert
werden, verhindert möglicherweise
die Anhäufung
von Regel- oder Steuerfehlern, etwa aufgrund von Reibung, dass zwingend
die gleiche Bewegung wie im Fall des Einlernens wiedergegeben wird.
Wenn erfindungsgemäß die Zielpositionen
des Walzenwerkzeugs im Voraus als Bedienerbefehle gespeichert werden,
kann jedoch die Bewegung des Walzenwerkzeugs nahezu gleich der Bewegung,
die durch das Einlernen erzeugt wird, selbst bei Vorhandensein einer
Störung aufgrund
von Reibung getreu wiedergegeben werden, da die Störung durch
die Positionssteuervorschrift kompensiert und das Walzenwerkzeug
in der Nähe
der Zielposition angehalten wird.
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Es
kann sein, dass in der Einlernbetriebsart, wenn der Bediener besonders
unerfahren ist oder das Werkstück
eine Materialform besitzt, für
die keine Erfahrung vorliegt, der Bediener im Lernverlauf das Walzenwerkzeug
anhält
und den Umformungszustand betrachtet oder den Umformungsarbeitsgang fortsetzt,
während
er die Bewegung des Walzenwerkzeugs stark verlangsamt. Die Speicherung
von Bedienerbefehlen wird im Allgemeinen in Intervallen mit einer
festen Länge
implementiert. Wenn ein derartiger Einlernvorgang, wie er oben erwähnt wurde, stattfindet,
wird ein großes
Speichervolumen durch die unnötigen
Daten verbraucht, die beschafft werden, wenn das Walzenwerkzeug
in einem praktisch angehal tenen Zustand gehalten wird, und es wird auch
Zeit bei dem Umformungsarbeitsgang bei der Wiedergabe vergeudet.
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Für jede Zielpositionsbewegung
des Walzenwerkzeugs über
mehr als einen festen Abstand hinaus, werden daher die Zielposition
und der Zeitpunkt dieses Moments gespeichert (3).
In dem Moment, in dem der Ausdruck (x – xn-1)2 + (y – yn-1)2 ≥ d2, wobei (xn-1, yn-1) die zuletzt gespeicherte Zielposition bezeichnet,
und (x, y) die gegenwärtige
Zielposition des Walzenwerkzeugs bezeichnet, wird (x, y) als die nächste Zielposition
(xn, yn) gespeichert.
Ebenso wird der Zeitpunkt dieses Moments als Tn gespeichert. Der
Abstand zwischen den benachbarten Zielpositionen wird als etwa "d" gespeichert.
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In
dem Fall des Playbacks oder der Wiedergabe, wenn angenommen wird,
dass Tn die Zeit bezeichnet, die seit dem Referenzzeitpunkt verstreicht, und
wenn bewirkt wird, dass das Walzenwerkzeug die Zielposition (xn, yn) anfährt, wird
die Bewegungsweise des Walzenwerkzeugs vollständig gleich der, die durch
die Wiedergabe verlangt wird. Die Übereinstimmung zwischen der
Zielposition (xn, yn)
und die verstrichene Zeit können
verändert
werden. Wenn beispielsweise die Zielposition (xn,
yn) mit den Intervallen einer festen Länge nΔT anstelle
von Tn angefahren wird, bewegen sich die Zielpositionen mit einer
festen Geschwindigkeit d/Δ.
Dadurch kann die Zeitdauer, während
der das Walzenwerkzeug angehalten bleibt, eliminiert werden, um
die Zeitdauer des Umformungsarbeitsgangs im Verlauf der Wiedergabe
zu verkürzen.
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Zusammengefasst
umfasst eine Metalldrückmaschine
einen Dorn, der in Rotation gehalten wird, ein Walzenwerkzeug, mit
dem ein Werkstück aus
einem Plattenrohling gegen den Dorn gepresst wird, um das Werkstück umzuformen,
Linearmotoren, die eine Druckkraft proportional zu einem treibenden
elektrischen Strom erzeugen und das Walzenwerkzeug antreiben, einen
Bedienhebel, der einen Bedienerbefehl an den Linearmotor ausgibt,
und eine Steuereinheit, die einen Speicher umfasst. Eine manuelle
Bedienung des Walzenwerkzeugs mit dem Bedienhebel durch einen Bediener,
der den Bedienerbefehl als Lehre aufnimmt, formt das Werkstück in eine
vorgeschriebenen Gestalt um. Der Speicher der Steuereinheit speichert
den Bedienerbefehl, der dann an den Linearmotor ausgegeben wird,
damit anschließend
die gleiche Gestalt in Bezug auf die Werkstücke aus Plattenrohlingen wiederholt
geformt werden kann.