DE102022100935A1 - Method and punching machine for determining a punch placement position of a punch of the punching machine - Google Patents
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Abstract
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln einer Stempelaufsetzposition (z0) eines Stempels (5) einer Stanzmaschine (1), welche einen Maschinenkörper (2) mit einer Matrize (3) und eine im Maschinenkörper (2) rechtwinklig zur Matrize (3) in einer z-Richtung verfahrbare Stempelhalterung (4) mit einem daran gehaltenen Stempel (5) zum Stanzen eines an der Matrize (3) anliegenden Werkstücks (6) aufweist, umfasst folgende Verfahrensschritte:- Ausfahren der Stempelhalterung (4) in z-Richtung, um den Stempel (5) auf die als Blindmatrize (3`) ausgebildete Matrize oder auf ein Werkstück (6), ohne dieses zu stanzen, aufzusetzen und nachfolgend den Maschinenkörper (2) durch die zwischen Stempelhalterung (4) und Blindmatrize (3`) oder Werkstück (6) wirkende Stanzkraft des Stempels (5) elastisch aufzuweiten;- an einer ersten Stempelposition (z1), in welcher der Maschinenkörper (2) aufgeweitet ist, Messen einer zugehörigen, ersten Stanzkraft (F1) des Stempels (5), und- Ermitteln der Stempelaufsetzposition (z0), in welcher der Stempel (5) beim Ausfahren der Stempelhalterung (4) auf die Blindmatrize (3`) oder das Werkstück (6) aufsetzt, anhand der gemessenen ersten Stanzkraft (F1) und einer Aufweitungskennlinie (12) des Maschinenkörpers (2).A method according to the invention for determining a punch placement position (z0) of a punch (5) of a punching machine (1), which has a machine body (2) with a die (3) and a punch holder (4) which can be moved in a z-direction in the machine body (2) at right angles to the die (3) and has a punch (5) held thereon for punching a workpiece (6) lying against the die (3), comprises the following method steps: - extending the punch holder (4) in z- Direction in order to place the punch (5) on the die designed as a blind die (3`) or on a workpiece (6), without punching it, and then to expand the machine body (2) elastically by the punching force of the punch (5) acting between the punch holder (4) and the blind die (3`) or workpiece (6); - at a first punching position (z1), in which the machine body (2) is expanded, measuring an associated, first punching force (F1) of the punch (5), and determining the punch placement position (z0) in which the punch (5) touches the dummy die (3`) or the workpiece (6) when the punch holder (4) is extended, based on the measured first punching force (F1) and an expansion characteristic (12) of the machine body (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Stempelaufsetzposition eines Stempels einer Stanzmaschine, welche einen Maschinenkörper mit einer Matrize und eine im Maschinenkörper rechtwinklig zur Matrize in einer z-Richtung verfahrbare Stempelhalterung mit einem daran gehaltenen Stempel zum Stanzen eines an der Matrize anliegenden Werkstücks aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Stanzmaschine.The invention relates to a method for determining a punch placement position of a punch of a punching machine, which has a machine body with a die and a punch holder that can be moved in a z-direction in the machine body at right angles to the die, with a punch held thereon for punching a workpiece resting on the die. The invention also relates to a punching machine suitable for carrying out the method.
Zum automatisierten Auswechseln des Stempels aus der Stempelhalterung, z.B. bei Inbetriebnahme der Stanzmaschine oder beim Tausch eines Linearverstärkers, muss die Stempelhalterung mit hoher Genauigkeit in eine vorgegebene Stempelwechsellage verfahren werden. Die Stempelwechsellage dient außerdem zur Ermittlung eines Offsetwertes für die Referenzierung der hydraulischen z-Achse der Stanzmaschine.For the automated replacement of the punch from the punch holder, e.g. when starting up the punching machine or when replacing a linear amplifier, the punch holder must be moved to a specified punch changing position with great accuracy. The punch changing position is also used to determine an offset value for referencing the hydraulic z-axis of the punching machine.
Die Einstellung der Stempelwechsellage erfolgt typischerweise über eine mechanische Abstandsmessung durch einen Benutzer unter Verwendung von Endmaßen. Dabei wird ein Antrieb der Stempelhalterung bestromt, um die Stempelhalterung zu verfahren. Beim Erreichen der Stempelwechsellage wird der Antrieb abgeschaltet und die Stempelhalterung abgebremst. Beim Abbremsen der Stempelhalterung treten nicht vorsehbare Positionierungsfehler auf, die größer als die geforderte Toleranz für die Stempelwechsellage sind. Zur genaueren Einstellung der Wechsellage muss der Einstellvorgang daher gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden. Darüber hinaus ist der Benutzer der Stanzmaschine durch die manuelle Verwendung von Endmaßen bei der Überprüfung der Stempelwechsellage gefährdet, zum Beispiel, wenn sich die Stempelhalterung oder andere Komponenten der Stanzmaschine selbsttätig aus einer eingestellten Blockade lösen. Daher sind zusätzliche Einstellvorrichtungen erforderlich, um eine Gefährdung des messenden Benutzers zu vermeiden.The adjustment of the stamp changing position is typically carried out by a user via a mechanical distance measurement using gauge blocks. In this case, a drive of the stamp holder is energized in order to move the stamp holder. When the punch changing position is reached, the drive is switched off and the punch holder is braked. When braking the punch holder, unforeseeable positioning errors occur that are greater than the required tolerance for the punch changing position. For a more precise setting of the changing position, the setting process must therefore be repeated several times if necessary. In addition, the user of the punching machine is endangered by the manual use of gauge blocks when checking the position of the punch change, for example if the punch holder or other components of the punching machine release themselves from a set blockage. Therefore, additional adjustment devices are required to avoid endangering the measuring user.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur automatisierten Ermittlung einer Stempelaufsetzposition und der Stempelwechsellage anzugeben sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Stanzmaschine bereitzustellen.In contrast, it is the object of the present invention to specify a method for the automated determination of a punch placement position and the punch changing position and to provide a punching machine suitable for carrying out the method.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- - Ausfahren der Stempelhalterung in z-Richtung, um den Stempel auf die als Blindmatrize ausgebildete Matrize oder auf ein Werkstück, ohne dieses zu stanzen, aufzusetzen und nachfolgend den Maschinenkörper durch die zwischen Stempelhalterung und Blindmatrize oder Werkstück wirkende Stanzkraft des Stempels elastisch aufzuweiten;
- - an einer ersten Stempelposition, in welcher der Maschinenkörper aufgeweitet ist, Messen einer zugehörigen, ersten Stanzkraft des Stempels, und
- - Bestimmen der Stempelaufsetzposition, in welcher der Stempel beim Ausfahren der Stempelhalterung auf die Blindmatrize oder das Werkstück aufsetzt, anhand der gemessenen ersten Stanzkraft und einer Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers.
- - Extension of the punch holder in the z-direction in order to place the punch on the die designed as a blind die or on a workpiece without punching it, and then to expand the machine body elastically by the punching force of the punch acting between the punch holder and the blind die or workpiece;
- - at a first punch position in which the machine body is expanded, measuring an associated, first punching force of the punch, and
- - Determination of the punch placement position in which the punch touches the blind die or the workpiece when the punch holder is extended, based on the measured first punching force and an expansion characteristic of the machine body.
Erfindungsgemäß wird der Stempel (Stanzwerkzeug) durch eine Blindmatrize oder ein Werkstück bekannter Werkstückdicke blockiert, so dass keine Stanzung stattfindet. Die Blindmatrize ist entweder vollständig geschlossen, oder ihre Matrizenöffnung ist derart ausgebildet oder verdreht eingebaut, dass der Stempel nicht in die Matrizenöffnung eintauchen kann. Der Stempel wird ausgefahren und setzt zunächst auf der Blindmatrize oder auf dem Werkstück auf, wodurch dann beim weiteren Ausfahren der Maschinenkörper durch die zwischen Stempelhalterung und Blindmatrize oder Werkstück wirkende Stanzkraft des blockierten Stempels elastisch aufgeweitet wird. Wenn der Stempel auf die Blindmatrize oder auf das Werkstück aufsetzt, wirken auf den Stempel keine Kräfte, so dass die zugehörige Stempelaufsetzposition nicht direkt mittels einer Kraftmessung ermittelt werden kann. Die an der ersten Stempelposition gemessene erste Stanzkraft des Stempels lässt sich einem Kennlinienpunkt der Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers zuordnen; ausgehend vom gemessenen Kennlinienpunkt ergibt sich anhand der Aufweitungskennlinie die kräftefreie Stempelaufsetzposition, in welcher der Stempel beim Ausfahren der Stempelhalterung auf die Blindmatrize oder das Werkstück aufsetzt.According to the invention, the punch (punching tool) is blocked by a dummy die or a workpiece of known workpiece thickness, so that no punching takes place. The dummy die is either completely closed, or its die opening is designed or installed rotated in such a way that the stamp cannot enter the die opening. The punch is extended and initially rests on the dummy die or on the workpiece, which then expands elastically as the machine body is extended further by the punching force of the blocked punch acting between the punch holder and dummy die or workpiece. If the stamp touches the dummy die or the workpiece, no forces act on the stamp, so that the associated stamp placement position cannot be determined directly by means of a force measurement. The first punching force of the punch measured at the first punch position can be assigned to a characteristic point of the expansion characteristic of the machine body; Starting from the measured characteristic point, the widening characteristic results in the force-free punch placement position in which the punch touches the dummy die or the workpiece when the punch holder is extended.
Die Stempelwechsellage der Stempelhalterung, in der die Stempelhalterung einen vorgegebenen Wechsellagenabstand zur Matrize aufweist, kann anhand der ermittelten Stempelaufsetzposition, einer gegebenen Stempellänge, um die der Stempel in z-Richtung über die Stempelhalterung vorsteht, und gegebenenfalls der Werkstückdicke ermittelt werden. Die Stempelwechsellage der Stempelhalterung entspricht für den Fall eines auf die Blindmatrize aufgesetzten Stempels der ermittelten Stempelaufsetzposition minus der Differenz aus dem vorgegebenen Wechsellagenabstand und der Stempellänge und für den Fall eines auf das Werkstück aufgesetzten Stempels der ermittelten Stempelaufsetzposition minus der Differenz aus dem vorgegebenen Wechsellagenabstand und der Stempellänge plus der Werkstückdicke. Vorzugsweise wird der Stempel in die ermittelte Stempelwechsellage zurückgefahren oder ein Offsetwert für die Referenzierung der hydraulischen z-Achse der Stanzmaschine berechnet. Falls der Stempel in der Stempelhalterung gegen einen anderen Stempel mit einer anderen Stempellänge ausgetauscht wird, ändert sich entsprechend der Wechsellagenabstand, was automatisiert berücksichtigt werden kann.The punch change position of the punch holder, in which the punch holder has a predetermined change position distance from the die, can be determined using the determined punch placement position, a given punch length by which the punch protrudes in the z-direction beyond the punch holder, and, if necessary, the workpiece thickness. In the case of a punch placed on the dummy die, the punch changing position of the punch holder corresponds to the determined punch placement position minus the difference between the specified distance between alternate positions and the punch length, and for the case of a punch placed on the workpiece, the determined punch placement position minus the difference between the specified distance between alternate positions and the length of the punch plus the workpiece thickness. The punch is preferably returned to the determined punch changing position or an offset value is calculated for referencing the hydraulic z-axis of the punching machine. If the punch in the punch holder is exchanged for another punch with a different punch length, the inter-position distance changes accordingly, which can be taken into account automatically.
Ein manuelles Nachmessen mit zusätzlichen Endmaßen oder anderen Messvorrichtungen durch einen Benutzer der Stanzmaschine ist erfindungsgemäß nicht notwendig. Damit entfallen auch Bremsvorgänge der Stempelhalterung, die mit dem manuellen Nachmessen in Verbindung stehen. Die Einstellung der Stempelwechsellage kann somit automatisiert und mit erhöhter Genauigkeit erfolgen. Es ist auch möglich, die Einstellung der Stempelwechsellage während des Betriebs der Stanzmaschine als Teil der Diagnose durchzuführen.A manual re-measurement with additional gauge blocks or other measuring devices by a user of the punching machine is not necessary according to the invention. This also eliminates the need to brake the stamp holder, which is associated with manual re-measuring. The setting of the punch change position can thus be automated and with increased accuracy. It is also possible to perform the adjustment of the punch changing position during operation of the punching machine as part of the diagnosis.
In einer Verfahrensvariante wird an mindestens einer anderen, zweiten Stempelposition des Stempels, in welcher der Maschinenkörper gegenüber der ersten Stempelposition unterschiedlich weit aufgeweitet ist, eine zugehörige, zweite Stanzkraft des Stempels gemessen und anhand der gemessenen ersten und zweiten Stanzkraft und der zugehörigen Stempelpositionen die Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers ermittelt. Bei dieser Verfahrensvariante können die Stempelaufsetzposition und die Stempelwechsellage bestimmt werden, ohne zuvor die Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers bestimmen zu müssen.In a variant of the method, an associated, second punching force of the punch is measured at at least one other, second punching position of the punch, in which the machine body is expanded to a different extent compared to the first punching position, and the expansion characteristic of the punch is determined on the basis of the measured first and second punching force and the associated punching positions Machine body determined. With this variant of the method, the punch placement position and the punch change position can be determined without having to first determine the expansion characteristic of the machine body.
In einer anderen Verfahrensvariante wird die Stempelaufsetzposition anhand der gemessenen ersten Stanzkraft, der zugehörigen Stempelposition und einer vorbekannten Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers ermittelt.In another variant of the method, the punch placement position is determined using the measured first punching force, the associated punch position and a previously known expansion characteristic of the machine body.
Die Stempelhalterung wird bevorzugt hydraulisch verfahren wird, um die jeweilige Stanzkraft bereitzustellen.The punch holder is preferably moved hydraulically in order to provide the respective punching force.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Stanzmaschine, aufweisend einen elastisch aufweitbaren Maschinenkörper mit einer Matrize, eine im Maschinenkörper rechtwinklig zur Matrize in einer z-Richtung verfahrbare Stempelhalterung mit einem daran gehaltenen Stempel zum Stanzen eines an der Matrize anliegenden Werkstücks, Sensoren zum Messen der zwischen der Stempelhalterung und einer Blindmatrize oder einem nicht gestanzten Werkstück wirkenden Stanzkraft des Stempels an mindestens einer Stempelposition, sowie eine Steuervorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.In a further aspect, the invention also relates to a punching machine suitable for carrying out the method, having an elastically expandable machine body with a die, a punch holder that can be moved in a z-direction in the machine body at right angles to the die and with a punch held thereon for punching a punch lying against the die Workpiece, sensors for measuring the punching force of the punch acting between the punch holder and a dummy die or a non-punched workpiece at at least one punch position, and a control device designed to carry out the method according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stanzmaschine weist die Steuervorrichtung einen Speicher auf, in dem eine Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers gespeichert ist.In a preferred embodiment of the punching machine according to the invention, the control device has a memory in which an expansion characteristic of the machine body is stored.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigt:
-
1a-1e schematisch eine erfindungsgemäße Stanzmaschine in einer Anfangsposition (1a ) und in einer Stempelwechsellage (1b ) einer Stempelhalterung, in zwei unterschiedlichen Aufweitungslagen eines Maschinenkörpers der Stanzmaschine (1c ,1d ) und in einer Stempelaufsetzposition eines Stempels der Stempelhalterung (1e ), jeweils in einem Längsschnitt; und -
2 eine Aufweitungskennlinie des Maschinenkörpers in Abhängigkeit des Stempelhubs.
-
1a-1e schematically a punching machine according to the invention in an initial position (1a ) and in a stamp changing position (1b ) a punch holder, in two different expansion positions of a machine body of the punching machine (1c ,1d ) and in a stamp setting position of a stamp of the stamp holder (1e ), each in a longitudinal section; and -
2 an expansion characteristic of the machine body as a function of the punch stroke.
Die in
Der Maschinenkörper 2 ist C-förmig mit einem unteren und einem oberen, horizontalen Maschinenarm 2a, 2b ausgebildet und somit in z-Richtung elastisch aufweitbar. Am unteren Maschinenarm 2a ist oberseitig die Matrize 3 befestigt. Der obere Maschinenarm 2b trägt unterseitig einen hydraulischen Antrieb 7 mit einer in z-Richtung verfahrbaren Hubstange 8, an deren unterem Stangenende die Stempelhalterung 4 befestigt ist, um so die Stempelhalterung 4 samt Stempel 5 in z-Richtung zu verfahren. Die Stempellänge, um die der Stempel 5 in z-Richtung über die Stempelhalterung 4 nach unten vorsteht, ist mit WZL bezeichnet.The
Eine Steuervorrichtung 9 steuert den Hub der Hubstange 8 bzw. der Stempelhalterung 4, um so den Stempel 5 mit seinem freien, unteren Stempelende jeweils an eine Stempelposition zS zu verfahren. Die Stempelposition zS wird dabei bevorzugt gegenüber einem oberen mechanischen Festanschlag, hier lediglich beispielhaft die Unterseite 10 des oberen Maschinenarms 2b, für die Stempelhalterung 4 gemessen. Am Antriebsstrang des Antriebs 7, hier lediglich beispielhaft an der Stempelhalterung 4, ist ein Sensor 11 angeordnet, der die an einer Stempelposition zS jeweils vom Stempel 5 auf die Matrize 3 ausgeübte Stanzkraft F misst.A
In
Zum Ermitteln der zunächst unbekannten Stempelwechsellage zWL der Stempelhalterung 4 wird wie folgt vorgegangen:
- Zuerst wird die Matrize 3 gegen eine Blindmatrize 3' ausgetauscht (
1b ), die derStempel 5 in z-Richtung nicht durchgreifen kann. Dann wird dieStempelhalterung 4 in z-Richtung ausgefahren, um denStempel 5 auf dieBlindmatrize 3` aufzusetzen und nachfolgend beim weiteren Ausfahren derStempelhalterung 4 denMaschinenkörper 2 durch die zwischenStempelhalterung 4 undBlindmatrize 3` wirkende Stanzkraft desStempels 5 elastisch aufzuweiten. Genauer gesagt wird dabei derobere Maschinenarm 2b nach oben elastisch ausgelenkt. Wie in1c ,1d gezeigt, wird an einer ersten Stempelposition z1, in welcher derMaschinenkörper 2 aufgeweitet ist, eine zugehörige erste Stanzkraft F1 desStempels 5 und an einer anderen, zweiten Stempelposition z2, in welcher derMaschinenkörper 2 weiter als in1c aufgeweitet ist, eine zugehörige zweite Stanzkraft F2 desStempels 5 jeweils mittels desSensors 11 gemessen.
- First, the
matrix 3 is exchanged for a dummy matrix 3' (1b ), which thestamp 5 cannot penetrate in the z-direction. Then thepunch holder 4 is extended in the z-direction in order to place thepunch 5 on thedummy die 3` and subsequently, as thepunch holder 4 is extended further, themachine body 2 is elastically expanded by the punching force of thepunch 5 acting between thepunch holder 4 and thedummy die 3`. More precisely, theupper machine arm 2b is elastically deflected upwards. As in1c ,1d shown, at a first stamping position z 1 , in which themachine body 2 is widened, an associated first stamping force F 1 of thestamp 5 and at another, second stamping position z 2 , in which themachine body 2 is wider than in1c is expanded, an associated second punching force F 2 of thepunch 5 is measured in each case by means of thesensor 11 .
Wie in
Die Einstellung der Stempelwechsellage kann somit automatisiert, insbesondere auch während des Betriebs der Stanzmaschine 1, und mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen.The setting of the punch changing position can thus take place automatically, in particular during operation of the punching
Statt mit einer Blindmatrize 3` kann die zunächst unbekannte Stempelwechsellage zWL der Stempelhalterung 4 auch mit einem Werkstück 6, das auf der Matrize 3 aufliegt, ermittelt werden. Aus zwei (oder auch mehr) Messpunkten (z1, F1) und (z2, F2) kann dann die Stempelposition z0 bestimmt werden, in welcher der Stempel 5 beim Ausfahren der Stempelhalterung 4 auf das Werkstück 6 aufsetzt. Ausgehend von der indirekt bestimmten Stempelaufsetzposition z0 ergibt sich die Stempelwechsellage zWL der Stempelhalterung 4 aus dem vorgegebenen Wechsellagenabstand dWL, der Stempellänge WZL und der Werkstückdicke d wie folgt:
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