DE102016117527A1

DE102016117527A1 - Bearbeitungsverfahren, Bearbeitungsmaschine zum Ausführen des Bearbeitungsverfahrens, Bearbeitungszentrum mit einer Mehrzahl derartiger Bearbeitungsmaschinen sowie Bearbeitungsmuster

Info

Publication number: DE102016117527A1
Application number: DE102016117527.7A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Settele
Original assignee: Creative Automation & Co KG GmbH
Current assignee: Creative Automation & Co KG GmbH
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-09-17
Also published as: EP3296093A1; DE102016117527B4; EP3296093B1; EP3296093B8

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) unter Verwendung zumindest einer Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1'''). Im Rahmen dieses Verfahrens wird das zu bearbeitende Werkstück (W) zunächst zwischen ersten und zweiten Bearbeitungselementen (2, 4; 2', 4'; 2'' 4''; 2''', 4''') der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') positioniert, das Werkstück (W) wird durch einen Niederhalter (7; 7'; 7''; 7''') der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') fixiert und die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'' 4''; 2''', 4''') werden ohne Formänderung des Werkstücks (W) mit diesem in Anlage gebracht. Beim Bearbeiten des Werkstücks (W) werden die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') durch erste und zweite servomechanische Antriebe der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') mit einem Servoaktuator (14) und einem Kurvengetriebe (15) in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron äquidistant zueinander oder synchron gegenläufig zueinander angetrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') zum Ausführen des vorstehenden Verfahrens, ein Bearbeitungszentrum (20) mit einer Mehrzahl derartiger Bearbeitungsmaschinen sowie ein Bewegungsmuster der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten des Werkstücks (W).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, eine entsprechende Bearbeitungsmaschine mit ersten und zweiten Bearbeitungselementen zum Ausführen des Bearbeitungsverfahrens, wie beispielsweise eine Stanz-, Präge-, Biege- oder Ziehmaschine, ein Bearbeitungszentrum mit einer Mehrzahl derartiger Bearbeitungsmaschinen sowie ein Bewegungsmuster der ersten und zweiten Bearbeitungselemente zum Bearbeiten des Werkstücks.
Durch Bearbeitungsverfahren erzeugte Oberflächen von Werkstücken, wie beispielsweise Schnittflächen von Stanzteilen, sollen zunehmend als Funktionsflächen dienen, ohne dass die Werkstücke nach der Bearbeitung einer Nachbearbeitung unterzogen werden müssen. Beim Bearbeiten von Werkstücken, wie insbesondere beim Trennen oder Umformen, können bei den Werkstückbearbeitungsflächen jedoch Mikrorisse entstehen, welche bei einer dynamischen Beanspruchung der aus den Werkstücken gefertigten Bauteile zu einer Kerbwirkung führen können. Dies kann wiederum die Standzeiten der jeweiligen Bauteile negativ beeinflussen. Aus diesem Grund bestehen sehr hohe Anforderungen an die durch Bearbeitungsverfahren erzeugten Oberflächen.
Im Zuge der Bestrebungen, eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit von Werkstückbearbeitungsflächen zu erreichen, wurden in der vergangenen Zeit verschiedene Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen.
In diesem Zusammenhang wurden beispielsweise Verfahren entwickelt, um die Schnittflächenqualität von mittels Scherung hergestellten Präzisionsteilen zu verbessern. Die Schnittflächenqualität ist hierbei beispielsweise definiert durch die Kenngrößen Kanteneinzug, Glattschnittfläche, Glattschnittflächenanteil, Rauheit der Glattschnittfläche, Bruchflächenwinkel, Rauheit der Bruchfläche, Breite und Höhe der Bruchfläche, Schnittgrat, schalenförmiger Abriss, Einriss, beinflussbare Randzone, Werkstoffhärte vor/nach dem Schneiden usw. Im Vordergrund stehen dabei jedoch der Glattschnittflächenanteil, die Rauheit der Glattschnittfläche, der Stanzeinzug und der Stanzgrat. Als Ideal wird hier ein Glattschnittflächenanteil von 100% der Materialdicke, ohne Stanzeinzug und Stanzgrat, angestrebt. Da dieses Ideal bisher mit keinem Folgeverbundwerkzeug realisiert werden kann, müssen derartige Teile aufwändig nachgearbeitet werden.
Ein bekanntes Verfahren zum Erreichen einer hohen Schnittflächenqualität ist das sogenannte Feinschneidverfahren. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück während der Bearbeitung entlang der Schnittkontur mit Hilfe einer Ringzacke festgehalten und es wird mit einem reduzierten Schneidpalt gearbeitet. Durch dieses Verfahren können im Gegensatz zum konventionellen Scherschneiden Schnittflächen erhalten werden, die über die gesamte Materialdicke einriss- und abrissfrei sind, und zudem können engste Maß- und Planheitstoleranzen realisiert werden. Voraussetzung für die Verwendung der Ringzacke ist jedoch eine gewisse Materialdicke des Werkstücks von mehr als 1 mm, da bei dünneren Werkstücken die auftretenden Querkräfte im Schnittbereich aufgrund des kleineren Materialvolumens zu Unebenheiten führen können. Zudem sind die Materialien, bei welchen das Feinschneidverfahren zum Einsatz gebracht werden kann, hinsichtlich Härte und Sprödigkeit eingeschränkt und darüber hinaus ist eine dreifach wirkende Presse erforderlich, welche eine besonders hohe Führungsgenauigkeit des Stempels und einen steifen Pressenrahmen aufweist.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Erreichen einer verbesserten Schnittflächenqualität ist ferner das sogenannte Konterschneiden, welches dem Scherschneiden zuzuordnen ist und bei welchem zwischen einem dreistufigen Konterschneiden und einem zweistufigen Konterschneiden unterschieden wird. Die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt bei diesen Verfahren in zwei bzw. drei Stufen, wobei zwischen den einzelnen Stufen eine Umkehr der Schneidrichtung der verwendeten Schneidstempel vorgesehen ist. Somit wird das Werkstück beim dreistufigen Konterschneiden in der ersten Stufe zunächst angeschnitten, in der zweiten Stufe erfolgt nach einer Umkehr der Schneidrichtung ein Gegenschneiden und in der dritten Stufe erfolgt nach einer abermaligen Umkehr der Schneidrichtung schließlich ein Durchschneiden des Werkstücks. Die Schnittfläche beim dreistufigen Konterschneiden ist insbesondere durch eine völlige Gratfreiheit, zwei Glattschnittflächen und die Bruchzone zwischen diesen Glattschnittflächen charakterisiert. Mit Blick auf den mit diesem Verfahren erreichbaren Glattschnittanteil von ca. 50% und insbesondere mit Blick auf die verbleibende Bruchzone zwischen den beiden Glattschnittflächen besteht jedoch auch bei diesem Verfahren Raum für Verbesserungen.
Darüber hinaus beschreibt die DE 42 07 165 A1 ein Verfahren zum Stanzen einer Metallfolie mit einem Paar von Stanzwerkzeugen und einem Paar von Stanzstempeln, welche jeweils über bzw. unter der zu bearbeitenden Metallfolie angeordnet sind und durch piezoelektrische Betätiger angetrieben werden. Bei diesem Verfahren werden die Stanzstempel so in Schwingung versetzt, dass ein Vorgang eines Halbstanzens und ein Vorgang eines Zurückstanzens wiederholend ausgeführt werden, wobei die Stanzstempel stumpf gegen die beiden Seiten des zwischen den Stanzstempeln eingeklemmten Werkstücks stoßen. Dabei wird die Metallfolie entlang der Scherfläche aufgrund niedriger zyklischer Materialermüdung ohne Ausbildung von Graten abgetrennt. Bei diesem bekannten Stanzverfahren werden die beiden Stanzstempel im Rahmen des Stanzvorgangs jedoch mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung zueinander angetrieben, so dass der Werkstückabschnitt zwischen den Stanzstempeln verformt bzw. zusammengepresst wird, was zu einer nicht erwünschten Kaltverfestigung im Bearbeitungsbereich des Werkstücks und somit zu Rissen in diesem Bereich führen kann.
Grundsätzlich ist festzustellen, dass das Werkstoffgefüge des Werkstücks durch einen Werkstückbearbeitungsvorgang, wie beispielsweise einen Stanzvorgang, im Bearbeitungsbereich als Folge von lokalen Umformungen erheblich beeinflusst bzw. geschädigt werden kann und somit das verbleibende Umformvermögen des Materials deutlich reduziert sein kann. Bei bislang bekannten Bearbeitungsverfahren, wie insbesondere bei bekannten Scherschneidverfahren, werden während der Bearbeitung des Werkstücks bei den jeweiligen Bearbeitungshüben der Bearbeitungselemente einstufige, kontinuierliche Linearbewegungen derselben erzeugt. Diese einstufigen Bewegungshübe der Bearbeitungselemente wirken sich über die im Werkstückwerkstoff vorhandenen bzw. entstehenden Gitterfehler jedoch negativ auf das verbleibende Umformvermögen des Werkstücks im Bearbeitungsbereich aus, was wiederum zu nicht erwünschten Rissen in diesem Bereich führen kann.
Ferner erfolgt zu Beginn eines Bearbeitungsablaufs bei bislang bekannten Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise bei bekannten Scherschneidverfahren, ein dynamisches Auftreffen bzw. Aufschlagen von einem oder mehreren Bearbeitungselementen auf das in der Maschine positionierte Werkstück. Dies kann zu einem Taumeln bzw. zu Schwingungen der Bearbeitungselemente und des Werkstücks führen. Somit können zu Beginn der Werkstückbearbeitung Relativbewegungen zwischen den jeweiligen Bearbeitungselementen und dem zu bearbeitenden Werkstück in einer quer zu der Bewegungsrichtung der Bearbeitungselemente verlaufenden Richtung vorliegen. Diese Relativbewegungen können zu einer weiteren nicht erwünschten Verformung des Werkstücks im Bearbeitungsbereich und somit zu nicht erwünschten lokalen Gefügeveränderungen des Werkstücks im Bearbeitungsbereich führen. Durch diese Relativbewegungen muss bei Stanzmaschinen darüber hinaus der Schneidspalt verhältnismäßig groß gewählt werden, um Schäden an den Bearbeitungs- bzw. Aktivelementen (Stempel, Matrize) der Stanzmaschine während der Bearbeitung zu verhindern. Somit können die vorgenannten Relativbewegungen zwischen den entsprechenden Bearbeitungselementen und dem Werkstück die Schnittflächenqualität, das Werkstoffgefüge des Werkstücks und auch den realisierbaren Schneidspalt in unerwünschter Art und Weise negativ beeinflussen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Bearbeitungsverfahren, eine entsprechende Bearbeitungsmaschine sowie ein Bewegungsmuster erster und zweiter Bearbeitungselemente bereit zu stellen, welche bei einer Vielzahl von Werkstoffen mit unterschiedlichen Materialqualitäten (von weich, HV 80, E-Modul 100.000 N/m², bis hart, HV 260, E-Modul 185.000 N/m²) auch im Dünnblechbereich bei Materialdicken von 0,03–1 [mm] eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit von Werkstückbearbeitungsflächen vorsehen und darüber hinaus eine negative Beeinflussung des Werkstoffgefüges im Werkstückbearbeitungsbereich unterdrücken können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bearbeitungsverfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Werkstück unter Verwendung zumindest einer Bearbeitungsmaschine bearbeitet. Die zumindest eine Bearbeitungsmaschine weist ein erstes und ein zweites Bearbeitungselement zum Bearbeiten des Werkstücks, welches zwischen diesen positioniert ist, erste und zweite servomechanische Antriebe mit einem Servoaktuator und einem Kurvengetriebe, welche jeweils den ersten und zweiten Bearbeitungselementen zugeordnet und mit diesen verbunden sind, um die ersten und zweiten Bearbeitungselemente zum Bearbeiten des Werkstücks entlang zumindest einer Bearbeitungsachse anzutreiben, die senkrecht zu einer Längsachse des zu bearbeitenden Werkstücks ausgerichtet ist, wenigstens einen Niederhalter zum Fixieren des Werkstücks während der Bearbeitung und Führungen für die Bearbeitungselemente auf.
Das Kurvengetriebe der servomechanischen Antriebe weist ein als eine Kurvenscheibe ausgebildetes Kurvenglied und ein Eingriffsglied mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Abnahmerollen zur Übertragung einer durch den Servoaktuator in das Kurvenglied eingeleiteten Antriebskraft auf das Eingriffsglied auf. Ferner ist das Eingriffsglied als ein mit einem entsprechenden Bearbeitungselement verbundener Linearschlitten ausgebildet, welcher einen schwenkbar gelagerten Pendelhebel aufweist, der die wenigstens zwei Abnahmerollen trägt, welche derart drehbar gelagert sind, dass die Kurvenscheibe zur Übertragung der eingeleiteten Antriebskraft auf den Linearschlitten auf den wenigstens zwei an die Kurvenscheibe anliegenden Abnahmerollen abwälzbar ist, unter Erzeugung einer aus zwei Wirkkraftkomponenten bestehenden Gesamtwirkungskraft.
Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren wird das zu bearbeitende Werkstück zunächst zwischen den ersten und zweiten Bearbeitungselementen der Bearbeitungsmaschine positioniert. Dann wird das Werkstück durch den wenigstens einen Niederhalter der Bearbeitungsmaschine fixiert und die ersten und zweiten Bearbeitungselemente werden ohne Formänderung des Werkstücks mit diesem in Anlage gebracht. Anschließend erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks durch die ersten und zweiten Bearbeitungselemente, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente während des Bearbeitungsvorgangs durch die ersten und zweiten servomechanischen Antriebe der Bearbeitungsmaschine in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron äquidistant zueinander oder synchron gegenläufig zueinander angetrieben werden.
Die Erfindung sieht somit erstmals ein Bearbeitungsverfahren vor, bei welchem erste und zweite Bearbeitungselemente vor der Bearbeitung des Werkstücks ohne Formänderung desselben zunächst mit diesem in Anlage gebracht werden. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren ein zwischen Bearbeitungselementen positioniertes Werkstück erstmals durch ein mehrstufiges Antreiben der Bearbeitungselemente zumindest zeitweilig mit einer synchron äquidistanten oder synchron gegenläufigen Bewegung der Bearbeitungselemente zueinander bearbeitet.
Durch das erfindungsgemäße in Anlage Bringen der ersten und zweiten Bearbeitungselemente mit dem Werkstück vor der eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks ohne eine Formänderung desselben können Schwingungen der Bearbeitungselemente und/oder des Werkstücks beim Auftreffen bzw. Aufschlagen der Bearbeitungselemente auf das Werkstück unterdrückt werden, da die Bearbeitungselemente mit reduzierter Geschwindigkeit mit dem Werkstück in Anlage gebracht werden. Somit können durch Schwingungen hervorgerufene Relativbewegungen zwischen den Bearbeitungselementen und dem Werkstück in einer quer zu der Bewegungsrichtung der Bearbeitungselemente verlaufenden Richtung unterdrückt werden. Dadurch kann eine nicht gewünschte Umformung des Werkstücks im Bearbeitungsbereich, welche durch auftretende Relativbewegungen zwischen den Bearbeitungselementen und dem Werkstück hervorgerufen werden kann, unterdrückt werden, und somit kann die Oberflächenbeschaffenheit im Werkstückbearbeitungsbereich verbessert werden. Zudem kann eine nicht erwünschte Beeinflussung der interkristallinen Struktur bzw. des Werkstoffgefüges des Werkstücks im Bearbeitungsbereich durch die Relativbewegungen bzw. die dadurch hervorgerufene Umformung des Werkstücks unterdrückt werden.
Durch die gestufte Bewegungsabfolge der Bearbeitungselemente während der Werkstückbearbeitung wirken im Vergleich zu einer einstufigen Werkstückbearbeitung geringere Prozesskräfte. Die von den Bearbeitungselementen auf das Werkstück übertragene Kraft wird durch die gestufte Bewegungsabfolge in mehrere Kräfte entsprechend den mehreren Bearbeitungsstufen aufgeteilt und durch eine Entspannung des Werkstückwerkstoffes zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen ergibt sich im Vergleich zu einer einstufigen Werkstückbearbeitung insgesamt eine verringerte in das Werkstück eingebrachte Bearbeitungskraft. Die Reduzierung der Bearbeitungskraft erfolgt dabei durch die Aufteilung der Bearbeitung in n Einzelschritte bzw. Bearbeitungsstufen. Dabei kann für jede Bearbeitungsstufe der Weg und die Geschwindigkeit der Bearbeitungselemente variiert werden und somit kann für jede Bearbeitungsstufe eine für den jeweiligen Prozess optimale Umformgeschwindigkeit definiert werden. Während der Bearbeitung des Werkstücks entstehen somit weniger Gitterfehler bzw. eine geringere Versetzungsdichte im Werkstoff und somit kann eine nicht erwünschte Kaltverfestigung des Werkstoffes im Bearbeitungsbereich unterdrückt werden. Somit wird durch das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren eine nicht erwünschte Beeinflussung der interkristallinen Struktur des Werkstücks im Werkstückbearbeitungsbereich unterdrückt und somit kann beispielsweise die Schnittflächenqualität bei Stanzteilen oder die Oberflächengüte bzw. Oberflächenbeschaffenheit von Prägeteilen verbessert werden.
Durch die synchron äquidistante Bewegungsabfolge der ersten und zweiten Bearbeitungselemente kann zudem erreicht werden, dass die plastische Verformung des Werkstücks im Bearbeitungsbereich möglichst gering gehalten wird. Die Äquidistanz der Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks führt dazu, dass der Werkstückabschnitt zwischen den Bearbeitungselementen nicht zusammengepresst bzw. verformt wird, was wiederum zu einer geringeren Anzahl von Gitterfehlern bzw. zu einer geringeren Versetzungsdichte im Bearbeitungsbereich des Werkstücks führt. Aufgrund der geringeren Anzahl von Gitterfehlern im Werkstückwerkstoff wird auch dadurch eine nicht erwünschte Kaltverfestigung des Materials und somit die Erzeugung von Rissen im Werkstückbearbeitungsbereich unterdrückt.
Die synchron gegenläufige Bewegungsabfolge der Bearbeitungselemente, welche beispielsweise bei Präge-, Biege oder Ziehverfahren eingesetzt werden kann, führt dazu, dass das Fließverhalten des Werkstückwerkstoffes in positiver Art und Weise beeinflusst werden kann. Dadurch können beispielsweise Konturen, wie Hinterschnitte, Schneiden o. Ä., in vorteilhafter Art und Weise ausgebildet werden. Ferner kann sich der Werkstückwerkstoff während des Bearbeitungsvorgangs entspannen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das vorstehende Bearbeitungsverfahren kann beispielsweise im Rahmen einer Stanz-, Präge-, Biege- oder Ziehbearbeitung realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können in Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Werkstücks eine Schrittweite von Bearbeitungsstufen durch den mehrstufigen Antrieb der ersten und zweiten Bearbeitungselemente beim Bearbeiten des Werkstücks variiert werden und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks variiert werden und/oder die ersten und zweiten Bearbeitungselemente zwischen den Bearbeitungsstufen für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung gehalten werden.
Gemäß diesem Bearbeitungsverfahren können die Schrittweite bei dem mehrstufigen Antrieb der ersten und zweiten Bearbeitungselemente, das heißt, die Abstufung der Bearbeitung durch die ersten und zweiten Bearbeitungselemente, und die Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks gemäß den Materialeigenschaften des Werkstücks geeignet variiert bzw. gewählt werden. Zudem kann in Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Werkstücks zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen eine vorbestimmte Zeitspanne vorgesehen sein, in welcher die ersten und zweiten Bearbeitungselemente in einer Ruhestellung gehalten werden. So kann beispielsweise bei weichen Werkstoffen die Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Bearbeitungselemente in vorteilhafter Weise reduziert werden. Bei harten Werkstoffen hingegen kann eine erhöhte Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Bearbeitungselemente gewählt werden. So kann beispielsweise bei harten Werkstoffen die Schneidgeschwindigkeit im Eintauchbereich des Schneidstempels im Vergleich zu einer Exzenterpresse bis um Faktor 16 schneller gewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die ersten und zweiten Bearbeitungselemente vor dem Bearbeiten des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente ohne Formänderung des Werkstücks mit diesem in Anlage gehalten werden.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform werden die ersten und zweiten Bearbeitungselemente vor der eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente ohne Formänderung des Werkstücks mit diesem in Anlage gehalten. Durch diese vorbestimmte Zeitspanne zwischen dem in Anlage Bringen bzw. dem Auftreffen der Bearbeitungselemente mit bzw. auf das Werkstück und dem Beginn der Werkstückbearbeitung können evtl. auftretende Schwingungen der ersten und zweiten Bearbeitungselemente und des Werkstücks, welche durch das Auftreffen der ersten und zweiten Bearbeitungselemente auf das Werkstück hervorgerufen werden, abklingen, wodurch Relativbewegungen zwischen den Bearbeitungselementen und dem Werkstück in einer quer zur Bewegungsrichtung der Bearbeitungselemente verlaufenden Richtung während der Bearbeitung noch zuverlässiger unterdrückt werden können. Dadurch kann die erhaltene Oberflächenbeschaffenheit der Werkstückbearbeitungsflächen noch zuverlässiger verbessert werden und eine nicht erwünschte Beeinflussung des Werkstoffgefüges im Bearbeitungsbereich durch die Bearbeitung kann noch zuverlässiger unterdrückt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die die ersten und zweiten Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks in einer pulsierenden Art und Weise mit einer Vorschubbewegung der Bearbeitungselemente in Richtung hin zu dem Werkstück und mit einer zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichteten Rückführbewegung der Bearbeitungselemente von dem Werkstück weg angetrieben werden.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform führt die Rückführbewegung der Bearbeitungselemente im Rahmen des pulsierenden Antriebs der ersten und zweiten Bearbeitungselemente dazu, dass sich der Werkstoff entspannen kann, wodurch sich die Kristalle bzw. Atome im Werkstoff neu ausrichten können. Dies führt wiederum zu einer geringeren Kaltverfestigung durch die Bearbeitung und somit zu einem verbesserten Verformungsverhalten bei einer darauffolgenden Vorschubbewegung der Bearbeitungselemente in Richtung hin zu dem Werkstück, was letztlich zu einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Werkstücke mit weniger Rissen führt. Zudem vermeidet die schonende Bearbeitung einen mit fortlaufenden Stückzahlen steigenden Materialauftrag an den Aktivelementen durch einen Auftrag von Mikropartikeln des Werkstücks. Damit erhöht sich bei gleichbleibender Qualität die Standzeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform können eine Mehrzahl von Bearbeitungsmaschinen zum Bearbeiten des Werkstücks in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten verwendet werden, welche von einer gemeinsamen Gehäusestruktur umfasst sind, wodurch ein Bearbeitungszentrum mit den mehreren Bearbeitungsmaschinen ausgebildet ist. Dabei wird das Werkstück als Bandmaterial hin zu dem Bearbeitungszentrum geführt und für die Bearbeitung in den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten hin zu den Bearbeitungsmaschinen in dem Bearbeitungszentrum und durch selbige hindurch befördert.
Die Verwendung mehrerer Bearbeitungsmaschinen zum Durchführen aufeinanderfolgender Bearbeitungsschritte, welche als ein Bearbeitungszentrum von einer gemeinsamen Gehäusestruktur umfasst sind, führt zu einem deutlich reduzierten Handhabungsaufwand während der Werkstückbearbeitung und somit zu geringeren Bearbeitungskosten. Auf einer derartigen Anlage können Bauteile mit komplexen Strukturen unter Verwendung unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren (Stanzen, Prägen, Biegen, Ziehen oder jedwede Kombination daraus) mit einer jeweils optimalen Bewegungsabfolge der entsprechenden Bearbeitungselemente produziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Bearbeitungsmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens vorgesehen. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine weist auf: zumindest ein erstes und ein zweites Bearbeitungselement zum Bearbeiten eines Werkstücks, welches zwischen diesen positioniert ist, wenigstens einen Niederhalter zum Fixieren des Werkstücks während der Bearbeitung und Führungen für die Bearbeitungselemente.
Bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sind den ersten und zweiten Bearbeitungselementen ferner jeweils servomechanische Antriebe mit einem Servoaktuator und einem Kurvengetriebe zugeordnet und mit diesen verbunden, um die ersten und zweiten Bearbeitungselemente zum Bearbeiten des Werkstücks entlang zumindest einer Bearbeitungsachse anzutreiben, die senkrecht zu einer Längsachse des zu bearbeitenden Werkstücks ausgerichtet ist. Das Kurvengetriebe weist ein als eine Kurvenscheibe ausgebildetes Kurvenglied und ein Eingriffsglied mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Abnahmerollen zur Übertragung einer durch den Servoaktuator in das Kurvenglied eingeleiteten Antriebskraft auf das Eingriffsglied auf. Ferner ist das Eingriffsglied als ein mit einem entsprechenden Bearbeitungselement verbundener Linearschlitten ausgebildet, welcher einen schwenkbar gelagerten Pendelhebel aufweist, der die wenigstens zwei Abnahmerollen trägt, welche derart drehbar gelagert sind, dass die Kurvenscheibe zur Übertragung der eingeleiteten Antriebskraft auf den Linearschlitten auf den wenigstens zwei an die Kurvenscheibe anliegenden Abnahmerollen abwälzbar ist, unter Erzeugung einer aus zwei Wirkkraftkomponenten bestehenden Gesamtwirkungskraft. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine weist ferner eine Steuerungsvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese die Bearbeitungsmaschine gemäß dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren steuert.
Die Erfindung sieht somit erstmals vor, servomechanische Antriebe mit einem Servoaktuator und einem Kurvengetriebe jeweils bei ersten und zweiten Bearbeitungselementen einer Bearbeitungsmaschine vorgesehenen. Dies ermöglicht neben höheren Prozesskräften (bis zu 200 kN) und größeren realisierbaren Hüben (bis zu 100 [mm]) der Bearbeitungselemente ferner eine exakte Reproduzierbarkeit von gewünschten Bewegungsabläufen der Bearbeitungselemente. Diese Ausgestaltung ermöglicht ferner eine bessere Entkopplung der Bearbeitungselemente vom Antrieb hinsichtlich Störeinflüssen. Durch das Kurventriebe wirken sich temperaturbedinge Ausdehnungen im Antrieb nicht negativ auf den Prozess aus. Ebenso wirken sich Reaktionen aus dem Prozess, wie Impulsspitzen, nicht negativ auf den Antrieb aus.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Bearbeitungselemente entlang der zumindest einen Bearbeitungsachse gegenüberliegend zueinander angeordnet. Durch diese Anordnung können beispielsweise Stanzteile mit sehr hoher Schnittflächenqualität erhalten werden, da die Bearbeitung mit zwei gegenüberliegenden Bearbeitungselementen dazu führt, dass bei der Bearbeitung des Werkstücks keine übermäßige Verformung des Werkstücks und somit keine unerwünschten Risse im Werkstück entstehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Bearbeitungselemente in einer quer zu der zumindest einen Bearbeitungsachse verlaufenden Richtung zueinander versetzt angeordnet. Durch diese Anordnung der Bearbeitungselemente kann das Fließverhalten des Werkstückmaterials im Bearbeitungsbereich gezielt beeinflusst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Bearbeitungszentrum mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen und einer Fördereinrichtung zum Befördern des Werkstücks in dem Bearbeitungszentrum hin zu den mehreren Bearbeitungsmaschinen und durch diese hindurch vorgesehen. Hierbei entspricht das Werkstück einem Bandmaterial und die Bearbeitungsmaschinen sind von einer gemeinsamen Gehäusestruktur umfasst. Durch das Anordnen mehrerer erfindungsgemäßer Bearbeitungsmaschinen in einem Bearbeitungszentrum können verschiedene Bearbeitungsprozesse, wie beispielsweise Stanz-, Präge-, Biege- und Ziehvorgänge, in vorteilhafter Art und Weise in einer Bearbeitungseinheit zusammengefasst werden. Dies reduziert den Handhabungsaufwand des Werkstücks während der Bearbeitung und somit die Bearbeitungskosten wesentlich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Bewegungsmuster erster und zweiter Bearbeitungselemente zum Bearbeiten eines zwischen diesen positionierten Werkstücks vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Bewegungsmuster kommen die ersten und zweiten Bearbeitungselemente vor der Bearbeitung des Werkstücks zunächst ohne Formänderung desselben mit dem Werkstück in Kontakt und diese bewegen sich während des Bearbeitungsvorgangs in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron äquidistant zueinander oder synchron gegenläufig zueinander.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die ersten und zweiten Bearbeitungselemente vor der Bearbeitung des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente ohne Formänderung des Werkstücks mit diesem in Kontakt stehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können sich die ersten und zweiten Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks in einer pulsierenden Art und Weise mit einer Vorschubbewegung der Bearbeitungselemente in Richtung hin zu dem Werkstück und mit einer zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichteten Rückführbewegung der Bearbeitungselemente von dem Werkstück weg bewegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Bewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente während der Bearbeitung des Werkstücks im Rahmen eines Prägevorgangs mit n Stufen erfolgen und ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente in jeder der n Bearbeitungsstufen kann im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung (1/2·1/n·s) betragen und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente in jeder der n Bearbeitungsstufen kann im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung (3/10·1/n·s) betragen.
Damit kann der Umformgrad mit reduzierter Prozesskraft vergrößert werden und Materialeigenschaften in vorteilhafter Weise verändert werden. Beispielsweise kann dadurch einem weichen Werkstoff, wie CuSn6, eine Federeigenschaft vermittelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das erste Bearbeitungselement einem Biegestempel entsprechen und das zweite Bearbeitungselement kann einem Biegekern entsprechen und die Bewegung des Biegestempels und des Biegekerns während der Bearbeitung des Werkstücks im Rahmen eines Biegeverfahrens kann mit n Stufen erfolgen. Hierbei kann ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Biegestempels in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung (3·1/n·s) betragen und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung des Biegestempels, ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung des Biegekerns sowie ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Biegekerns in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung kann (1/n·s) betragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das erste Bearbeitungselement einem Ziehstempel entsprechen und das zweite Bearbeitungselement kann einer Ziehmatrize entsprechen und die Bewegung des Ziehstempels und der Ziehmatrize während der Bearbeitung des Werkstücks im Rahmen eines Ziehverfahrens kann mit n Stufen erfolgen. Hierbei kann ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Ziehstempels in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung (120·1/n·s) betragen und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung des Ziehstempels, ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung der Ziehmatrize sowie ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung der Ziehmatrize in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks verlaufenden Richtung kann (1/120·n·s) betragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Anzahl der Bearbeitungsstufen n gleich 10 oder 12 sein.
Die vorstehenden Bewegungsmuster können bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden.
Durch die vorstehenden Bewegungsmuster können die gleichen vorteilhaften Effekte erhalten werden, welche vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren beschrieben sind.
Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen deutlicher ersichtlich.
Dabei zeigen:
1A eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine;
1B eine Seitenansicht der in 1A dargestellten erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine;
1C eine Querschnittsansicht der in 1A dargestellten erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine entlang der in 1A dargestellten Linie A-A;
1D eine vergrößerte Teil-Querschnittsansicht der in 1A dargestellten erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine entlang der in 1A dargestellten Linie A-A während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens;
1E eine Detailansicht, welche den in 1D gezeigten Bereich A vergrößert darstellt;
2A eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine während der Durchführung eines weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens;
2B eine Detailansicht, welche den in 2A gezeigten Bereich B vergrößert darstellt;
3A eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine während der Durchführung eines weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens;
3B eine Detailansicht, welche den in 3A gezeigten Bereich C vergrößert darstellt;
4A eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine während der Durchführung eines weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens;
4B eine Detailansicht, welche den in 4A gezeigten Bereich D vergrößert darstellt;
5 eine schematische Darstellung eines in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine verwendeten Kurvengetriebes;
6A eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums mit einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Bearbeitungsmaschinen;
6B eine Detailansicht, welche den in 6A gezeigten Bereich E vergrößert darstellt;
6C eine Seitenansicht des in 6A gezeigten Bearbeitungszentrums;
6D eine Draufsicht des in 6A gezeigten Bearbeitungszentrums;
7 ein Diagramm, welches ein erfindungsgemäßes Bewegungsmuster im Rahmen eines Stanzvorgangs darstellt;
8 ein Diagramm, welches ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster im Rahmen eines Prägevorgangs darstellt;
9 ein Diagramm, welches ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster im Rahmen eines Biegevorgangs darstellt; und
10 ein Diagramm, welches ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster im Rahmen eines Ziehvorgangs darstellt.
Nachfolgend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens, des erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums sowie des erfindungsgemäßen Bewegungsmusters erster und zweiter Bewegungselemente im Rahmen erfindungsgemäßer Bearbeitungsverfahren mit Bezug auf die Abbildungen detailliert beschrieben.
Nachstehend ist mit Bezug auf die 1A bis 1E eine Stanzvorrichtung 1 als eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine beschrieben.
1A ist eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1 zum Stanzen eines Werkstücks W, wobei der in 1A in unmittelbarer Umgebung des Werkstücks W dargestellte Pfeil eine Vorschubrichtung des als Bandmaterial vorliegenden Werkstücks entlang der Längsachse WL des Werkstücks W angibt. 1B ist eine Seitenansicht der in 1A dargestellten erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1 und 1C ist eine Querschnittsansicht der in 1A dargestellten Stanzvorrichtung 1 entlang der in 1A gezeigten Linie A-A, wobei der Schnitt A-A einem gestuften Schnitt entspricht, welcher nicht durch Servoaktuatoren 14 der Stanzvorrichtung 1 verläuft, die in 1B und 1C dargestellt sind. Bei der in 1C dargestellten Abbildung erstreckt sich die Längsachse WL des zu bearbeitenden Werkstücks W entlang einer Y-Richtung und eine Bearbeitungsachse B erstreckt sich entlang einer Z-Richtung.
Die Stanzvorrichtung 1 umfasst erste und zweite Stanzstempel 2, 4, welche bei der in 1C dargestellten Abbildung entlang der Bearbeitungsachse B gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 sind bei der in 1C dargestellten Stanzvorrichtung 1 von ersten und zweiten Stempelführungen 3, 5 umgeben, welche eine exakte Linearführung der Stanzstempel 2, 4 entlang der Bearbeitungsachse B ermöglichen. Die Stanzvorrichtung 1 weist ferner einen gefederten Niederhalter 7, zwei Schnittmatrizen 9, 9' und erste und zweite servomechanische Antriebe zum Antreiben der ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4, welche den Stanzstempeln 2, 4 jeweils zugeordnet und mit diesen verbunden sind, auf. Die ersten und zweiten servomechanischen Antriebe umfassen jeweils einen Servoaktuator 14 und ein Kurvengetriebe 15 mit einem Kurvenglied 6, einem Eingriffsglied 8, einem Pendelhebel 24 und zwei Abnahmerollen 12' und 12'', wobei das Eingriffsglied 8 über einen Stempelhalter mit einem entsprechenden Stanzstempel 2, 4 gekoppelt ist, um eine Bewegung des Eingriffsglieds 8 auf einen entsprechenden Stanzstempel 2, 4 zu übertragen. Hierbei ist zu beachten, dass die Bewegung der Stanzstempel 2, 4 durch die Gestaltung des in dem Kurvengetriebe 15 vorgesehenen Kurvenglieds 6 bestimmt wird. So kann die Bewegungsabfolge der einzelnen Stanzstempel 2, 4 durch Variieren der Gestaltung des Kurvenglieds 6 beliebig verändert werden.
Die in 1C dargestellte Stanzvorrichtung 1 ist derart konfiguriert, dass sich die Stanzstempel 2, 4 während der Stanzbearbeitung des Werkstücks W durch den Antrieb vermittels der ersten und zweiten servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise synchron äquidistant zueinander bewegen. Diese Bewegung während des Bearbeitungsvorgangs ergibt sich aus der Überlagerung einer mechanischen Kurve und einer elektronischen Kurve. Hierfür weist die in den 1A bis 1E dargestellte Stanzvorrichtung 1 ferner eine in den Figuren nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese den Synchronlauf der beiden Servoaktuatoren 14 steuert.
In den 1D und 1E ist ein Teil der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1 während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Stanzverfahrens dargestellt. Die 1D und 1E zeigen einen Bearbeitungszustand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstufen im Rahmen des erfindungsgemäßen Stanzverfahrens durch den mehrstufigen Antrieb der ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 vor Abschluss der Stanzbearbeitung. Wie insbesondere in 1E gezeigt ist, wird das Werkstück W während der hier gezeigten Bearbeitung durch die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 zwischen diesen nicht verformt und die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 weisen während der Stanzbearbeitung des Werkstücks in jeder der mehreren Bearbeitungsstufen einen gleichbleibenden Abstand zueinander auf, das heißt, die Stanzstempel 2, 4 sind in jeder Bearbeitungsstufe äquidistant zueinander angeordnet.
Bei einem Betrieb der Stanzvorrichtung 1 wird eine Rotation des Servoaktuators 14 über eine Abtriebswelle desselben auf das Kurvenglied 6 des Kurvengetriebes 15 übertragen und die Rotation des Kurvenglieds 6 wird, wie später detailliert beschrieben ist, über eine Kopplung mit dem in dem Eingriffsglied 8 gelagerten Pendelhebel 24 in eine Linearbewegung des Eingriffsglieds 8 umgewandelt.
Der Niederhalter 7 der in 1C dargestellten Stanzvorrichtung 1 ist gegenüber der Stempelführung 3 gefedert und gegenüber dem Stanzstempel 2 voreilend ausgebildet, das heißt, der Niederhalter 7 steht in einer Ausgangslage vor dem Fixieren des Werkstücks W mit Hilfe des Niederhalters 7 entlang der Bearbeitungsachse B in 1C gegenüber dem Stanzstempel 2 vor und kommt bei einer Bewegung des Stanzstempels 2 entlang der Bearbeitungsachse B in Richtung hin zu dem Werkstück daher vor dem Stanzstempel 2 mit dem Werkstück W in Kontakt, um dieses zu fixieren. Neben dieser Konfiguration des Niederhalters kann dieser ferner in jeder andern geeigneten Ausgestaltung vorgesehen sein, um das Werkstück während der Bearbeitung zu fixieren. Der Niederhalter 7 kann in geeigneter Form ferner eine bei dem Werkstück vorgesehene Kontur aufweisen, damit dieses sicher und möglichst spielfrei gehalten wird. Durch die Fixierung des Werkstücks W mit dem Niederhalter 7 wird somit sichergestellt, dass sich das Werkstück W während der Bearbeitung nicht bewegt, und somit kann die Bearbeitung mit der erforderlichen Präzision durchgeführt werden.
Weiter ist mit Bezug auf die 2A und 2B eine Teil-Querschnittsansicht einer Prägevorrichtung 1' als eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine beschrieben, wobei in den 2A und 2B lediglich der an das Werkstück W angrenzende Bereich der Prägevorrichtung 1' dargestellt ist und auf eine Darstellung der übrigen Bauteile der Prägevorrichtung 1' verzichtet ist, da diese im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine gezeigten und detailliert beschriebenen Elementen entsprechen.
Ebenso wie bei der in 1A dargestellten Abbildung erstreckt sich die Längsachse WL des zu bearbeitenden Werkstücks W bei der in den 2A und 2B dargestellten Abbildung entlang einer Y-Richtung und erste und zweite Bearbeitungsachsen B1, B2 erstrecken sich entlang einer Z-Richtung. Die in 2A dargestellte Prägevorrichtung 1' dient beispielsweise zum Prägen einer Schneide an einer Glattschnittfläche des Werkstücks W.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, umfasst die erfindungsgemäße Prägevorrichtung 1' erste und zweite Prägestempel 2', 4', welche durch erste und zweite Stempelführungen 3', 5' entlang den Bearbeitungsachsen B1, B2 linear geführt sind, einen gefederten Niederhalter 7' und erste und zweite servomechanische Antriebe (nicht dargestellt). Die servomechanischen Antriebe und die Stempelführungen 3', 5' bei dieser zweiten Ausführungsform entsprechen im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine dargestellten und beschriebenen Elementen und auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente ist an dieser Stelle daher verzichtet. Wie aus 2A und 2B ersichtlich ist, sind die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' der Prägevorrichtung 1' in einer quer zu den Bearbeitungsachsen B1, B2 verlaufenden Richtung, das heißt, entlang der X-Richtung in 2B, versetzt zueinander angeordnet. Zu beachten ist, dass die erfindungsgemäße Prägevorrichtung 1' nicht darauf beschränkt ist, dass die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' entlang der X-Richtung in 2B versetzt zueinander angeordnet sind, und die Prägestempel 2', 4' können ebenso entlang der in 2B dargestellten Y-Richtung versetzt zueinander angeordnet sein oder diese können entlang einer gemeinsamen Bearbeitungsachse gegenüberliegend zueinander angeordnet sein, wie dies bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine beschrieben ist.
Die in 2A und 2B dargestellte Prägevorrichtung 1' ist derart konfiguriert, dass sich die Prägestempel 2', 4' während der Bearbeitung des Werkstücks durch den Antrieb vermittels der ersten und zweiten servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise synchron gegenläufig zueinander bewegen. Hierfür weist die in 2A und 2B dargestellte Prägevorrichtung 1' ferner eine in den Figuren nicht dargestellte, später beschriebene Steuerungsvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese den Synchronlauf der beiden Servoaktuatoren 14 steuert.
Der Niederhalter 7' der erfindungsgemäßen Prägevorrichtung 1' weist auf der Seite des Werkstücks W eine Ausnehmung 7a auf, welche zum Aufnehmen des beim Prägen des Werkstücks W fließenden Materials und somit zum Ausbilden der Schneide bei der Prägebearbeitung dient. Die übrige Gestaltung des Niederhalter 7' entspricht im Wesentlichen der vorstehend in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung 1 beschriebenen Ausgestaltung des Niederhalters 7. Durch die vorstehend erwähnte versetzte Anordnung der Prägestempel in der quer zu den Bearbeitungsachsen B1, B2 verlaufenden Richtung kann das Fließen des Materials bei der Prägebearbeitung in vorteilhafter Art und Weise gezielt beeinflusst werden. Bei der in 2A und 2B dargestellten Konfiguration kann das Werkstückmaterial bei der Bearbeitung des Werkstücks W durch die versetzte Anordnung der Prägestempel 2', 4' somit besser in Richtung hin zu der Ausnehmung 7a fließen, um die Schneide des Werkstücks auszubilden.
Weiter ist mit Bezug auf die 3A und 3B eine Teil-Querschnittsansicht einer Biegevorrichtung 1'' als eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine beschrieben, wobei in den 3A und 3B lediglich der an das Werkstück W angrenzende Bereich der Biegevorrichtung 1'' dargestellt ist und auf eine Darstellung der übrigen Bauteile der Biegevorrichtung 1'' verzichtet ist, da diese im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine gezeigten und detailliert beschriebenen Elementen entsprechen.
Ebenso wie bei der in 2A und 2B dargestellten Abbildung erstreckt sich die Längsachse WL des zu bearbeitenden Werkstücks W in den 3A und 3B entlang einer Y-Richtung und erste und zweite Bearbeitungsachsen B1, B2 erstrecken sich entlang einer Z-Richtung.
Wie in 3A und 3B gezeigt ist, umfasst die erfindungsgemäße Biegevorrichtung 1'' einen Biegestempel 2'' und einen Biegekern 4'', welche durch erste und zweite Führungen 3'', 5'' entlang den Bearbeitungsachsen B1, B2 linear geführt sind, einen gefederten Niederhalter 7'' und erste und zweite servomechanische Antriebe (nicht dargestellt). Die servomechanischen Antriebe und der gefederte Niederhalter 7'' bei dieser dritten Ausführungsform entsprechen im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine dargestellten und beschriebenen Elementen und auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente ist an dieser Stelle daher verzichtet. Die in 3A dargestellte Führung 5'' des Biegekerns 4'' ist derart ausgestaltet, dass diese den Biegekern 4'' entlang der Bearbeitungsachse B2 linear führt und darüber hinaus eine Ausnehmung aufweist, welche ein Eindringen des Biegestempels 2'' in die Führung 5'' im Rahmen der Biegebearbeitung ermöglicht. Wie aus 3A und 3B ersichtlich ist, sind der Biegestempel 2'' und der Biegekern 4'' in einer quer zu den Bearbeitungsachsen B1, B2 verlaufenden Richtung, das heißt, entlang der X-Richtung, versetzt zueinander angeordnet. Sowohl der Biegestempel 2'' als auch der Biegekern 4'' weisen an einem Ende davon auf der Seite des zu bearbeitenden Werkstücks W jeweils eine in der X-Richtung konvex gestaltete Erhebung bzw. einen Vorsprung auf, welcher in Abhängigkeit der herzustellenden Biegekontur geformt ist.
Die in 3A und 3B dargestellte Biegevorrichtung 1'' ist derart konfiguriert, dass sich die der Biegestempel 2'' und der Biegekern 4'' während der Bearbeitung des Werkstücks W durch den Antrieb vermittels der ersten und zweiten servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron gegenläufig zueinander bewegen. In diesem Fall erfolgt im Rahmen der einzelnen Bearbeitungsstufen zumindest zeitweilig eine synchron gegenläufige Rückführbewegung des Biegestempel 2'' und des Biegekerns 4'' von dem Werkstück W weg und eine synchron gegenläufige Vorschubbewegung des Biegestempel 2'' und des Biegekerns 4'' in Richtung hin zu dem Werkstück W. Hierfür weist die in 3A und 3B dargestellte Biegevorrichtung 1'' ferner eine in den Figuren nicht dargestellte, später beschriebene Steuerungsvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese den Synchronlauf der beiden Servoaktuatoren 14 steuert. Im Rahmen der in 3A und 3B dargestellten Biegebearbeitung durch den Biegestempel 2'' und den Biegekern 4'' wird das Werkstück W in Richtung der Z-Achse abgekantet.
Weiter ist mit Bezug auf die 4A und 4B eine Teil-Querschnittsansicht einer Ziehvorrichtung 1''' als eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine beschrieben, wobei in den 4A und 4B lediglich der an das Werkstück W angrenzende Bereich der Ziehvorrichtung 1''' dargestellt ist und auf eine Darstellung der übrigen Bauteile der Ziehvorrichtung 1''' verzichtet ist, da diese im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine gezeigten und detailliert beschriebenen Elementen entsprechen.
Ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Bearbeitungsmaschinen gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen erstreckt sich die Längsachse WL des zu bearbeitenden Werkstücks W in den 4A und 4B entlang einer Y-Richtung und erste und zweite Bearbeitungsachsen B1, B2 erstrecken sich entlang einer Z-Richtung.
Wie in 4A und 4B gezeigt ist, umfasst die erfindungsgemäße Ziehvorrichtung 1''' einen Ziehstempel 2''' und eine Ziehmatrize 4''', welche durch erste und zweite Führungen 3''', 5''' entlang den Bearbeitungsachsen B1, B2 linear geführt sind, einen gefederten Niederhalter 7''' und erste und zweite servomechanische Antriebe (nicht dargestellt). Die servomechanischen Antriebe, die ersten und zweiten Führungen 3''', 5''' und der gefederte Niederhalter 7''' bei dieser vierten Ausführungsform entsprechen im Wesentlichen den bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine dargestellten und beschriebenen Elementen und auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente ist an dieser Stelle daher verzichtet.
Die Ziehmatrize 4''' weist an einem Ende davon auf der Seite des zu bearbeitenden Werkstücks W eine Ausnehmung zur Aufnahme des durch den Ziehstempel 2''' verformten Werkstückmaterial auf, wobei die Kontur der Vertiefung der Ziehmatrize 4''' in Abhängigkeit der gewünschten Gestalt des fertig bearbeiteten Werkstücks ausgebildet ist.
Die in 4A und 4B dargestellte Ziehvorrichtung 1''' ist derart konfiguriert, dass sich der Ziehstempel 2''' und die Ziehmatrize 4''' während der Bearbeitung des Werkstücks W durch den Antrieb vermittels der ersten und zweiten servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron gegenläufig zueinander bewegen. In diesem Fall erfolgt im Rahmen der einzelnen Bearbeitungsstufen eine synchron gegenläufige Rückführbewegung des Ziehstempels 2''' und der Ziehmatrize 4''' von dem Werkstück W weg und eine synchron gegenläufige Vorschubbewegung des Ziehstempels 2''' und der Ziehmatrize 4''' in Richtung hin zu dem Werkstück W. Hierfür weist die in 4A und 4B dargestellte Ziehvorrichtung 1''' ferner eine in den Figuren nicht dargestellte, später beschriebene Steuerungsvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass diese den Synchronlauf der beiden Servoaktuatoren 14 steuert.
Nachstehend ist mit Bezug auf 5 das Kurvengetriebe 15 detailliert beschrieben, welches in den vorstehend beschriebenen servomechanischen Antrieben Verwendung findet.
Wie in 5 gezeigt, ist das Kurvenglied 6 des Kurvengetriebes 15 in der hier dargestellten Form als eine gegen den Uhrzeigersinn rotierende Kurvenscheibe 6 ausgebildet, welche mit einer Abtriebswelle des Servoaktuators 14 gekoppelt ist, und das Eingriffsglied 8 des Kurvengetriebes 15 ist in der hier gezeigten Form als Linearschlitten 8 ausgebildet. Der Linearschlitten 8 ist in einer quasi als Gehäusestruktur ausgebildeten Führung, die einem Steg 22 ähnelt, längsverschiebbar geführt. Das hier verwendete Kurvengetriebe 15 weist wenigstens zwei Abnahmerollen 12' und 12'' auf. Die beiden Abnahmerollen 12' bzw. 12'' sind von dem Pendelhebel 24 getragen, an welchem diese drehbar gelagert sind, wobei der Pendelhebel 24 seinerseits mit einem dem Linearschlitten 8 zugewandten Endabschnitt 26 drehbar in dem der Kurvenscheibe 6 zugewandten Endabschnitt des Linearschlittens 8 gelagert ist.
Über die beiden Abnahmerollen 12' bzw. 12'' kann die von der Kurvenscheibe 6 aufgeprägte Antriebskraft in zwei Antriebskraftkomponenten 28, 34 zerlegt werden, die jeweils auf die Abnahmerolle 12' und auf die Abnahmerolle 12'' einwirken. Dabei kann die erste Antriebskraftkomponente 28 (Pfeil F') mit der Abnahmerolle 12' in eine erste Querkraftkomponente 30 (Pfeil F_quer') und eine erste Wirkkraftkomponente 32 (Pfeil F_wirk') zerlegt werden. Mittels der Abnahmerolle 12'' kann die zweite Antriebskraftkomponente 34 in eine zweite Querkraftkomponente 36 (Pfeil F_quer'') und eine zweite Wirkkraftkomponente 38 (Pfeil F_wirk'') zerlegt werden. Die beiden Wirkkraftkomponenten 32 und 38 addieren sich zur letztendlichen auf den Linearschlitten 8 einwirkenden Gesamtwirkkraft. Die beiden Querkraftkomponenten 30 und 36 kompensieren sich gegenseitig und führen dazu, das Querkräfte im Idealfall gegen Null reduziert werden können.
Die 6A bis 6D zeigen ein Bearbeitungszentrum 20 mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen.
Bei dem in den 6A bis 6D dargestellten Bearbeitungszentrum 20 sind beispielhaft vier erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschinen aus den vorstehend beschriebenen Bearbeitungsmaschinen gemäß den ersten bis vierten Ausführungsformen auf einem Trägergestell nebeneinander angeordnet und durch eine gemeinsame Gehäusestruktur bzw. einen gemeinsamen Rahmen umfasst. Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum 20 ist ferner eine Fördereinrichtung 21 vorgesehen, um das als Bandmaterial zu dem Bearbeitungszentrum 20 geführte Werkstück W hin zu den einzelnen Bearbeitungsmaschinen in dem Bearbeitungszentrum 20 und durch diese hindurch zu befördern.
Durch diese Ausgestaltung können in einer einzigen Bearbeitungseinheit bzw. dem Bearbeitungszentrum somit verschiedene aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. So kann das als Bandmaterial hin zu dem Bearbeitungszentrum geführte Werkstück W beispielsweise in einem ersten Bearbeitungsschritt zunächst unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Stanzvorrichtung gestanzt werden, wodurch eine Stanzfläche mit einem sehr hohen Glattschnittanteil erhalten wird, und anschließend kann das Werkstück zur weiteren Bearbeitung hin zu einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung, einer erfindungsgemäßen Prägevorrichtung und einer erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung in dem Bearbeitungszentrum befördert werden. Durch diese Ausgestaltung kann die Bearbeitung des Werkstücks in dem Bearbeitungszentrum ohne eine Handhabung des Werkstücks zwischen den jeweiligen Bearbeitungsschritten abgeschlossen werden. Das erfindungsgemäße Zusammenfassen mehrerer Bearbeitungsmaschinen in einem einzelnen Bearbeitungszentrum reduziert somit den Handhabungsaufwand bei der Bearbeitung des Werkstücks und somit die Bearbeitungskosten wesentlich.
Zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf die in den 6A bis 6D dargestellte Ausgestaltung des Bearbeitungszentrums beschränkt ist. In dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum können eine beliebige Anzahl an erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen umfasst sein und diese können in einer beliebigen Reihenfolge in dem Bearbeitungszentrum angeordnet sein.
Nachstehend ist mit Bezug auf 7 ein erfindungsgemäßes Bewegungsmuster erster und zweiter Stanzstempel zum Bearbeiten eines Werkstücks im Rahmen eines erfindungsgemäßen Stanzverfahrens unter Verwendung der in 1A bis 1E dargestellten Stanzvorrichtung 1 beschrieben.
In dem Diagramm von 7 stellt die vertikale Achse einen Weg entsprechend der Hubbewegung der jeweiligen Stanzstempel dar und die horizontale Achse stellt den Zeitverlauf dar. Dabei entspricht die mit D1 angegebene Strecke der Dicke des Werkstücks bzw. der Banddicke. Eine Linie L1 in 5 stellt einen Bewegungsablauf des ersten Stanzstempels 2 der Stanzvorrichtung 1 dar und eine Linie L2 in 7 stellt einen Bewegungsablauf des zweiten Stanzstempels 4 der Stanzvorrichtung 1 dar.
Vor Beginn des in 7 gezeigten erfindungsgemäßen Bewegungsmusters bzw. zu Beginn des erfindungsgemäßen Stanzverfahrens wird zunächst das zu bearbeitende Werkstück W zwischen den Stanzstempeln 2, 4 positioniert und das Werkstück wird durch den Niederhalter 7 der Stanzvorrichtung 1 fixiert (in 7 nicht dargestellt).
Wie in 7 mit Hilfe der Linien L1 und L2 dargestellt ist, bewegen sich die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 anschließend durch den Antrieb vermittels der zugehörigen servomechanischen Antriebe linear in Richtung hin zu dem Werkstück W, bis diese zu einem Zeitpunkt t1 ohne Formänderung des Werkstücks W mit diesem in Kontakt kommen. Bei dem in 7 dargestellten Bewegungsmuster stehen die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 nach einem Auftreffen derselben auf das Werkstück W für eine vorbestimmte Zeitspanne T2, welche zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 definiert ist, in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 mit dem Werkstück W in Kontakt, das heißt, zwischen dem Auftreffen der Stanzstempel auf das Werkstück zum Zeitpunkt t1 und dem Beginn der Werkstückbearbeitung zum Zeitpunkt t2 ist eine vorbestimmte Zeitspanne T2 vorgesehen, in welcher sich die Stanzstempel nicht bewegen bzw. nicht angetrieben werden. Dadurch können Schwingungen der Stanzstempel 2, 4 und des Werkstücks W, welche beim Auftreffen bzw. Aufschlagen der Stanzstempel auf das Werkstück entstehen können, abklingen und dadurch kann wiederum die Schnittflächenqualität der erhaltenen Stanzflächen deutlich verbessert werden. Das erfindungsgemäße Bewegungsmuster ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass sich die Stanzstempel 2, 4 nach dem Auftreffen auf das Werkstück für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung befinden, und die Bearbeitung kann direkt nach dem Auftreffen bzw. dem in Anlage Bringen der Stanzstempel 2, 4 auf bzw. mit dem Werkstück folgen, ohne dass zwischen dem Auftreffen der Stanzstempel auf das Werkstück und dem Beginn der Werkstückbearbeitung eine Zeitspanne mit einer Ruhestellung der Stanzstempel vorgesehen ist. Nach dem Verstreichen der vorstehend erwähnten vorbestimmten Zeitspanne T2 bewegen sich die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 anschließend durch den Antrieb vermittels der servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise gleichlaufend bzw. synchron äquidistant zueinander, um das Werkstück W zu stanzen. Das heißt, der erste Stanzstempel 2 bewegt sich in einer Richtung hin zu dem Werkstück W und der zweite Stanzstempel 4 bewegt sich gleichlaufend bzw. synchron zu der Bewegung des ersten Stanzstempels 2 in einer zu der Bewegungsrichtung des ersten Stanzstempels 2 entgegengesetzt ausgerichteten Richtung. Somit bewegen sich die Stanzstempel 2, 4 der Stanzvorrichtung 1 während der Bearbeitung bzw. dem Stanzvorgang des Werkstücks W mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Abstand zueinander.
Bei dem in 7 dargestellten Bewegungsmuster im Rahmen des erfindungsgemäßen Stanzverfahrens ist zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen des Werkstücks durch die mehrstufige Bewegung der Stanzstempel eine vorbestimmte Zeitspanne T1 vorgesehen, beispielsweise zwischen den Zeitpunkten t3 und t4, in welcher sich die Stanzstempel in einer Ruhestellung befinden und nicht angetrieben werden. Diese vorbestimmte Zeitspanne T1 kann in Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Werkstücks, wie beispielsweise der Härte des Werkstücks, geeignet variiert werden. Durch die bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster und dem entsprechenden Bearbeitungsverfahren vorgesehene vorbestimmte Zeitspanne T1 kann sich die Gitterstruktur des Werkstückwerkstoffes entspannen. Zudem entspannt sich auch der gesamte Antriebsstrang bis hin zu den jeweiligen Stanzstempeln. In Zusammenhang mit den mehreren Bearbeitungsstufen ergibt sich damit eine erhöhte Prozessfähigkeit. Neben der vorstehend erläuterten Zeitspanne T1 können in Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Werkstücks ferner die Schrittweite der Bearbeitungsstufen durch den mehrstufigen Antrieb der ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 beim Bearbeiten des Werkstücks und eine Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 während der Bearbeitung des Werkstücks variiert werden, um eine verbesserte Schnittflächenqualität der Stanzteile zu erhalten. Nach dem Durchstanzen des Werkstücks W bewegen sich die ersten und zweiten Stanzstempel 2, 4 wieder hin zu deren Ausgangspositionen vor der Bearbeitung des Werkstücks zurück, um den Stanzbutzen freizugeben bzw. auszuwerfen, wie mit den Linien L1 und L2 angegeben ist.
Die synchrone Bewegungsabfolge der Stanzstempel bei diesem Bewegungsmuster ergibt sich aus der Überlagerung einer mechanischen Kurve und einer elektronischen Kurve. Der Synchronlauf der beiden Stanzstempel wird bei dem in 7 dargestellten Bewegungsmuster unter Verwendung der bei der Steuerungsvorrichtung 1 vorgesehenen Steuerungsvorrichtung mit Hilfe einer virtuellen Leitachse gesteuert. Damit wirkt die virtuelle Leitachse als Master gegenüber aktiven Achsen (Slave) der Servoaktuatoren. Bei jeder beliebigen Position einer aktiven Achse soll dabei die Positionsabweichung der Achse in einer Größenordnung kleiner 0,005 [mm] liegen. Um diese Genauigkeit unter Berücksichtigung der im Prozess wirkenden Einflussgrößen Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Massenträgheit zu realisieren, wird die virtuelle Achse von einem Regelkreis unterstützt. In diesem Regelkreis werden durch Sensoren an den Aktivelementen Kraft, Weg und Körperschall fortlaufend erfasst und mit einer Geschwindigkeit von < 1/125 [sec] als Korrekturwert an die Leitachse übermittelt.
Mit Bezug auf 8 ist nachstehend ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster erster und zweiter Prägestempel zum Bearbeiten eines Werkstücks im Rahmen eines erfindungsgemäßen Prigeverfahrens unter Verwendung der in 2A und 2B dargestellten Prägevorrichtung 1' beschrieben.
In gleicher Art und Weise wie in 7 stellt auch in 8 die vertikale Achse einen Weg entsprechend der Hubbewegung der jeweiligen Prägestempel dar und die horizontale Achse stellt den Zeitverlauf dar, wobei auch in 8 eine durch D1 angegebene Strecke der Dicke des Werkstücks bzw. der Banddicke entspricht. Eine Linie L1' in 8 stellt einen Bewegungsablauf des ersten Prägestempels 2' der Prägevorrichtung 1' dar und eine Linie L2' in 8 stellt einen Bewegungsablauf des zweiten Prägestempels 4' der Prägevorrichtung 1' dar.
Vor Beginn des erfindungsgemäßen Bewegungsmusters bzw. zu Beginn des erfindungsgemäßen Prägeverfahrens wird zunächst das zu bearbeitende Werkstück W zwischen den ersten und zweiten Prägestempeln 2', 4' der Prägevorrichtung 1' positioniert und anschließend wird das Werkstück durch den Niederhalter 7' der Prägevorrichtung 1' fixiert (in 8 nicht dargestellt). Anschließend beginnt die Bewegungsabfolge der ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' zum Bearbeiten des Werkstücks.
Wie in dem Diagramm von 8 mit Hilfe der Linien L1' und L2' dargestellt ist, bewegen sich die Prägestempel 2', 4' durch den Antrieb vermittels der zugehörigen servomechanischen Antriebe zunächst linear in Richtung hin zu dem Werkstück W, bis diese zu einem Zeitpunkt t5 mit dem Werkstück in Kontakt kommen. Im Gegensatz zu dem vorstehend mit Bezug auf 7 beschriebenen Bewegungsmuster ist bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster zwischen dem Auftreffen der Prägestempel 2', 4' auf das Werkstück W und dem Beginn der eigentlichen Prägebearbeitung des Werkstücks W keine vorbestimmte Zeitspanne mit einer Ruhestellung der Prägestempel 2', 4' vorgesehen. Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster im Rahmen des erfindungsgemäßen Prägeverfahrens ist es jedoch ebenso möglich, dass die Prägestempel vor der Bearbeitung des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung der Prägestempel mit dem Werkstück in Anlage gehalten werden bzw. mit diesem in Kontakt stehen. In diesem Fall beginnt die Prägebearbeitung des Werkstücks erst nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne ausgehend von dem Auftreffen der Prägestempel auf das Werkstück, wodurch Schwingungen der Prägestempel und des Werkstücks, das heißt, eine Relativbewegung dieser Bauteile, welche beim Auftreffen bzw. Aufschlagen der Prägestempel auf das Werkstück hervorgerufen werden können, abklingen können.
Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster der Prägestempel zur Bearbeitung des Werkstücks im Rahmen des erfindungsgemäßen Prägeverfahrens bewegen sich die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' durch den Antrieb vermittels der ersten und zweiten servomechanischen Antriebe in einer mehrstufigen Art und Weise synchron gegenläufig zueinander und zudem pulsierend, um das Werkstück W zu prägen. Genauer gesagt, die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' bewegen sich während der Bearbeitung des Werkstücks W durch den Antrieb vermittels der jeweiligen servomechanischen Antriebe beide in einer mehrstufigen Art und Weise pulsierend in Richtung hin zu dem Werkstück W, das heißt, die beiden Prägestempel 2', 4' bewegen sich entlang den Bearbeitungsachsen B1, B2, welche in 2A und 2B dargestellt sind, aufeinander zu, wobei durch die pulsierende Bewegung der Prägestempel 2', 4' eine Vorschubbewegung der Prägestempel 2', 4' in Richtung hin zu dem Werkstück W und eine zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichtete Rückführbewegung der Prägestempel 2', 4' von dem Werkstück weg vorgesehen sind. Durch die Rückführbewegung der Prägestempel 2', 4' kann sich der Werkstoff des Werkstücks W während der Bearbeitung entspannen, wodurch eine übermäßige Zunahme der Versetzungsdichte im Werkstückwerkstoff im Rahmen der Bearbeitung unterdrückt wird.
Bei dem in 8 dargestellten beispielhaften Bewegungsmuster mit einer synchron gegenläufigen Bewegung der Prägestempel wird das Werkstück W durch die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' in 10 Bearbeitungsstufen bzw. -schritten mit einer sich daraus ergebenden Prägetiefe durch die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' von jeweils insgesamt 20% der Werkstück-Ausgangsdicke s = 0,2 mm vor Beginn der Bearbeitung geprägt. In 8 sind zur Vereinfachung lediglich die ersten vier Bearbeitungsstufen dieser Prägebearbeitung dargestellt. Der Bearbeitungswinkel bezogen auf die Rotation des jeweiligen Servoaktuators beträgt bei dem hier dargestellten Beispiel 40° und die Stempelbewegung der jeweiligen Prägestempel je Bearbeitungsstufe ist wie folgt definiert.

Prägestempel-Vorschubbewegung: +0,010 mm/1,5°

Prägestempel-Ruhestellung: +0,000 mm/1°

Prägestempel-Rückführbewegung: –0,006 mm/1,5°
Bei den vorstehend angegebenen Vorschub- und Rückführbewegungen bezieht sich ein positives Vorzeichen auf eine Bewegung der Prägestempel in Richtung hin zu dem Werkstück und ein negatives Vorzeichen bezieht sich auf eine Bewegung der jeweiligen Prägestempel von dem Werkstück weg. Bei diesem beispielhaften erfindungsgemäßen Bewegungsmuster der ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' beträgt ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung der ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' in jeder der zehn Bearbeitungsstufen somit etwa 5% der Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung der ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' in jeder der zehn Bearbeitungsstufen beträgt etwa 3% der Ausgangsdicke s des Werkstücks vor der Bearbeitung.
Auch bei diesem gegenläufigen Bewegungsmuster der ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' wird der Synchronlauf der Servoaktuatoren unter Verwendung der bei der Prägevorrichtung 1' vorgesehenen Steuerungsvorrichtung von einer virtuellen Leitachse gesteuert und die virtuelle Leitachse wirkt als Master gegenüber den aktiven Achsen der Servoaktuatoren (Slave). Bei jeder beliebigen Position einer aktiven Achse soll dabei die Positionsabweichung der Achse kleiner als 0,005 [mm] sein. Um diese Genauigkeit unter Berücksichtigung der im Prozess wirkenden Einflussgrößen, Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Massenträgheit zu realisieren, wird die virtuelle Achse von einem Regelkreis unterstützt. In diesem Regelkreis werden durch Sensoren an den Aktivelementen Kraft, Weg und Körperschall fortlaufend erfasst und mit einer Geschwindigkeit von 1/125 [sec] als Korrekturwert an die Leitachse übermittelt.
Nach Abschluss der Prägebearbeitung des Werkstücks W bewegen sich die ersten und zweiten Prägestempel 2', 4' wieder hin zu deren Ausgangspositionen vor der Bearbeitung des Werkstücks W zurück, um das bearbeitete Werkstück W freizugeben.
Mit Bezug auf 9 ist anschließend ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster eines Biegestempels und eines Biegekerns als erfindungsgemäße Bearbeitungselemente zum Bearbeiten eines Werkstücks im Rahmen eines erfindungsgemäßen Biegeverfahrens unter Verwendung der in 3A und 3B dargestellten Biegevorrichtung 1'' beschrieben.
In gleicher Art und Weise wie in 7 und 8 stellt auch in 9 die vertikale Achse einen Weg entsprechend der Hubbewegung der jeweiligen Bearbeitungselemente dar und die horizontale Achse stellt den Zeitverlauf dar, wobei auch in 9 eine durch D1 angegebene Strecke der Dicke des Werkstücks bzw. der Banddicke entspricht. Eine Linie L1'' in 9 stellt einen Bewegungsablauf des Biegestempels 2'' der Biegevorrichtung 1'' dar und eine Linie L2'' in 9 stellt einen Bewegungsablauf des Biegekerns 4'' der Biegevorrichtung 1'' dar.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens wird zunächst das zu bearbeitende Werkstück W zwischen dem Biegestempel 2'' und dem Biegekern 4'' der Biegevorrichtung 1'' positioniert und anschließend wird das Werkstück durch den Niederhalter 7'' der Biegevorrichtung 1'' fixiert (in 9 nicht dargestellt). Anschließend beginnt die Bewegungsabfolge des Biegestempels 2'' und des Biegekerns 4'' zum Bearbeiten des Werkstücks.
Wie in dem Diagramm von 9 mit Hilfe der Linien L1'' und L2'' dargestellt ist, bewegen sich der Biegestempel 2'' und der Biegekerns 4'' durch den Antrieb vermittels der zugehörigen servomechanischen Antriebe zunächst linear in Richtung hin zu dem Werkstück, bis diese mit dem Werkstück in Kontakt kommen. Dabei wird der Biegekern 4'' nach einem Auftreffen auf das Werkstück zunächst in einer Ruhestellung mit dem Werkstück in Kontakt gehalten und übt eine vorbestimmte Klemmkraft auf das Werkstück aus. Im Gegensatz dazu ist bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster zwischen dem Auftreffen des Biegestempels 2'' auf das Werkstück W und dem Beginn der eigentlichen Biegebearbeitung des Werkstücks keine vorbestimmte Zeitspanne mit einer Ruhestellung des Biegestempels 2'' vorgesehen. Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster im Rahmen des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens ist es jedoch ebenso möglich, dass der Biegestempel vor der Bearbeitung des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung des Biegestempels mit dem Werkstück in Anlage gehalten wird bzw. mit diesem in Kontakt steht. In diesem Fall beginnt die Biegebearbeitung des Werkstücks erst nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne ausgehend von dem Auftreffen des Biegestempels auf das Werkstück, wodurch Schwingungen der Biegestempels und des Werkstücks, das heißt, eine Relativbewegung dieser Bauteile, welche beim Auftreffen bzw. Aufschlagen des Biegestempels auf das Werkstück hervorgerufen werden können, abklingen können.
Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster bewegt sich der Biegestempel 2'' durch den Antrieb vermittels des zugehörigen servomechanischen Antriebs während des Bearbeitungsvorgangs in einer mehrstufigen Art und Weise pulsierend, um das Werkstück W zu biegen. Genauer gesagt, der Biegestempel 2'' bewegt sich während des Bearbeitungsvorgangs durch den Antrieb vermittels des zugehörigen servomechanischen Antriebs in einer mehrstufigen Art und Weise pulsierend in Richtung hin zu dem Werkstück, wobei durch die pulsierende Bewegung des Biegestempels 2'' eine Vorschubbewegung des Biegestempels 2'' in Richtung hin zu dem Werkstück W und eine zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichtete Rückführbewegung des Biegestempels 2'' von dem Werkstück weg vorgesehen ist, welche beispielsweise 20% der Vorschubbewegung beträgt.
Wie bereits vorstehend beschrieben ist, wird der Biegekern 4'' durch einen entsprechenden servomechanischen Antrieb angetrieben und an das Werkstück angenähert, bis dieser mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Vor Beginn der Werkstückbearbeitung liegt der Biegekern 4'' somit an dem Werkstück an, wie mit der Linie L2'' in 9 dargestellt ist, und dieser übt eine Klemmkraft auf das Werkstück aus. Während einer umformenden Werkstückbearbeitung durch den Biegestempel 2'' im Rahmen einer Vorschubbewegung desselben nach dem Auftreffen des Biegestempels 2'' auf die Werkstückoberfläche verbleibt der Biegekern 4'' in der vorstehend erläuterten Anlageposition mit dem Werkstück. Einhergehend mit dem Beginn einer Rückführbewegung des Biegestempels 2'' zu einem Zeitpunkt t6 startet ebenso eine Rückführbewegung des Biegekerns 4'' in Richtung von dem Werkstück weg und der Biegekern 4'' löst sich von dem Werkstück, wodurch eine synchron gegenläufige Bewegung des Biegestempels 2'' und des Biegekerns 4'' beginnt. Hierbei beträgt die Rückführbewegung des Biegekerns maximal 1/10 der Werkstückdicke. Anschließend bewegen sich der Biegestempel und der Biegekern durch den Antrieb vermittels der zugehörigen servomechanischen Antriebe im Rahmen der nächsten Bearbeitungsstufe erneut zeitweilig synchron in Richtung hin zu dem Werkstück, wobei der Biegekern ohne Umformung des Werkstücks erneut mit diesem in Kontakt bzw. in Anlage gebracht wird und der Biegestempel eine weitere Umformung des Werkstücks auf das Auftreffen des Biegestempels auf die Werkstückoberfläche hin vorsieht. Hierbei ist der Hub des Biegestempels im Rahmen dieser Vorschubbewegung größer als der Hub des Biegekerns in Richtung hin zu dem Werkstück. Der Biegekern wird somit auch während der umformenden Werkstückbearbeitung durch den Biegestempel im Rahmen dieser Bearbeitungsstufe in einer Anlageposition mit dem Werkstück gehalten, bis sich dieser einhergehend mit einer weiteren Rückführbewegung des Biegestempels 2'' wieder von dem Werkstück löst. Diese Bewegungsabfolge des Biegestempels 2'' und des Biegekerns 4'' wiederholt sich darauffolgend in jeder weiteren Bearbeitungsstufe. Durch die vorgenannten Rückführbewegungen des Biegestempels und des Biegekerns während des Bearbeitungsvorgangs entspannt sich die Gitterstruktur im Werkstück und dadurch verringert sich die Gefahr einer Rissbildung oder von unerwünschten Gefügeveränderungen bei harten Werkstoffen und kleinen Biegeradien wesentlich. Zudem verbessert sich die Maßhaltigkeit.
Bei dem in 9 dargestellten beispielhaften Bewegungsmuster mit einer zeitweilig synchron gegenläufigen Bewegung des Biegestempels und des Biegekerns wird das Werkstück W mit einer Dicke s von 0,1 mm durch den Biegestempel 2'' und den Biegekern 4'' in 10 Bearbeitungsstufen bzw. -schritten gebogen. Dabei sind die Bewegungen des Biegestempels und des Biegekerns bezogen auf die Rotation des jeweiligen Servoaktuators je Bearbeitungsstufe wie folgt definiert.

Biegestempel-Vorschubbewegung: +0,03 mm/3°

Biegestempel-Rückführbewegung: –0,01 mm/1°

Biegekern-Rückführbewegung: –0,01 mm/1°

Biegekern-Vorschubbewegung: +0,01 mm/1°
Bei den vorstehend angegebenen Vorschub- und Rückführbewegungen bezieht sich ein positives Vorzeichen auf eine Bewegung der Bearbeitungselemente in Richtung hin zu dem Werkstück und ein negatives Vorzeichen bezieht sich auf eine Bewegung der jeweiligen Bearbeitungselemente von dem Werkstück weg. Auch bei diesem gegenläufigen Bewegungsmuster des Biegestempels und des Biegekerns wird der Synchronlauf der Servoaktuatoren unter Verwendung der bei der Biegevorrichtung 1'' vorgesehenen Steuerungsvorrichtung von einer virtuellen Leitachse gesteuert und die virtuelle Leitachse wirkt als Master gegenüber den aktiven Achsen der Servoaktuatoren (Slave). Bei jeder beliebigen Position einer aktiven Achse soll dabei die Positionsabweichung der Achse kleiner als 0,005 [mm] sein. Um diese Genauigkeit unter Berücksichtigung der im Prozess wirkenden Einflussgrößen, Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Massenträgheit zu realisieren, wird die virtuelle Achse von einem Regelkreis unterstützt. In diesem Regelkreis werden durch Sensoren an den Aktivelementen Kraft, Weg und Körperschall fortlaufend erfasst und mit einer Geschwindigkeit von 1/125 [sec] als Korrekturwert an die Leitachse übermittelt.
Nach Abschluss der Biegebearbeitung des Werkstücks W bewegen sich der Biegestempel und der Biegekern wieder hin zu deren Ausgangspositionen vor der Bearbeitung des Werkstücks zurück, um das bearbeitete Werkstück freizugeben.
Mit Bezug auf 10 ist anschließend ein weiteres erfindungsgemäßes Bewegungsmuster eines Ziehstempels und einer Ziehmatrize als erfindungsgemäße Bearbeitungselemente zum Bearbeiten eines Werkstücks im Rahmen eines erfindungsgemäßen Ziehverfahrens unter Verwendung der in 4A und 4B dargestellten Ziehvorrichtung 1''' beschrieben.
In gleicher Art und Weise wie in 7, 8 und 9 stellt auch in 10 die vertikale Achse einen Weg entsprechend der Hubbewegung der jeweiligen Bearbeitungselemente dar und die horizontale Achse stellt den Zeitverlauf dar, wobei D0 in 10 einen Ziehbeginn mit Blick auf die Bewegung des Ziehstempels und der Ziehmatrize darstellt und D2 ein Ziehende darstellt. Eine Linie L1''' in 10 stellt einen Bewegungsablauf des Ziehstempels 2''' der Ziehvorrichtung 1''' dar und eine Linie L2''' in 10 stellt einen Bewegungsablauf der Ziehmatrize 4''' der Ziehvorrichtung 1''' dar.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Ziehverfahrens wird zunächst das zu bearbeitende Werkstück W zwischen dem Ziehstempel 2''' und der Ziehmatrize 4''' der Ziehvorrichtung 1''' positioniert und anschließend wird das Werkstück durch den Niederhalter 7''' der Ziehvorrichtung 1''' fixiert (in 10 nicht dargestellt). Anschließend beginnt die Bewegungsabfolge des Ziehstempels 2''' und der Ziehmatrize 4''' zum Bearbeiten des Werkstücks.
Wie in dem Diagramm von 10 dargestellt ist, bewegen sich der Ziehstempel 2''' und die Ziehmatrize 4''' durch den Antrieb vermittels der zugehörigen servomechanischen Antriebe zunächst linear in Richtung hin zu dem Werkstück, bis diese mit dem Werkstück in Kontakt kommen. In gleicher Art und Weise wie bei dem vorstehend mit Bezug auf 9 beschriebenen Bewegungsmuster wird die Ziehmatrize 4''' bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster nach einem Auftreffen auf das Werkstück zunächst in einer Ruhestellung mit dem Werkstück in Kontakt gehalten und diese übt eine vorbestimmte Klemmkraft auf das Werkstück aus. Ebenso ist zwischen dem Auftreffen des Ziehstempels 2''' auf das Werkstück W und dem Beginn der eigentlichen Werkstückbearbeitung keine vorbestimmte Zeitspanne mit einer Ruhestellung des Ziehstempels 2''' vorgesehen. Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster im Rahmen des erfindungsgemäßen Ziehverfahrens ist es jedoch ebenso möglich, dass der Ziehstempel vor der Bearbeitung des Werkstücks für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer Ruhestellung mit dem Werkstück in Anlage gehalten wird bzw. mit diesem in Kontakt steht. In diesem Fall beginnt die Ziehbearbeitung des Werkstücks erst nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne ausgehend von dem Auftreffen des Ziehstempels auf das Werkstück, wodurch Schwingungen der Ziehstempels und des Werkstücks, das heißt, eine Relativbewegung dieser Bauteile, welche beim Auftreffen bzw. Aufschlagen des Ziehstempels auf das Werkstück hervorgerufen werden können, abklingen können.
Bei dem hier beschriebenen Bewegungsmuster bewegt sich der Ziehstempel 2''' während des Bearbeitungsvorgangs durch den Antrieb vermittels des zugehörigen servomechanischen Antriebs während des Bearbeitungsvorgangs in einer mehrstufigen Art und Weise pulsierend, um das Werkstück umzuformen. Genauer gesagt, der Ziehstempel 2''' bewegt sich während des Bearbeitungsvorgangs durch den Antrieb vermittels des zugehörigen servomechanischen Antriebs in einer mehrstufigen Art und Weise pulsierend in Richtung hin zu dem Werkstück, wobei durch die pulsierende Bewegung des Ziehstempel 2''' eine Vorschubbewegung des Ziehstempels 2''' in Richtung hin zu dem Werkstück W und eine zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichtete Rückführbewegung des Ziehstempels 2''' von dem Werkstück weg vorgesehen ist, welche beispielsweise 20% der Vorwärtsbewegung beträgt.
Wie bereits vorstehend beschrieben ist, wird die Ziehmatrize 4''' durch einen entsprechenden servomechanischen Antrieb angetrieben und an das Werkstück angenähert, bis diese mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Vor Beginn der Werkstückbearbeitung liegt die Ziehmatrize 4''' somit an dem Werkstück an, wie mit der Linie L2''' in 10 dargestellt ist, und diese übt eine Klemmkraft auf das Werkstück aus. Während einer umformenden Werkstückbearbeitung durch den Ziehstempel 2''' im Rahmen einer Vorschubbewegung desselben nach dem Auftreffen des Ziehstempels 2''' auf die Werkstückoberfläche verbleibt die Ziehmatrize 4''' in der vorgenannten Anlageposition mit dem Werkstück. Einhergehend mit dem Beginn einer Rückführbewegung des Ziehstempels 2''' zu einem Zeitpunkt t7 startet ebenso eine Rückführbewegung der Ziehmatrize 4''' in Richtung von dem Werkstück weg und die Ziehmatrize 4''' löst sich von dem Werkstück, wodurch eine synchron gegenläufige Bewegung dieser Elemente beginnt. Hierbei beträgt die Rückführbewegung der Ziehmatrize maximal 1/10 der Werkstückdicke. Anschließend bewegen sich der Ziehstempel und die Ziehmatrize im Rahmen der nächsten Bearbeitungsstufe erneut zeitweilig synchron in Richtung hin zu dem Werkstück, wobei die Ziehmatrize ohne Umformung des Werkstücks erneut mit diesem in Kontakt bzw. Anlage gebracht wird und der Ziehstempel eine weitere Umformung des Werkstücks auf das Auftreffen des Ziehstempels auf die Werkstückoberfläche hin vorsieht. Die Ziehmatrize wird somit auch während der umformenden Werkstückbearbeitung durch den Ziehstempel im Rahmen dieser Bearbeitungsstufe in einer Anlageposition mit dem Werkstück gehalten, bis sich diese einhergehend mit einer weiteren Rückführbewegung des Ziehstempels 2''' wieder von dem Werkstück löst. Diese Bewegungsabfolge des Ziehstempels 2''' und der Ziehmatrize 4''' wiederholt sich darauffolgend in jeder weiteren Bearbeitungsstufe. Durch die vorgenannten Rückführbewegungen des Ziehstempels und der Ziehmatrize während des Bearbeitungsvorgangs entspannt sich die Gitterstruktur im Werkstück und dadurch verringert sich die Gefahr einer Rissbildung oder von unerwünschten Gefügeveränderungen. Zudem erhöht sich der mögliche Umformgrad einer Ziehstufe und damit wird es möglich, mehrere Ziehfolgen in einer Ziehfolge auszubilden.
Bei dem in 10 dargestellten beispielhaften Bewegungsmuster mit einer zeitweilig synchron gegenläufigen Bewegung des Ziehstempels und der Ziehmatrize wird das Werkstück W mit einer Dicke s von 0,1 mm durch den Ziehstempel 2''' und die Ziehmatrize 4''' in 12 Bearbeitungsstufen bzw. -schritten gezogen. Dabei sind die Bewegungen des Ziehstempels und der Ziehmatrize bezogen auf die Rotation des jeweiligen Servoaktuators je Bearbeitungsstufe wie folgt definiert.

Ziehstempel-Vorschubbewegung: +1,00 mm/5°

Ziehstempel-Rückführbewegung: –0,01 mm/1°

Ziehmatrize-Rückführbewegung: –0,01 mm/1°

Ziehmatrize-Vorschubbewegung: +0,01 mm/1°
Auch bei den vorstehend angegebenen Vorschub- und Rückführbewegungen bezieht sich ein positives Vorzeichen auf eine Bewegung der Bearbeitungselemente in Richtung hin zu dem Werkstück und ein negatives Vorzeichen bezieht sich auf eine Bewegung der jeweiligen Bearbeitungselemente von dem Werkstück weg. Ferner wird auch bei diesem gegenläufigen Bewegungsmuster des Ziehstempels und der Ziehmatrize der Synchronlauf der Servoaktuatoren unter Verwendung der bei der Ziehvorrichtung 1''' vorgesehenen Steuerungsvorrichtung von einer virtuellen Leitachse gesteuert und die virtuelle Leitachse wirkt als Master gegenüber den aktiven Achsen der Servoaktuatoren (Slave). Bei jeder beliebigen Position einer aktiven Achse soll dabei die Positionsabweichung der Achse kleiner als 0,005 [mm] sein. Um diese Genauigkeit unter Berücksichtigung der im Prozess wirkenden Einflussgrößen, Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Massenträgheit zu realisieren, wird die virtuelle Achse von einem Regelkreis unterstützt. In diesem Regelkreis werden durch Sensoren an den Aktivelementen Kraft, Weg und Körperschall fortlaufend erfasst und mit einer Geschwindigkeit von 1/125 [sec] als Korrekturwert an die Leitachse übermittelt.
Nach Abschluss der Ziehbearbeitung des Werkstücks bewegen sich der Ziehstempel und die Ziehmatrize wieder hin zu deren Ausgangspositionen vor der Bearbeitung des Werkstücks zurück, um das bearbeitete Werkstück freizugeben.
Obwohl im Rahmen der vorstehend detailliert erläuterten erfindungsgemäßen Bewegungsmuster eine Aufteilung der Bearbeitung in 10 bzw. 12 Bearbeitungsstufen bzw. -schritte beschrieben ist, ist die vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und die mehrstufige Bearbeitung des Werkstücks kann in eine beliebige Anzahl von Bearbeitungsstufen aufgeteilt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4207165 A1 [0007]

Claims

Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) unter Verwendung zumindest einer Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') mit einem ersten und einem zweiten Bearbeitungselement (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten des Werkstücks (W), welches zwischen diesen positioniert ist, ersten und zweiten servomechanischen Antrieben mit einem Servoaktuator (14) und einem Kurvengetriebe (15), welche jeweils den ersten und zweiten Bearbeitungselementen (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zugeordnet und mit diesen verbunden sind, um die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten des Werkstücks (W) entlang zumindest einer Bearbeitungsachse (B; B1, B2) anzutreiben, die senkrecht zu einer Längsachse (WL) des zu bearbeitenden Werkstücks (W) ausgerichtet ist, wenigstens einem Niederhalter (7; 7'; 7''; 7''') zum Fixieren des Werkstücks (W) während der Bearbeitung und Führungen (3, 5; 3', 5'; 3'', 5''; 3''', 5''') für die Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4'''), wobei das Kurvengetriebe (15) ein als eine Kurvenscheibe (6) ausgebildetes Kurvenglied und ein Eingriffsglied mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Abnahmerollen (12', 12'') zur Übertragung einer durch den Servoaktuator in das Kurvenglied eingeleiteten Antriebskraft auf das Eingriffsglied aufweist, wobei das Eingriffsglied als ein mit einem entsprechenden Bearbeitungselement verbundener Linearschlitten (8) ausgebildet ist, welcher einen schwenkbar gelagerten Pendelhebel (24) aufweist, der die wenigstens zwei Abnahmerollen (12', 12'') trägt, welche derart drehbar gelagert sind, dass die Kurvenscheibe (6) zur Übertragung der eingeleiteten Antriebskraft (28, 34) auf den Linearschlitten (8) auf den wenigstens zwei an die Kurvenscheibe (6) anliegenden Abnahmerollen (12', 12'') abwälzbar ist, unter Erzeugung einer aus zwei Wirkkraftkomponenten (32, 38) bestehenden Gesamtwirkungskraft, wobei das Bearbeitungsverfahren die folgenden Schritte aufweist: Positionieren des zu bearbeitenden Werkstücks (W) zwischen den ersten und zweiten Bearbeitungselementen (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1'''); Fixieren des Werkstücks (W) durch den wenigstens einen Niederhalter (7; 7'; 7''; 7''') der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1'''); in Anlage Bringen der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') mit dem Werkstück (W) ohne Formänderung des Werkstücks (W); und Bearbeiten des Werkstücks (W) durch die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4'''), wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') während des Bearbeitungsvorgangs durch die ersten und zweiten servomechanischen Antriebe der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron äquidistant zueinander oder synchron gegenläufig zueinander angetrieben werden.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, aufweisend eine der nachfolgenden Bearbeitungsweisen: Stanzen, Prägen, Biegen oder Ziehen.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Werkstücks (W) eine Schrittweite von Bearbeitungsstufen durch den mehrstufigen Antrieb der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') beim Bearbeiten des Werkstücks (W) variiert wird und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') während der Bearbeitung des Werkstücks (W) variiert wird und/oder die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zwischen den Bearbeitungsstufen für eine vorbestimmte Zeitspanne (T1) in einer Ruhestellung gehalten werden.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') vor dem Bearbeiten des Werkstücks (W) für eine vorbestimmte Zeitspanne (T2) in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') ohne Formänderung des Werkstücks (W) mit diesem in Anlage gehalten werden.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') während des Bearbeitungsvorgangs in einer pulsierenden Art und Weise mit einer Vorschubbewegung der Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') in Richtung hin zu dem Werkstück (W) und mit einer zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichteten Rückführbewegung der Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') von dem Werkstück (W) weg angetrieben werden.
Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Mehrzahl von Bearbeitungsmaschinen zum Bearbeiten des Werkstücks (W) in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten verwendet werden, welche von einer gemeinsamen Gehäusestruktur umfasst sind, wodurch ein Bearbeitungszentrum (20) mit den mehreren Bearbeitungsmaschinen ausgebildet ist, wobei das Werkstück (W) als Bandmaterial hin zu dem Bearbeitungszentrum (20) geführt wird und für die Bearbeitung in den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten hin zu den Bearbeitungsmaschinen in dem Bearbeitungszentrum (20) und durch selbige hindurch befördert wird.
Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) mit einem ersten und einem zweiten Bearbeitungselement (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten des Werkstücks (W), welches zwischen diesen positioniert ist, wenigstens einem Niederhalter (7; 7'; 7''; 7''') zum Fixieren des Werkstücks (W) während der Bearbeitung und Führungen (3, 5; 3', 5'; 3'', 5''; 3''', 5''') für die Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4'''), wobei den ersten und zweiten Bearbeitungselementen (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') jeweils servomechanische Antriebe mit einem Servoaktuator (14) und einem Kurvengetriebe (15) zugeordnet und mit diesen verbunden sind, um die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten des Werkstücks (W) entlang zumindest einer Bearbeitungsachse (B; B1, B2) anzutreiben, die senkrecht zu einer Längsachse (WL) des zu bearbeitenden Werkstücks (W) ausgerichtet ist, wobei das Kurvengetriebe (15) ein als eine Kurvenscheibe (6) ausgebildetes Kurvenglied und ein Eingriffsglied mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Abnahmerollen (12', 12'') zur Übertragung einer durch den Servoaktuator (14) in das Kurvenglied eingeleiteten Antriebskraft auf das Eingriffsglied aufweist, wobei das Eingriffsglied als ein mit einem entsprechenden Bearbeitungselement (2, 4; 2', 4') verbundener Linearschlitten (8) ausgebildet ist, welcher einen schwenkbar gelagerten Pendelhebel (24) aufweist, der die wenigstens zwei Abnahmerollen (12', 12'') trägt, welche derart drehbar gelagert sind, dass die Kurvenscheibe (6) zur Übertragung der eingeleiteten Antriebskraft (28, 34) auf den Linearschlitten (8) auf den wenigstens zwei an die Kurvenscheibe (6) anliegenden Abnahmerollen (12', 12'') abwälzbar ist, unter Erzeugung einer aus zwei Wirkkraftkomponenten (32, 38) bestehenden Gesamtwirkungskraft, wobei die Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') ferner eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass diese die Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') gemäß dem Bearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuert.
Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''') nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2''', 4''') entlang der zumindest einen Bearbeitungsachse (B; B1, B2) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
Bearbeitungsmaschine (1'; 1''; 1''') nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') in einer quer zu der zumindest einen Bearbeitungsachse (B; B1, B2) verlaufenden Richtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Bearbeitungszentrum (20) mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsmaschinen (1; 1'; 1''; 1''') mit den Merkmalen nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9 und einer Fördereinrichtung (21) zum Befördern des Werkstücks (W) in dem Bearbeitungszentrum (20) hin zu den mehreren Bearbeitungsmaschinen (1; 1'; 1''; 1''') und durch diese hindurch, wobei das Werkstück (W) einem Bandmaterial entspricht und die Bearbeitungsmaschinen (1; 1'; 1''; 1''') von einer gemeinsamen Gehäusestruktur umfasst sind.
Bewegungsmuster erster und zweiter Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2''', 4''; 2''', 4''') zum Bearbeiten eines Werkstücks (W), welches zwischen den ersten und zweiten Bearbeitungselementen (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') positioniert ist, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') vor der Bearbeitung des Werkstücks (W) zunächst ohne Formänderung desselben mit dem Werkstück (W) in Kontakt kommen und sich während des Bearbeitungsvorgangs in einer mehrstufigen Art und Weise zumindest zeitweilig synchron äquidistant zueinander oder synchron gegenläufig zueinander bewegen.
Bewegungsmuster nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') vor der Bearbeitung des Werkstücks (W) für eine vorbestimmte Zeitspanne (T2) in einer Ruhestellung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') ohne Formänderung des Werkstücks (W) mit diesem in Kontakt stehen.
Bewegungsmuster nach Anspruch 11 oder 12, wobei sich die ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') während des Bearbeitungsvorgangs in einer pulsierenden Art und Weise mit einer Vorschubbewegung der Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') in Richtung hin zu dem Werkstück (W) und mit einer zu der Vorschubbewegung entgegengesetzt ausgerichteten Rückführbewegung der Bearbeitungselemente (2, 4; 2', 4'; 2'', 4''; 2''', 4''') von dem Werkstück weg bewegen.
Bewegungsmuster nach Anspruch 13, wobei die Bewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2', 4') während der Bearbeitung des Werkstücks (W) im Rahmen eines Prägevorgangs mit n Stufen erfolgt und ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2', 4') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Langsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (1/2·1/n·s) beträgt und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung der ersten und zweiten Bearbeitungselemente (2', 4') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (3/10·1/n·s) beträgt.
Bewegungsmuster nach Anspruch 13, wobei das erste Bearbeitungselement einem Biegestempel (2'') entspricht und das zweite Bearbeitungselement einem Biegekern (4'') entspricht und wobei die Bewegung des Biegestempels (2'') und des Biegekerns (4'') während der Bearbeitung des Werkstücks (W) im Rahmen eines Biegeverfahrens mit n Stufen erfolgt und ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Biegestempels (2'') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Längsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (3·1/n·s) beträgt und ein Rückfürbetrag durch die Rückführbewegung des Biegestempels (2''), ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung des Biegekerns (4'') sowie ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Biegekerns (4'') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (1/n·s) beträgt.
Bewegungsmuster nach Anspruch 13, wobei das erste Bearbeitungselement einem Ziehstempel (2''') entspricht und das zweite Bearbeitungselement einer Ziehmatrize (4''') entspricht und wobei die Bewegung des Ziehstempels (2''') und der Ziehmatrize (4''') während der Bearbeitung des Werkstücks (W) im Rahmen eines Ziehverfahrens mit n Stufen erfolgt und ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung des Ziehstempels (2''') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu einer Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang einer senkrecht zu einer Längsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (120·1/n·s) beträgt und ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung des Ziehstempels (2'''), ein Rückführbetrag durch die Rückführbewegung der Ziehmatrize (4''') sowie ein Vorschubbetrag durch die Vorschubbewegung der Ziehmatrize (4''') in jeder der n Bearbeitungsstufen im Verhältnis zu der Ausgangsdicke s des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung entlang der senkrecht zu der Längsachse (WL) des Werkstücks (W) verlaufenden Richtung (1/120·n·s) beträgt.
Bewegungsmuster nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Anzahl der Bearbeitungsstufen n gleich 10 oder 12 ist.
Bewegungsmuster nach einem der Ansprüche 11 bis 17 zur Durchführung des Bearbeitungsverfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder unter Verwendung der Bearbeitungsmaschine (1; 1'; 1''; 1''') nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9.