DE102010010895B3

DE102010010895B3 - Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden, sowie Federwindemaschine

Info

Publication number: DE102010010895B3
Application number: DE102010010895A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Krüger; Stefan Blind
Original assignee: Wafios AG
Current assignee: Wafios AG
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-04
Also published as: US9321089B2; JP2011177791A; JP5727253B2; ITUD20110026A1; US20110214467A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine, worin ein Draht unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt wird, mit folgenden Schritten: Messen einer Ist-Geometrie einer hergestellten Schraubenfeder zur Ermittlung von Ist-Federdaten; Vergleichen der Ist-Federdaten mit Soll-Federdaten, um Abweichungsdaten zu ermitteln, die für mindestens einen Federgeometrieparameter eine Abweichung der Ist-Geometrie von einer vorgegebenen Soll-Geometrie der Schraubenfeder repräsentieren; Interpretieren der Abweichungsdaten und Erzeugen von Korrekturdaten, wenn Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen; und Verändern einer Stellbewegung mindestens eines der Werkzeuge auf Basis der Korrekturdaten für die Herstellung einer nächsten Schraubenfeder; gekennzeichnet durch folgende Schritte: Auswählen eines Federabschnitts; Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Stellbewegung eines Werkzeuges, das den Federgeometrieparameter in dem ausgewählten Federabschnitt beeinflusst; und Korrigieren des NC-Steuerprogramms unter Berücksichtigung des Korrekturwerts.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Federwindemaschine.
Schraubenfedern sind Maschinenelemente, die in zahlreichen Anwendungsbereichen in großen Stückzahlen und unterschiedlichen Ausgestaltungen benötigt werden. Schraubenfedern, die auch als gewundene Torsionsfedern bezeichnet werden, werden üblicherweise aus Federdraht zylinderförmig, kegelförmig oder tonnenförmig hergestellt und je nach der bei der Nutzung vorliegenden Belastung als Zugfedern oder Druckfedern ausgelegt. Druckfedern, insbesondere Tragfedern, werden beispielsweise in großen Mengen im Automobilbau benötigt. Die Federcharakteristik kann unter anderem dadurch beeinflusst werden, dass Abschnitte unterschiedlicher Steigung oder Steigungsverläufe und/oder unterschiedlicher Federdurchmesser gestaltet werden.
Schraubenfedern werden heutzutage üblicherweise durch Federwinden mit Hilfe numerisch gesteuerter Federwindemaschinen hergestellt. Dabei wird ein Draht (Federdraht) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören in der Regel ein oder mehrere bezüglich ihrer Stellung einstellbare Windestifte zur Festlegung und zur Veränderung des Durchmessers von Federwindungen und ein oder mehrere Steigungswerkzeuge, durch die die lokale Steigung der Federwindungen in jeder Phase des Fertigungsprozesses bestimmt wird.
Federwindemaschinen sollen einerseits bei hoher Stückleistung viele Federn mit einer bestimmten Federgeometrie innerhalb sehr enger Toleranzen erzeugen. Andererseits fordert eine zunehmende Variantenvielfalt bei den Schraubenfedern von den Produktionsmitteln eine höhere Flexibilität und kurze Umrüstzeiten, um zeitnahe Lieferung bei gleichzeitig hohem Ausbringungsvermögen zu gewährleisten.
Im Hinblick auf hohe Qualitätsanforderungen, z. B. im Automobilbereich, ist es üblich, gewisse Federgeometriedaten, wie beispielsweise den Durchmesser, die Länge und/oder die Steigung bzw. den Steigungsverlauf der Feder, durch geeignete Messmittel während der Fertigung zu überprüfen und bei außerhalb von Toleranzgrenzen liegenden Abweichungen von einer Soll-Geometrie Fertigungsparameter so zu verändern, dass die Federgeometrie innerhalb der Toleranzen bleibt.
Die DE 103 45 445 B4 zeigt ein Beispiel für eine Federwindemaschine, die ein integriertes Messsystem mit einer Videokamera hat, die auf denjenigen Bereich der Federwindemaschine gerichtet ist, in dem die Formung der Feder beginnt. Ein an die Videokamera angeschlossenes Bildverarbeitungssystem mit entsprechenden Auswertealgorithmen erlaubt es, den Durchmesser, die Länge und die Steigung der Feder während der Fertigung zu überprüfen und es ist möglich, diese Federgeometrieparameter durch Rückkopplung zu den motorisch verstellbaren Bearbeitungswerkzeugen während der Fertigung zu verändern.
Die DE 195 14 486 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden, bei dem der Draht vor der Zuführung zur Umformeinrichtung eine Messeinrichtung durchläuft, in der der Drahtdurchmesser ermittelt wird, wobei aus dem Messergebnis erforderliche Kompensationsgrößen für die Stellung von Werkzeugen der Umformeinrichtung ermittelt werden und die Stellung der Werkzeuge in Abhängigkeit von diesen Kompensationsgrößen verändert wird.
Die DE 42 39 207 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen der dreidimensionalen Struktur von Federn und anderen Bauteilen, worin mindestens eine an eine elektronische Speicher- und Auswerteeinheit angeschlossene Kamera eine Folge von Einzelbildern verschiedener Ansichten des zu vermessenden Bauteils aufnimmt. Die das Bauteil betreffende Bildinformationen der Einzelbilder werden mit Hilfe der elektronischen Speicher- und Auswerteeinheit kombiniert und ausgewertet. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Lichtquelle im Inneren einer Schraubenfeder angeordnet, die dann von außen mit der Kamera erfasst wird. Zur geometrischen Charakterisierung von zylindrischen Schraubenfedern können beispielsweise in jedem Einzelbild die Abstände zwischen den der Kamera zugewandten Windungsabschnitten der Schraubenfeder erfasst werden. Zur Auswertung von Stichprobenmessungen wird vorgeschlagen, in der Speicher- und Auswerteeinheit der Messvorrichtung Soll-Daten abzuspeichern, die der Sollstruktur der zu vermessenden Bauteile entsprechen. Die Soll-Daten können einem Parametersatz entsprechen, der kritische Größen, wie Abstände zwischen Windungsabschnitten und zulässige Abweichungen enthält.
Mit der Vorrichtung ist es möglich, die Ist-Geometrie einer hergestellten Schraubenfeder zu vermessen, daraus entsprechende Ist-Federdaten zu ermitteln, und die Ist-Federdaten mit gespeicherten Soll-Federdaten zu vergleichen, um Abweichungsdaten zu ermitteln, die für mindestens einen Federgeometrieparameter eine Abweichung der Ist-Geometrie von einer vorgegebenen Soll-Geometrie der Schraubenfeder repräsentieren. Es wird erwähnt, dass die Abweichungen von der Speicher- und Auswerteeinheit erfasst und gegebenenfalls zur Regelung des Fertigungsprozesses der Bauteile herangezogen werden können. Hierzu sind keine Details offenbart.
Eine mit derartigen Messeinrichtungen durchführbare Vorgehensweise besteht darin, die Abweichungsdaten einer vermessenen Stichprobenfeder zu interpretieren, aus den Abweichungsdaten Korrekturdaten zu erzeugen, wenn die Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen, und dann für die Herstellung der nächsten Schraubenfedern auf Basis der Korrekturdaten die Stellbewegung mindestens eines der Werkzeuge der Umformeinrichtung zu verändern, so dass die nachfolgende Fertigung nach einem korrigierten NC-Steuerprogramm abläuft.
Diese Vorgehensweise hat sich bewährt, wenn Federwindemaschinen in Kombination mit kommerziell verfügbaren Messeinrichtungen, z. B. der in der DE 42 39 207 A1 beschriebenen Art, verwendet werden. Die aufgrund der Messung vorzunehmenden Veränderungen im Steuerprogramm der Federwindemaschine werden dabei von einem Maschinenbediener vorgenommen. Eine typische Situation ist das Einrichten der Federwindemaschine für die Produktion einer Serie von Federn mit einer neuen Federgeometrie. Sofern Federn mit dieser Geometrie auf der Maschine schon früher gefertigt wurden, liegen die Federdaten (Soll-Federdaten) normalerweise in einem Speicher der Maschinensteuerung bereits vor und können geladen werden. Andernfalls werden die Geometriedaten zur Beschreibung der neuen Federgeometrie über eine Bedieneroberfläche eingegeben, um daraus neue Soll-Federdaten zu generieren. Auf Basis der neuen Soll-Federdaten wird dann ein NC-Steuerprogramm erstellt, das die Arbeitsbewegungen der Werkzeuge der Umformeinrichtung so koordiniert, dass die neue Federgeometrie gefertigt wird.
Will man denselben Federtyp (identische Soll-Geometrie) nach einer längeren Zeit mit zwischenzeitlicher Fertigung anderer Federtypen wieder herstellen, so kann es vorkommen, dass bei der späteren Fertigung die hergestellten Schraubenfedern von der Soll-Geometrie abweichen, obwohl das gleiche NC-Steuerprogramm genutzt wird wie bei der früheren Fertigung des gleichen Federtyps. Gründe für diese Abweichungen können z. B. in zwischenzeitlichen Änderungen hinsichtlich der Werkzeugeinstellungen, der Einstellung des Richtapparates, der Steigungswerkzeuggrundstellung, in Änderungen der Drahteigenschaften (beispielsweise der Drahtstärke, Materialänderung etc.) und/oder in Temperaturveränderungen liegen. Wenn die neuen zu produzierenden Federn stark vom Soll abweichen, wird durch den Bediener eine Korrektur vorgenommen. Hierzu kann ein Bediener mit einer Messeinrichtung z. B. die Länge einer testweise produzieren Schraubenfeder (Versuchsfeder) und den Steigungsverlauf vermessen. Bei Feststellung einer signifikanten Abweichung wird eine manuelle Korrektur vorgenommen. Dazu kann beispielsweise in einer Korrekturspalte einer an einer Bedieneroberfläche angezeigten Datentabelle ein Korrekturwert eingegeben werden, der die vom Bediener beabsichtigte Veränderung einer Stellbewegung mindestens eines der Werkzeuge bei der Herstellung der nächsten Schraubenfeder bewirken soll. Die Interpretation der Messergebnisse und die Eingabe des Korrekturwertes sind sehr zeitintensiv und der Erfolg in hohem Maß abhängig von der Erfahrungen des Bedieners. Je nach Art des zu korrigierenden Bearbeitungsprozesses können für diese Korrektur einige Stunden erforderlich sein, wodurch sich die Umrüstzeiten ungünstig verlängern können.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so zu optimieren, dass eine Korrektur eines NC-Steuerprogramms einer Federwindemaschine beim Einrichten eines neuen Fertigungsprozesses oder bei der Optimierung eines eingerichteten Fertigungsprozesses schneller und zielgerichteter und somit effizienter als bisher durchgeführt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine hierfür geeignete Federwindemaschine bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Federwindemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem Verfahren wird zunächst ein Federabschnitt ausgewählt bzw. definiert, für den eine Korrektur vorgenommen werden soll. Danach wird ein Korrekturwert für eine Stellbewegung mindestens eines Werkzeuges errechnet, welches den in Betracht gezogenen Federgeometrieparameter in dem ausgewählten Federabschnitt beeinflusst. Schließlich wird eine Korrektur des NC-Steuerprogramms unter Berücksichtigung des Korrekturwerts vorgenommen. Nachfolgend können dann eine oder mehrere Federn nach dem geänderten NC-Programm gefertigt werden.
Das Verfahren erlaubt es, die Ermittlung und Interpretation von Abweichungsdaten auf mindestens einen bestimmten Federabschnitt zu konzentrieren, der beispielsweise bei dem hergestellten Federtyp besonders schwierig mit geringen Toleranzen herstellbar ist und/oder der für die Funktion der Schraubenfeder besonders kritisch ist. Die Länge des Federabschnitts beträgt in der Regel nur einen Bruchteil der Gesamtlänge der Feder, beispielsweise 50% oder weniger, oder 30% oder weniger, oder 10% oder weniger der Gesamtlänge, so dass die bei der Bewertung zu berücksichtigende Datenmenge relativ gering sein kann. Bei Bedarf kann der Federabschnitt sehr kurz sein und z. B. einer Länge entsprechen, die weniger als ¼ Windung oder weniger als 1/10 Windung der Feder entspricht. Eine untere Grenze kann z. B. bei 1/360 einer Windung liegen, was einer Winkelauflösung von 1° für Messung und Korrektur entspricht.
Falls der erste Korrekturschritt noch nicht den gewünschten Erfolg bringt, kann die Korrektur wiederholt werden. In der Regel sind höchstens eine oder zwei Wiederholungen erforderlich. Meist jedoch reicht eine einmalige Korrektur, um die Geometrie des ausgewählten Federabschnitts nahe zur Soll-Geometrie zu bringen.
Es kann ausreichen, die Korrektur nur an einem einzigen Federabschnitt der Schraubenfeder vorzunehmen. Es ist jedoch auch möglich, das Vorgehen für einen oder mehrere andere Federabschnitte zu wiederholen. Insbesondere kann das Vorgehen abhängig von der Komplexität der Federgeometrie z. B. für zwei, drei, vier oder mehr Federabschnitte durchgeführt werden. In der Regel reichen wenige Federabschnitte, z. B. maximal fünf oder sechs.
Bei einer Verfahrensvariante wird die Schraubenfeder in mehrere, in der Regel aneinander angrenzende, Federabschnitte mit unterschiedlicher Steigungsänderung aufgeteilt, es wird ein Federabschnitt ausgewählt und der Korrekturwert wird für diesen ausgewählten Federabschnitt bestimmt. Vorzugsweise wird ein Federabschnitt mit im Wesentlichen konstanter Steigungsänderung ausgewählt. Das Auswahlkriterium der Steigungsänderung zur Identifizierung und Auswahl eines Federabschnitts hat sich beispielsweise bei der Herstellung von Druckfedern als sehr günstig herausgestellt, da sich Schraubenfedern theoretisch oft in Abschnitte mit unterschiedlichen Teilfunktionen zerlegen lassen und sich diese Abschnitte oft durch unterschiedliche Steigung bzw. unterschiedliche Steigungsverläufe auszeichnen. Ein Federabschnitt kann sich z. B. durch eine im Wesentlichen konstante Steigungsänderung auszeichnen.
Der Steigungsverlauf entlang einer Schraubenfeder muss in der Regel sehr exakt eingehalten werden. Häufig müssen die zur Überleitung der Federkraft einer Druckfeder auf die Anschlusskörper dienenden Federabschnitte am Anfang und am Ende der Feder, also der Federanfangsabschnitt und der Federendabschnitt, so ausgebildet sein, dass bei jeder Federstellung ein möglichst axiales Einfedern stattfinden kann. Dies kann in der Regel durch Verminderung der Steigung zu den entsprechenden Federenden hin erreicht werden. Unter anderem aus diesem Grund ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, mindestens eine Korrektur in einem an den Federanfang angrenzenden Federanfangsabschnitt und/oder in einem an das Federende angrenzenden Federendabschnitt vorzunehmen. Diese Federabschnitte sind einerseits in der Regel schwierig zu fertigen und andererseits hinsichtlich der gewünschten Funktion der Schraubenfeder oft kritisch, so dass eine Korrektur einerseits häufig erforderlich und andererseits für die Optimierung der Federeigenschaften sehr wirksam ist.
Manche Schraubenfedern haben auch einen oder mehrere Konstantabschnitte, d. h. Abschnitte mit konstanter Steigung bzw. mit im Wesentlichen verschwindender Steigungsänderung, wo also die Steigungsänderung gleich Null ist oder nur geringfügig um den Wert Null schwankt. Solche Konstantabschnitte können relativ große Längsbereiche einer Schraubenfeder einnehmen, so dass geringfügige Korrekturen bei der Steigung gut für eine eventuell erforderliche Korrektur der Gesamtlänge der Schraubenfeder genutzt werden können.
In einem Korrekturprozess können mehrere Federabschnitte korrigiert werden. Softwaretechnisch laufen die Arbeitsschritte für die unterschiedlichen Federabschnitte normalerweise nacheinander ab, im Ergebnis können sich dann mehrere Korrekturwerte für mehrere ausgewertete Federabschnitte ergeben, die dann gemeinsam bei der Korrektur des NC-Programms umgesetzt werden.
Besonders nützlich ist es häufig, zunächst die Steigung bzw. den Steigungsverlauf in einem Federanfangsabschnitt und/oder in einem Federendabschnitt zu korrigieren und danach bei Bedarf die Steigung in einem Konstantabschnitt zu korrigieren, wenn die Steigung in dem Konstantabschnitt und/oder die Gesamtlänge der Schraubenfeder außerhalb der Toleranz liegen. Die Zielgröße in den endseitigen Abschnitten ist dabei normalerweise ein optimaler Steigungsverlauf, während bei der Korrektur im Konstantabschnitt die von der Steigung abhängige Federlänge als gezielt einzustellende Zielgröße angesehen werden kann.
Vorzugsweise wird bei der Messung ein der lokalen Steigung der Schraubenfeder entsprechendes Steigungsmaß ermittelt. Beispielsweise kann bei der Messung für eine Vielzahl von Winkelstellungen der Schraubenfeder ein Spaltmaß zwischen aufeinanderfolgenden Windungen bestimmt werden, um daraus ein Steigungsmaß abzuleiten. Das Spaltmaß ist der achsparallel gemessene lichte Abstand zwischen benachbarten Wicklungen. Es ist auch möglich, den Wicklungsabstand, d. h. den axialen Abstand benachbarter Wicklungen jeweils in der Drahtmitte zu bestimmen oder die Steigung direkt anhand des Verlaufs des Drahtes zu ermitteln.
Wenn der Federgeometrieparameter die Steigung der Schraubenfeder repräsentiert, wird auf Basis des Korrekturwertes mindestens ein Werkzeug eingestellt, welches die Steigung der Schraubenfeder beeinflusst. Der Korrekturwert kann dementsprechend eine Veränderung der Position bzw. der Achsbewegung eines Steigungswerkzeuges in einem vorgegebenen Windungsabschnitt in Bereich eines Korrekturortes repräsentieren. Vorzugsweise wird auf Basis des Korrekturwertes ein Steigungswerkzeug der Umformung beeinflusst. Wenn die Umformeinrichtung einen oder mehrere numerisch gesteuert verstellbare Windefinger hat und deren Verstellung (z. B. Verkippung und/oder Verdrehung) auf die Steigung wirkt, können auch diese alternativ oder zusätzlich in ihrer Arbeitsbewegung korrigiert werden.
Die Berechnung bzw. Ermittlung des Korrekturwertes kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Ermittlung des Korrekturwertes eine Ermittlung einer maximalen Abweichung der Ist-Federdaten von den Soll-Federdaten und eines zu der maximalen Abweichung gehörenden Ortes maximaler Abweichung in dem ausgewählten Federabschnitt und es wird ein Korrekturwert für eine Stellbewegung eines Werkzeuges ermittelt, das den Federgeometrieparameter an dem Ort maximaler Abweichung beeinflusst.
Die Ermittlung der maximalen Abweichung als Bewertungskriterium ist programmtechnisch mit zuverlässig arbeitenden Algorithmen umzusetzen. Wird der zur maximalen Abweichung gehörende Ort maximaler Abweichung als Korrekturort im Federabschnitt identifiziert und wird in der Folge die Korrektur des Fertigungsprozesses so vorgenommen, dass sie im Wesentlichen am Ort maximaler Abweichung angreift, so werden in der Regel dadurch automatisch auch die angrenzenden Bereiche kleinerer Abweichung im richtigen Ausmaß und in der richtigen Richtung (nämlich der Verringerung der Abweichung) korrigiert, so dass sich durch die Korrektur im gesamten Federabschnitt eine erhebliche Verringerung der Abweichungen ergibt. Wenn ausschließlich der zu der maximalen Abweichung gehörende Korrekturwert zur Korrektur des Steuerprogramms verarbeitet wird, sind Programmänderungen mit minimalem Aufwand umzusetzen.
Diese Auswertemethode ist besonders in Kombination mit der Auswahl von einem oder mehreren Federabschnitten zu empfehlen, deren Länge nur einen Bruchteil der Gesamtfederlänge ausmacht. In Ausnahmefällen, z. B. bei sehr einfacher Federgeometrie, kann der Federabschnitt auch die Gesamtlänge der Feder einnehmen.
Als Alternative ist es z. B. möglich, in dem ausgewählten Federabschnitt einen Mittelwert (ungewichtet oder gewichtet) aller gemessenen Abweichungen zu bilden und daraus einen Korrekturwert abzuleiten, der bei der Korrektur auf mehrere Korrekturorte bzw. auf einen ausgedehnten Bereich angewendet wird.
Die Messung der Schraubenfeder wird vorzugsweise an einer von der Federwindemaschine gesonderten Messeinrichtung durchgeführt.
Die Korrektur des NC-Steuerprogramms unter Berücksichtigung des Korrekturwertes kann auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Korrekturwert an der Messeinrichtung ermittelt und angezeigt werden und ein Bediener kann den Korrekturwert ablesen und an einer Bedieneroberfläche der Federwindemaschine eingeben. Hierzu kann die Messeinrichtung so programmiert werden, dass das Auswerteverfahren an der Messeinrichtung ablaufen kann.
Vorzugsweise findet eine automatische oder automatisierbare Datenübergabe zwischen Messeinrichtung und Federwindemaschine statt, z. B. über eine Netzwerkverbindung oder per Datenträger. Hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Datenübertragung der von der Messeinrichtung generierten Messdaten über eine der Steuerungssoftware der Federwindemaschine zugeordnete programmierte Schnittstelle erfolgt. Auf diese Weise können kommerziell erhältliche Standard-Messeinrichtungen mit für die Messaufgabe optimierten Eigenschaften und gegebenenfalls mit proprietären Datenformaten genutzt werden. Mit Hilfe der Schnittstelle können die von der Messeinrichtung kommenden Daten in ein für die Steuerungssoftware der Federwindemaschine verarbeitbares Format gebracht und weiter verarbeitet werden.
Insbesondere kann die Definition des mindestens einen Federabschnitts, die Errechnung des Korrekturwertes und die Korrektur des NC-Steuerprogramms, ausschließlich mit Hilfe der Steuerungssoftware der Federwindemaschine durchgeführt werden. Dies gilt ggf. auch für eine bei der Korrekturwertermittlung bevorzugte Ermittlung einer maximalen Abweichung und des zugehörigen Ortes in dem Federabschnitt. Hierzu sind geeignete Auswertealgorithmen und gegebenenfalls Konvertierungsprogrammmodule in dieser Software vorhanden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen steuert eine Steuerungssoftware der Federwindemaschine eine vorzugsweise graphische Bedieneroberfläche zur Eingabe von der Soll-Geometrie entsprechenden Geometriedaten und es ist ein NC-Generator zur Umwandlung der eingegebenen Geometriedaten in eine Folge von NC-Sätzen des NC-Steuerprogramms vorgesehen. Damit ist es nicht mehr erforderlich, dass ein Bediener zur Änderung des Steuerprogramms auf die Ebene der einzelnen NC-Sätze zurückgreift. Der Korrekturwert wird vorzugsweise in ein Eingangsformat für den NC-Generator umgerechnet, so dass die Änderungen im NC-Steuerprogramm mit Hilfe des NC-Generators automatisch durchgeführt werden können. Die Korrektur muss also nicht auf Ebene der NC-Sätze vorgenommen werden, sondern erfolgt näher am Bediener, gegebenenfalls mit Anzeige der Korrektur in einem dem Bediener vertrauten Anzeigeformat.
In der Regel sind die Datenformate und Datenrepräsentationen von Messeinrichtung und Federwindemaschine nicht unmittelbar kompatibel. Es kann beispielsweise sein, dass bei der Messung für die Ist-Federdaten erste Datensätze für einen Satz erster Stützstellen erzeugt werden und dass die Soll-Federdaten in Form von zweiten Datensätzen für einen Satz von zweiten Stützstellen erzeugt werden. Die „Stützstellen” repräsentieren in beiden Fällen jeweils bestimmte ausgewählte Orte entlang der Windungen der Feder, in der Regel allerdings in unterschiedlichen Parametrierungen und/oder in unterschiedlicher Teilung. Auch die zu den Stützstellen gehörenden Werte für Federgeometrieparameter, wie z. B. die Steigung, können unterschiedlich parametriert sein. Bei der Korrektur wird dann ein Korrektur-Datensatz für eine zweite Stützstelle erzeugt, die einem für den Korrektureingriff geeigneten Ort, insbesondere dem Ort der maximalen Abweichung in einem Federabschnitt, entspricht.
Wenn für diesen Ort, insbesondere für den Ort der maximalen Abweichung, zufällig bereits ein Datensatz mit einer nicht zu weit entfernten zweiten Stützstelle vorliegt, wird dieser Datensatz mit Hilfe des Korrekturwertes korrigiert, indem beispielsweise ein Steigungswert des Datensatzes korrigiert wird, so dass das Steigungswerkzeug nach der Korrektur bei der Erzeugung der nachfolgenden Schraubenfeder eine andere Stellung einnimmt bzw. eine andere Arbeitsbewegung durchführt als vor der Korrektur.
Es kann jedoch sein, dass die zweiten Datensätze vor der Korrektur keinen zweiten Datensatz enthalten, dessen zweite Stützstelle einem Ort entspricht, der in einem vordefinierten Nahbereich um den errechneten Korrekturort, insbesondere den Ort der maximalen Abweichung, liegt oder diesem Ort genau entspricht. In diesem Fall wird vorzugsweise ein neuer Datensatz für eine dem errechneten Korrekturort, z. B. dem Ort der maximalen Abweichung, entsprechende zweite Stützstelle generiert. Die anderen zweiten Datensätze können ggf. umgerechnet und angepasst werden. Auf diese Weise kann der errechnete Korrekturwert optimal an der richtigen Position bei der Berechnung des korrigierten NC-Steuerprogramms berücksichtigt werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine numerisch gesteuerte Federwindemaschine, die besonders zur Durchführung des Verfahrens angepasst ist. Sie hat eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Draht zu einer Umformeinrichtung sowie eine Umformeinrichtung mit mindestens einem Windewerkzeug, welches im Wesentlichen den Durchmesser der Schraubenfeder an einer vorgebbaren Position bestimmt, sowie mindestens ein Steigungswerkzeug, dessen Eingriff an der sich entwickelnden Schraubenfeder die lokale Steigung der Schraubenfeder bestimmt.
Die in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung der Federwindemaschine aktive bzw. aktivierbare Steuerungssoftware hat eine programmierte Schnittstelle zur Messdatenübernahme von einer externen Messeinrichtung. Bei der Datenübernahme kann eine Anpassung von Datenformaten stattfinden. Die Steuerungssoftware hat vorzugsweise Programmbestandteile, die die Definition des mindestens einen Federabschnitts, ggf. die Ermittlung einer maximalen Abweichung und des zugehörigen Ortes in dem Federabschnitt, die Errechnung des Korrekturwertes und die Korrektur des NC-Steuerprogramms steuern können.
Bei manchen modernen CNC-Federwindemaschinen kann die Erfindung mit bereits vorhandenen Antrieben und Steuerungen umgesetzt werden. Die Fähigkeit zur Ausführung von Ausführungsformen der Erfindung kann in Form zusätzlicher Programmteile oder Programmmodule in die Steuerungssoftware von computergestützten Steuereinrichtungen implementiert werden.
Daher betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß der Erfindung bzw. einer bevorzugten Ausführungsform hiervon durchführt.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Federwindemaschine, die dafür eingerichtet ist, Messdaten einer gesonderten Messeinrichtung zu empfangen und zur Korrektur des NC-Steuerprogramms zu verarbeiten,
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildschirmanzeige an einer Anzeige- und Bedieneinheit der Federwindemaschine, wobei im dargestellten Modus eine Eingabe von Geometriedaten einer zu fertigenden Feder möglich ist,
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildschirmanzeige an einer Anzeige- und Bedieneinheit der Messeinrichtung bei der Messung einer Schraubenfeder,
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Messwertausgabe des Messeinrichtung und
5 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Ermittlung eines Korrekturwertes in einem Federendabschnitt einer Schraubenfeder.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die schematische Übersichtsdarstellung in 1 zeigt rechts wesentliche Elemente einer CNC-Federwindemaschine 100 gemäß einer an sich bekannten Konstruktion und im linken Figurteil eine Messeinrichtung 200, die ebenfalls hinsichtlich Aufbau und Funktion einer Messeinrichtung konventioneller Bauart entsprechen kann. Die Federwindemaschine 100 hat eine mit Zuführrollen 112 ausgestattete Zuführeinrichtung 110, die aufeinanderfolgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine Richteinheit geführten Drahtes 115 mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 zuführt. Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windestifte 122, 124, die in Radialrichtung zur Mittelachse 118 (entspricht der Lage der gewünschten Federachse) ausgerichtet sind und dafür vorgesehen sind, den Durchmesser der Schraubenfeder zu bestimmen. Die Position der Windestifte kann zur Grundeinstellung für den Federdurchmesser beim Einrichten entlang der strichpunktiert gezeigten Verfahrlinien verändert werden, um die Maschine für unterschiedliche Schraubendurchmesser einzurichten. Diese Bewegungen können auch mit Hilfe geeigneter elektrischer Antriebe unter Kontrolle der numerischen Steuerung vorgenommen werden.
Ein Steigungswerkzeug 130 hat eine tangential zur Federachse ausgerichtete Spitze, die neben den Windungen der sich entwickelnden Feder eingreift. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Verstellantriebs der entsprechenden Maschinenachse parallel zur Achse 118 der sich entwickelnden Feder (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene) verfahrbar. Der bei der Federherstellung vorgeschobene Draht wird vom Steigungswerkzeug entsprechend der Position des Steigungswerkzeugs in Richtung parallel zur Federachse abgedrängt, wobei durch die Position des Steigungswerkzeuges die lokale Steigung der Feder im entsprechenden Abschnitt bestimmt wird. Steigungsänderungen werden durch achsparalleles Verfahren des Steigungswerkzeugs während der Federherstellung bewirkt.
Die Umformeinrichtung hat ein weiteres, von unten vertikal zustellbares Steigungswerkzeug 140 mit einer keilförmigen Werkzeugspitze, die bei Einsatz dieses Steigungswerkzeuges zwischen benachbarte Windungen eingeführt wird. Die Verstellbewegung dieses Steigungswerkzeuges verlaufen senkrecht zur Achse 118. Dieses Steigungswerkzeug ist beim gezeigten Herstellungsverfahren nicht im Eingriff.
Oberhalb der Federachse ist ein numerisch steuerbares Trennwerkzeug 150 angebracht, das nach Abschluss der Umformoperationen zur Herstellung die hergestellte Schraubenfeder mit einer vertikalen Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt. In 1 ist der zugeführte Draht in einer Situation unmittelbar nach Abtrennen der vorher fertig gestellten Schraubenfeder gezeigt. In dieser Stellung hat der Draht bereits eine halbe Windung gebildet und das Drahtende, das den Federanfang bildet, befindet sich 0,3 Windungen vor der Position des Steigungswerkzeugs 130.
Die zu den Werkzeugen gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine nicht dargestellte computernumerische Steuereinrichtung gesteuert, die Speichereinrichtungen hat, in denen die Steuerungssoftware residiert, zu der u. a. ein NC-Steuerprogramm für die Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen gehört.
Zur Fertigung einer Schraubenfeder wird der Draht ausgehend von der gezeigten „Feder-Fertig-Position” mit Hilfe der Zuführeinrichtung 110 in Richtung der Windestifte 122, 124 vorgeschoben und durch die Windestifte auf den gewünschten Durchmesser unter Ausbildung einer kreisbogenförmigen Krümmung umgelenkt, bis das freie Drahtende das Steigungswerkzeug 130 erreicht. Bei weiterem Drahtvorschub bestimmt die axiale Position des Steigungswerkzeuges die aktuelle lokale Steigung der sich entwickelnden Schraubenfeder. Das Steigungswerkzeug wird dabei unter der Kontrolle des NC-Steuerprogramms axial verschoben, wenn während der Federentwicklung die Steigung geändert werden soll. Die Stellbewegungen des Steigungswerkzeuges legen im Wesentlichen den Steigungsverlauf entlang der Schraubenfeder fest.
Bei der Einrichtung der Federwindemaschine werden die Umformwerkzeuge in ihre jeweiligen Grundstellungen gebracht. Außerdem wird das NC-Steuerprogramm erstellt oder geladen, welches die Stellbewegungen der Werkzeuge während des Fertigungsprozesses steuert. Die Geometrieeingabe wird bei der Federwindemaschine durch einen Bediener an der Anzeige- und Bedieneinheit 170 vorgenommen. Hierzu erzeugt die Steuerungssoftware der Federwindemaschine die in 2 schematisch dargestellte graphische Bedieneroberfläche, die der Eingabe von Geometriedaten dient, die die Soll-Geometrie der herzustellenden Feder bestimmen. Bei der gezeigten Variante werden die Daten für eine rechts oben schematisch dargestellte zylindrische Druckfeder eingegeben, die einen Solldurchmesser De von 28,7 mm, eine Windungsanzahl nt = 6 Windungen und eine Gesamtlänge Lo von 60 mm haben soll, wobei der Durchmesser d des Drahtes 3,9 mm beträgt. Diese Werte erscheinen auch in der linken oberen Tabelle. Falls die Daten bereits früher eingegeben und gespeichert wurden, können die Daten unter Angabe einer Federidentifikation aus einem elektronischen Speicher abgerufen werden.
Die untere Tabelle repräsentiert u. a. den Steigungsverlauf der Soll-Geometrie in Form von sieben zweiten Datensätzen, die in der ersten Spalte der Tabelle die Nummern 1 bis 7 tragen. Die zu diesen Datensätzen gehörenden Ortskoordinaten für den jeweiligen Ort entlang der Windung werden in der vierten Spalte mit der Bezeichnung Σ_n angegeben, wobei der in der fünften Spalte angegebene Parameter n der Windungszahl entspricht. Eine Windungszahl n = 0,3 in der ersten Zeile entspricht z. B. einer Ortskoordinate von 0,3 Windungen ausgehend von der in 1 gezeigten Feder-Fertig-Stellung, in der bereits eine halbe Windung erzeugt ist. Im Beispielsfall ist diese Position (0,3 Windungen) dann erreicht, wenn der Draht so weit vorgeschoben ist, dass der Federanfang gerade das Steigungswerkzeug 130 erreicht. In der siebten Spalte mit der Spaltenüberschrift Stg ist ein Maß für die Steigung an diesem Ort angegeben. Die Steigung ist hier beispielhaft mit der Dimension [mm/n], d. h. mit der Dimension mm/Windung angegeben. Eine Steigung von 3,9 entspricht dementsprechend einer Situation, in der bei einem Drahtdurchmesser von 3,9 mm die darauffolgende Windung die vorhergehend Windung gerade berührt, so dass sich zwischen den Windungen ein Spaltmaß von Null bzw. ein Abstand der Drahtmitten ergibt, der dem Durchmesser des Drahtes entspricht.
In der fünften Spalte mit Spaltenüberschrift n ist jeweils die Windungszahl angegeben, die zwischen den Stützstellen des vorhergehenden Datensatzes und des aktuellen Datensatzes liegt, also ein Inkrement der Windungszahl bzw. ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Stützstellen bei dieser Parametrierung. Aus der siebten Spalte „Stg”, die die lokale Steigung der jeweiligen Stützstelle angibt, ist ersichtlich, dass bei der Druckfeder ein Steigungsverlauf vorliegt, der symmetrisch zur Federmitte ist, wobei die Steigung vom Federanfang zur Mitte zunächst zunimmt, in einen Mittenbereich zwischen den zu den Zeilen 3 und 4 gehörenden Stützstellen konstant bleibt und dann zum Federende hin wieder abnimmt.
Die der Steigungsspalte folgende achte Spalte mit dem Zeilenkopf „+/–„ ist die Korrekturspalte. Mit Eingaben eines Korrekturwerts in diese Spalte können die in der Spalte davor stehenden Steigungswerte verändert werden, wobei je nach Vorzeichen des Eingabewertes die Steigung Stg vergrößert oder verkleinert wird. Auf diese Weise kann der Steigungsverlauf entlang der Feder verändert werden.
Bei herkömmlichen Federwindemaschinen dieser Art konnte ein Bediener diese Korrekturen durch Eingabe von Korrekturwerten in der Spalte „+/–„ manuell vornehmen, wenn eine Messung ergeben hatte, dass der Steigungsverlauf der Druckfeder außerhalb der Toleranz liegt. Hierzu war sehr viel Erfahrung nötig, um mit möglichst wenig Versuchen zu der gewünschten Korrektur der Federgeometrie zu kommen. Ort und Ausmaß der Korrektur wurden durch Trial-and-Error bestimmt, wozu ggf. mehrere Versuche mit wiederholten Messungen nötig waren.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, diese bedienerabhängige Prozedur zu vermeiden und den Erfolg der Federkorrektur unabhängig von der Erfahrung und dem Können des Bedieners reproduzierbar sicherzustellen.
Die Messeinrichtung 200 ist dafür ausgelegt, das sogenannte Spaltmaß von Schraubenfedern berührungslos mit Hilfe einer Kamera zu vermessen. In einer Prüfzelle ist ein Drehteller 210 mit einer definierten, ebenen Auflagefläche angebracht, auf der ein Dorn 215 mit einer Innenbeleuchtung befestigt ist. Eine zu vermessende Schraubenfeder 220 wird zur Messung über den Dorn gestülpt und auf die Auflagefläche gestellt. Daneben ist eine Zeilenkamera 225 angeordnet, die exakt auf die Mittelachse der Feder ausgerichtet ist. Zur Messwertaufnahme wird die Schraubenfeder mit Hilfe des Drehtellers kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit gedreht. Dabei werden in regelmäßigen Zeitabständen bzw. Winkelabständen einzelne Bilder in Form von Bildzeilen aufgenommen. Ein Auswerteprogramm bildet aus den aufgenommenen Bildzeilen ein Gesamtbild und wertet dieses aus. Die ermittelten Messwerte werden gespeichert und können zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden. Messeinrichtungen dieser Art sind an sich bekannt. Eine besonders gut geeignete Messeinrichtung wird unter der Bezeichnung „imess F 465” von der Firma imess GmbH, Witten (Deutschland) vertrieben.
Mit Hilfe der Messeinrichtung werden Ist-Federdaten erfasst, die die Geometrie einer hergestellten und vermessenen Schraubenfeder 220 beschreiben. Für die Ist-Federdaten werden erste Datensätze für einen Satz erster Stützstellen generiert. Im Beispielsfall wird jeweils nach 30° Drehung der Feder ein Einzelbild erfasst und daraus werden Werte für das in dieser Ansicht erkennbare Spaltmaß ermittelt. An einer Anzeige- und Bedieneinheit 270 der Messeinrichtung wird eine Anzeige (Messbildschirm) erzeugt, der ein Bediener die Messergebnisse in aufbereiteter Form entnehmen kann.
3 zeigt beispielhaft die Darstellung eines Messbildschirms bei der Vermessung einer Schraubenfeder. Links oben ist das aktuelle Kamerabild wiedergegeben, aus dem im Beispielsfall hervorgeht, dass das Spaltmaß bzw. die Steigung der Druckfeder über die Länge der Feder in mehreren Schritten variiert. Unter dieser Echtzeit-Anzeige werden dem Bediener die Messergebnisse in Form einer Graphik und darunter in Tabellenform dargestellt. In einem Speicher der Messeinrichtung sind Datensätze für die Soll-Geometrie (Sollwerte und Toleranzen) hinterlegt, so dass die Messeinrichtung dem Bediener unmittelbar Informationen über die Güte der Feder geben kann. Die numerischen Werte für die Messung (Messwert) sowie die entsprechenden Sollwerte der Soll-Geometrie kann der Bediener aus der rechts oben gezeigten Tabelle ablesen. In der graphischen Darstellung sind die gemessenen Ist-Werte mit starker durchgezogener Linie IST dargestellt, die Toleranzen werden durch die dünneren Linien oberhalb und unterhalb der Ist-Werte dargestellt. Die Maße, welche die Toleranzen nicht einhalten, werden in dieser Darstellung farbig markiert.
Aus der unteren Tabelle mit der Überschrift „Messergebnis Windungsabstände in mm” sind für den Federanfangsabschnitt (Symbol A) und den Federendabschnitt (Symbol E) jeweils die vier nächsten Windungen als Zeilen angegeben. In der Tabelle finden sich die Werte für das jeweilige Spaltmaß für die in der Kopfzeile angegebenen äquidistanten Winkelschritte. Die oberen vier Zeilen repräsentieren die Werte für einen Federanfangsabschnitt mit vier Windungen, im unteren Teil der Tabelle sind diejenigen eines Federendabschnitts, ebenfalls mit vier Windungen, dargestellt. Im Beispielsfall liegt zwischen dem Federanfangsabschnitt und dem Federendabschnitt ein Konstantabschnitt, d. h. ein Federabschnitt mit konstanter Steigung. Das Messgerät hat festgestellt, dass in diesem Bereich die Ist-Werte innerhalb der Toleranzen liegen. Der konstante Teil ist daher in der Graphik nicht dargestellt, sondern durch die Bezeichnung „Feder 10” repräsentiert.
Es ist erkennbar, dass am Federanfang im Bereich der ersten Windung (bis 360°) die Steigung etwa linear zunimmt, danach folgt bis zu einem Drehwinkel von ca. 800° ein Teilabschnitt mit konstanter Steigung (Steigungsänderung = 0), bevor ein weiterer Abschnitt mit weitgehend linear zunehmender Steigung folgt, bevor das Steigungsmaß für den Konstantabschnitt (mit einem Spaltmaß von ca. 4,9) erreicht ist. Im Bereich des Federendabschnitts nimmt die Steigung bzw. das Spaltmaß über die letzten ca. 1,5 Windungen gemäß einer nicht linearen Änderungsfunktion ab.
Im Folgenden wird anhand einer weniger komplexen Federgeometrie eine bevorzugte Variante zur Durchführung einer Federkorrektur beschrieben. 4 zeigt hierzu eine Darstellung der Ergebnisse einer Messung des Spaltmaßes über dem Drehwinkel an einer zylindrischen Druckfeder mit sechs Windungen. Bei der vermessenen Feder ergeben sich von Null verschiedene Spaltmaße erst nach jeweils 0,5 Windungen gemessen vom Federanfang bzw. vom Federende. In dem vereinfachten Diagramm ist nur der Bereich der Messergebnisse dargestellt, im welchem das Spaltmaß von Null abweicht. Dieser Bereich entspricht dementsprechend einem Bereich von fünf Windungen (entsprechend 1800° Drehung bei der Messung). Die mit „IST” gekennzeichnete durchgezogene Linie stellt die Ist-Federdaten dar, d. h. die Messwerte für die zu beurteilende Schraubenfeder. Die mit „SOLL” gekennzeichnete fette gestrichelte Linie repräsentiert die Soll-Daten, d. h. die gewünschte Geometrie der Feder. Die dünnen gestrichelten Linien oberhalb und unterhalb der Linie für die Soll-Daten entsprechen den oberen und unteren Toleranzwerten.
Es ist erkennbar, dass im Bereich steigenden Spaltmaßes der ersten Windung im Federanfangsabschnitt die Ist-Werte sehr nahe bei den Soll-Werten und sehr gut innerhalb der Toleranz liegen. In dem zwischen 360° und 1400° liegenden Konstantbereich liegt ebenfalls keine Überschreitung der Toleranzen vor, das gemessene Spaltmaß (Ist-Wert) liegt jedoch systematisch geringfügig oberhalb des gewünschten Spaltmaßes. Im Bereich der letzten Windung zwischen 1400° und 1800° ergeben sich stärkere Abweichungen zwischen Ist-Daten und Soll-Daten, wobei das Spaltmaß ab ca. 1500° unterhalb der zulässigen Toleranz liegt. Diese Situation zeigt an, dass mit den aktuellen Einstellungen der Umformwerkzeuge der Federwindemaschine alle nachfolgend gefertigten Schraubenfedern voraussichtlich als Schlecht-Teile ausgesondert werden müssten, wenn keine Korrekturen des Prozesses vorgenommen werden. Es ist ersichtlich, dass durch die Korrektur vor allem eine Vergrößerung des Spaltmaßes und damit der Steigung im Bereich der letzten Windung vorgenommen werden muss, jedoch ist der graphischen Darstellung nicht zu entnehmen, in welchem Ausmaß und auf welche Weise die Sollabweichung am besten und einfachsten beseitigt werden kann.
Ein hierzu sehr wirkungsvolles Verfahren wird anhand von 5 erläutert, das eine modifizierte Darstellung den letzten Bereich der Darstellung aus 4 zeigt. Hierbei hat das Federende den Winkelwert 0°, das Winkelmaß nimmt von Federende weggehend zur Federmitte hin zu.
Zunächst wird ein Federabschnitt für die Bewertung ausgewählt. Die Auswahl kann von einem Bediener vorgegeben werden. Es ist auch möglich, dass der Bediener eine automatische, durch die Software der Federwindemaschine gesteuerte Auswahl startet, bei der das Messergebnis mittels geeigneter Algorithmen analysiert wird, um z. B. anhand der Steigungsänderungen die Grenzen für den Federabschnitt zu ermitteln.
Im Beispielsfall wird derjenige an das Federende angrenzende Federabschnitt FA (Federendabschnitt) ausgewählt, in welchem das Spaltmaß stark und weitgehend linear, d. h. mit konstanter Steigungsänderung, abnimmt. Der Beginn des definierten Federabschnitts FA wird durch den Bereich eines starken Wechsels der Steigung von konstanter Steigung (Steigungsänderung Null) auf stark abnehmende Steigung (Steigungsänderung negativ) definiert. Der ausgewählte Federabschnitt besteht hier i. W. aus einer einzigen Windung.
In dem ausgewählten Bereich wird dann von der Auswertesoftware durch einen Vergleichsschritt ermittelt, an welchem Ort innerhalb des Federabschnitts die maximale Abweichung zwischen Ist-Federdaten und Soll-Federdaten auftritt und welches Ausmaß die maximale Abweichung am Ort maximaler Abweichung hat. Im Beispielsfall entspricht der Ort maximaler Abweichung OMAX einer Winkelstellung von ca. 180° bezogen auf den Ort, wo die Windung in Kontakt zur nächsten Windung kommt (Spaltmaß = 0). Der an diesem Ort erreichte Maximalwert MAXA der Abweichung liegt bei etwa 1,2 mm Spaltmaß. Die Richtung der Abweichung kann durch das Vorzeichen dieses Wertes parametriert sein. Auf Basis der hiermit ermittelten Abweichung wird ein Korrekturwert für die Stellbewegung des Steigungswerkzeuges errechnet, das die Steigung an diesem Ort im Sinne einer Vergrößerung der Steigung (Verringerung der Abweichung) beeinflusst. Dieser Korrekturwert wird dann zur Korrektur des NC-Steuerprogramms genutzt, welches unter Berücksichtigung des Korrekturwerts neu berechnet wird, so dass die Abweichung im ausgewählten Federabschnitt möglichst weitgehend beseitigt wird.
Das hier erläuterte Prinzip der Auswertung wird ausschließlich über Softwarebestandteile umgesetzt, die Bestandteile der Steuerungssoftware der Federwindemaschine sind. Hierzu erfolgt zunächst eine Datenübertragung der Messdaten von der Messeinrichtung 200 zur Steuerung der Federwindemaschine 100. Im Beispielsfall wird das über eine Netzwerkverbindung V zwischen den Anzeige- und Auswerteeinheiten 270 und 170 von Messeinrichtung bzw. Federwindemaschine erreicht. Die Ist-Federdaten werden dabei von der Messeinrichtung in Form erster Datensätze für einen Satz erster Stützstellen bereitgestellt, wobei diese Stützstellen durch die Drehwinkel des Drehtellers bei der Messung und die entsprechenden Messwerte durch die zu diesen Winkelwerten gehörenden Spaltmaße gegeben sind. Diese Daten können z. B. eine csv-Datei bilden. Die im Datenformat der Messeinrichtung vorliegenden Daten werden durch eine entsprechend programmierte Schnittstelle der Steuerungssoftware der Federwindemaschine umgerechnet in ein Datenformat, welches dem Datenformat entspricht, welches an der Bedieneroberfläche der Federwindemaschine (vgl. 2) zur Parametrierung des Ortes entlang der Schraubenfeder und der zugehörigen Steigung genutzt wird.
Die Korrektur wird dann dadurch vorgenommen, dass ein Korrektur-Datensatz für eine dem Ort der maximalen Abweichung entsprechende zweite Stützstelle erzeugt wird. Wenn bei der Parametrisierung im Format der ersten Datensätze (vgl. 2) ein Datensatz existiert, dessen Ortskoordinate entweder dem Ort maximaler Abweichung entspricht oder innerhalb eines vordefinierten Nahbereichs sehr nahe bei diesem liegt, so kann der entsprechende Steigungswert dieses Datensatzes unmittelbar um den Korrekturwert korrigiert werden. Es könnte beispielsweise in die Korrekturspalte „+/–„ ein dem Korrekturwert entsprechender Wert eingefügt werden, der dann auf die Steigung in Spalte 7 angewendet wird, um den Steigungsparameter Stg zu verändern. Häufig wird es jedoch so sein, dass unter den ersten Datensätzen kein Datensatz ist, dessen erste Stützstelle nahe genug am Ort der maximalen Abweichung liegt. Für diesen Fall wird automatisch ein neuer zweiter Datensatz für eine den Ort der maximalen Abweichung entsprechende zweite Stützstelle generiert und der der maximalen Abweichung entsprechende Korrekturwert wird auf diesen neu generierten Datensatz angewendet. Auf diese Weise ist eine sehr präzise Korrektur um das richtige Korrekturausmaß am richtigen Ort, nämlich am Ort maximaler Abweichung, vorbereitet.
Diese Vorgänge können unsichtbar für einen Bediener ablaufen. Es ist auch möglich, dass in der in 2 gezeigten Bildschirmanzeige das Ergebnis der Auswertung und seine Umsetzung für den Bediener sichtbar angezeigt werden, z. B. indem ein Korrekturwert in Spalte „+/–„ erscheint oder indem zwischen zwei existierenden zweiten Datensätzen ein neuer zweiter Datensatz eingefügt wird. Die anderen Datensatze können durch Umrechnung angepasst werden.
Die hiermit geänderten Eingabedaten für die Soll-Geometrie werden dann mit Hilfe des NC-Generators in eine geänderte Folge von NC-Sätzen umgerechnet, wodurch dann bei der Herstellung der folgenden Schraubenfedern gemäß einem korrigierten Steuerprogramm gearbeitet wird, bei dem die maximale Abweichung in dem ausgewählten Federabschnitt beseitigt ist.
Bei der anhand von 4 beschriebene Ist-Feder ist durch die Messung festgestellt worden, dass in dem Konstantbereich zwischen ca. 360° und ca. 1440° die tatsächliche Steigung (Ist-Wert) systematisch höher liegt als der Sollwert. Dies führt bei der relativ großen Länge des Konstantabschnitts insgesamt zu einer zu großen Federlänge (axialer Abstand zwischen Federanfang und Federende). Die Messeinrichtung hat dies festgestellt und angezeigt, entsprechende Ist-Federdaten sind zur Auswertesoftware der Federwindemaschine übertragen worden. Durch die Software wird nun in der linken oberen Tabelle der Bildschirmanzeige von 2 noch ein Korrekturwert für die Federlänge (siehe letzte Zeile) generiert und angezeigt. Im Beispielsfall muss die Federlänge um 0,99 mm verkürzt werden. Dies kann bei der Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass die Position des Steigungswerkzeuges für die Erstellung des Konstantabschnitts so weit verändert wird, dass sich im Konstantabschnitt ein etwas geringeres Steigungsmaß einstellt. Auch hier kann das Ausmaß der Werkzeugverstellung aufgrund der ermittelten maximalen Abweichung in diesem Federabschnitt genau berechnet werden.
Es können mehrere Federabschnitte für die Korrektur ausgewählt und auf die beschriebene Weise korrigiert werden, z. B. der Federanfangsabschnitt und der Federendabschnitt und ggf. auch ein Konstantabschnitt, eventuell auch weitere Federabschnitte Auf Ebene der Auswertungssoftware können die Auswertungen nacheinander verlaufen, dabei können mehrere Korrekturwerte (für jeden Federabschnitt einer) ermittelt werden. Diese Korrekturwerte können dann gemeinsam weiterverarbeitet werden, indem das NC-Steuerprogramm an mehreren Stellen entsprechend der mehreren Korrekturwerte wie beschrieben geändert wird. Im Beispielsfall können die Steigungswerte für den Federendabschnitt und den Konstantabschnitt geändert werden, so dass die neu hergestellten Federn im Federendabschnitt keine Toleranzüberschreitungen mehr haben und die Gesamtlänge ebenfalls korrigiert ist.
Das Verfahren ermöglicht eine automatisierte Korrektur aufgrund von Messdaten, die mit einer externen Messeinrichtung erfasst werden und zunächst in einem proprietären Datenformat vorliegen. Diese Daten werden zur Federwindemaschine übertragen, deren Steuerungssoftware im Vergleich zu herkömmlichen Federwindemaschinen um eine programmierte Schnittstelle erweitert ist, die die von der Messeinrichtung kommenden Daten in ein Datenformat umrechnet, welches kompatibel mit dem in der Steuerungssoftware und bei der Geometrieeingabe verwendeten Datenformaten ist. Weiterhin hat die Steuerungssoftware ein bei herkömmlichen Maschinen nicht vorhandenes Auswertungsmodul, mit dessen Hilfe die beschriebene Bewertung bzw. Interpretation der Messdaten und die Ermittlung von Korrekturwerten durchgeführt wird. Die Software ist weiterhin dazu in der Lage, die Korrekturwerte automatisch an einer passenden Stelle in der Geometrieeingabe einzufügen bzw. falls eine solche Stelle bzw. ein solcher Stützpunkt noch nicht existiert, einen entsprechenden Datensatz zu generieren. Dadurch ergeben sich erhebliche Vereinfachungen und Beschleunigungen bei der Korrektur von Steigungsverläufen und gegebenenfalls bei einer damit verbundenen Längenkorrektur von Schraubenfedern, insbesondere bei der Herstellung von zylindrischen Druckfedern. Auf entsprechende Weise kann auch der Federdurchmesser gemessen und gegebenenfalls korrigiert werden. Die Messung und Korrektur kann auch an anderen als den hier konkret beschriebenen Federtypen, beispielsweise an einfachen konischen Federn, durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine, worin ein Draht unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt wird, mit folgenden Schritten: Messen einer Ist-Geometrie einer hergestellten Schraubenfeder zur Ermittlung von Ist-Federdaten; Vergleichen der Ist-Federdaten mit Soll-Federdaten, um Abweichungsdaten zu ermitteln, die für mindestens einen Federgeometrieparameter eine Abweichung der Ist-Geometrie von einer vorgegebenen Soll-Geometrie der Schraubenfeder repräsentieren; Interpretieren der Abweichungsdaten und Erzeugen von Korrekturdaten, wenn Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen; und Verändern einer Stellbewegung mindestens eines der Werkzeuge auf Basis der Korrekturdaten für die Herstellung einer nächsten Schraubenfeder; gekennzeichnet durch folgende Schritte: Auswählen eines Federabschnitts; Ermitteln eines Korrekturwertes für eine Stellbewegung eines Werkzeuges, das den Federgeometrieparameter in dem ausgewählten Federabschnitt beeinflusst; und Korrigieren des NC-Steuerprogramms unter Berücksichtigung des Korrekturwerts.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schraubenfeder in mehrere Federabschnitte mit unterschiedlicher Steigungsänderung aufgeteilt wird, ein Federabschnitt, insbesondere ein Federabschnitt mit im Wesentlichen konstanter Steigungsänderung, ausgewählt wird und ein Korrekturwert für den ausgewählten Federabschnitt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin mindestens eine Korrektur in einem an den Federanfang angrenzenden Federanfangsabschnitt und/oder in einem an das Federende angrenzenden Federendabschnitt vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin mindestens eine Korrektur in einem Konstantabschnitt mit im Wesentlichen konstanter Steigung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zunächst der Steigungsverlauf in einem Federanfangsabschnitt und/oder in einem Federendabschnitt korrigiert wird und danach die Steigung in einem Konstantabschnitt korrigiert wird, wenn die Steigung in dem Konstantabschnitt und/oder die Gesamtlänge der Schraubenfeder außerhalb der Toleranz liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zur Ermittlung eines Korrekturwertes eine maximale Abweichung der Ist-Federdaten von den Soll-Federdaten und ein zur maximalen Abweichung gehörender Ort maximaler Abweichung in dem Federabschnitt ermittelt wird und worin ein Korrekturwert für eine Stellbewegung eines Werkzeuges berechnet wird, das den Federgeometrieparameter an dem Ort maximaler Abweichung in dem Federabschnitt beeinflusst, wobei vorzugsweise ausschließlich der zu der maximalen Abweichung gehörende Korrekturwert zur Korrektur des Steuerprogramms verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei der Messung ein der lokalen Steigung der Schraubenfeder entsprechendes Steigungsmaß ermittelt wird und worin auf Basis des Korrekturwertes mindestens ein Werkzeug eingestellt wird, welches die Steigung der Schraubenfeder in dem Federabschnitt, insbesondere im Bereich des Ortes maximaler Abweichung, beeinflusst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Messung der Schraubenfeder an einer von der Federwindemaschine gesonderten Messeinrichtung durchgeführt wird und eine automatische oder automatisierbare Datenübertragung zwischen der Messeinrichtung und der Federwindemaschine stattfindet, wobei eine Datenübertragung der von der Messeinrichtung generierten Messdaten vorzugsweise über eine der Steuerungssoftware der Federwindemaschine zugeordnete programmierte Schnittstelle erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Auswahl des mindestens einen Federabschnitts, die Ermittlung des Korrekturwertes und die Korrektur des NC-Steuerprogramms ausschließlich mit Hilfe der Steuerungssoftware der Federwindemaschine durchgeführt werden, wobei vorzugsweise die Ermittlung des Korrekturwertes eine Ermittlung einer maximalen Abweichung und des zugehörigen Ortes maximaler Abweichung in dem Federabschnitt umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine Steuerungssoftware der Federwindemaschine eine Bedieneroberfläche zur Eingabe von der Soll-Geometrie entsprechenden Geometriedaten steuert und ein NC-Generator zur Umwandlung der eingegebenen Geometriedaten in eine Folge von NC-Sätzen des NC-Steuerprogramms vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Korrekturwert in ein Eingangsformat für den NC-Generator umgerechnet wird und Änderungen im NC-Steuerprogramm mit Hilfe des NC-Generators automatisch durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei der Messung für die Ist-Federdaten erste Datensätze für einen Satz erster Stützstellen erzeugt werden, die Soll-Federdaten in Form von zweiten Datensätzen für einen Satz von zweiten Stützstellen erzeugt werden, und worin bei der Korrektur ein zweiter Datensatz für eine zweite Stützstelle erzeugt wird, die einem Korrekturort, insbesondere dem Ort der maximalen Abweichung, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, worin, wenn für einen Nahbereich um einen Korrekturort, insbesondere den Ort der maximalen Abweichung, bereits ein zweiter Datensatz mit einer zweiten Stützstelle vorliegt, dieser zweite Datensatz mit Hilfe des Korrekturwertes korrigiert wird, und worin automatisch ein neuer zweiter Datensatz für eine einem Korrekturort, insbesondere dem Ort der maximalen Abweichung, entsprechende zweite Stützstelle generiert wird, wenn die zweiten Datensätze vor der Korrektur keinen zweiten Datensatz enthalten, dessen zweite Stützstelle einem Ort entspricht, der in einem vordefinierten Nahbereich um den Korrekturort, insbesondere den Ort der maximalen Abweichung, liegt.
Federwindemaschine (100) zur Herstellung von Schraubenfedern (220) durch Federwinden unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm, mit einer Zuführeinrichtung (110) zum Zuführen von Draht (115) zu einer Umformeinrichtung (120), wobei die Umformeinrichtung mindestens ein Windewerkzeug (122, 124), welches im Wesentlichen den Durchmesser der Schraubenfeder an einer vorgebbaren Position bestimmt, sowie mindestens ein Steigungswerkzeug (130) aufweist, dessen Eingriff an einer sich entwickelnden Schraubenfeder die lokale Steigung der Schraubenfeder bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwindemaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
Federwindemaschine nach Anspruch 13, worin die Federwindemaschine eine Steuereinrichtung mit einer Speichereinrichtung aufweist, in der Steuerungssoftware gespeichert ist, wobei die Steuerungssoftware eine programmierte Schnittstelle zur Messdatenübernahme von einer externen Messeinrichtung (200) aufweist.
Federwindemaschine nach Anspruch 14, worin die Steuerungssoftware Programmbestandteile aufweist, die zur Definition des mindestens einen Federabschnitts, zur Errechnung des Korrekturwertes, insbesondere mit Ermittlung einer maximalen Abweichung und des zugehörigen Ortes der maximalen Abweichung in dem Federabschnitt, und zur Korrektur des NC-Steuerprogramms ausgelegt sind.
Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchführt.