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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen
eines Werkstücks.
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Zum
industriellen Schmieden von Werkstücken sind schlagende Umformmaschinen
wie Hämmer
und Spindelpressen, insbesondere Schwungrad-Spindelpressen, bekannt. Schlagende
Umformmaschinen umfassen einen Arbeitsbereich, in dem zwei Werkzeuge,
im Allgemeinen geradlinig, relativ zueinander bewegbar sind. Das
Werkstück
wird zwischen den beiden Werkzeugen angeordnet und dann durch die
Schlagkraft oder Stoßenergie
beim Auftreffen der Werkzeuge auf dem Werkstück und die dadurch bewirkte
Umformenergie umgeformt.
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Gemäß VDI-Lexikon „Produktionstechnik Verfahrenstechnik", Herausgeber Prof.
Dr. Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113 unterteilt man Schmiedehämmer in
Schabottehämmer,
diese wiederum unterteilt in Fallhämmer und Oberdruckhämmer, und
Gegenschlaghämmer.
Ein Schabottehammer umfasst eine Schabotte (oder: einen Träger, einen
Amboss) als relativ zum Werkstück
feststehendes Werkzeug und einen Schlagbären oder kurz Bären als
relativ zum Werkstück
und zur Schabotte, in der Regel vertikal, bewegtes Werkzeug. Ein
Gegenschlaghammer weist zwei gegeneinander und jeweils relativ zum
Boden oder zum Hammergestell, vertikal oder auch waagrecht, bewegte
Schlagbären
auf. Die Antriebe für
die Bären
von Schmiedehämmern
sind im Allgemeinen hydraulisch oder pneumatisch. Bei dem eigentlichen
Umform- oder Arbeitsvorgang
sind das Hammergestell sowie die Hammerantriebe eines Schmiedehammers
von der Umformkraft entlastet, so dass Schmiedehämmer nicht überlastbar sind. Bei Spindelpressen
heißt
das bewegte Werkzeug meist Stößel. Der
Stößel wird
zu dem ortsfesten Werkzeug durch eine Spindel geradlinig bewegt.
Der Antrieb der Spindel und damit des Stößels erfolgt über einen
Antriebsmotor und/oder ein Schwungrad als Energiespeicher. Vor dem
Auftreffen auf das auf dem ortsfesten Werkzeug befindliche Werkstück wird
die Spindel oder der Stößel von
dem Antrieb entkoppelt und die dem Stößel mitgegebene kinetische
Energie wird (teilweise) in Umformenergie umgewandelt (VDI-Lexikon
a.a.O.)
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Es
ist gemäß VDI-Lexikon „Produktionstechnik
Verfahrenstechnik ",
Herausgeber Prof. Dr. Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 848 und
849 sowie 1214, bekannt, zur automatisierten Handhabung von Werkstücken beim
Pressen oder Schmieden Handhabungsgeräte wie Manipulatoren und Industrieroboter
einzusetzen, die Greifer zum Ergreifen und vorübergehenden Halten der Werkstücke aufweisen
und die Werkstücke
in die Schmiedemaschine einlegen oder aus dieser entnehmen. Manipulatoren
sind manuell gesteuerte Bewegungseinrichtungen mit in der Regel
konkreten prozessspezifischen Steuerungen oder Programmierungen.
Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten
mit einer hinreichenden Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden, realisiert
durch eine entsprechende Zahl (5 bis 6) von Bewegungsachsen, und
einer frei programmierbaren Steuerung zur Realisierung praktisch
beliebiger Bewegungstrajektorien des Werkstücks innerhalb des vom Industrieroboter
abfahrbaren oder erreichbaren Raumgebietes.
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Ein
Problem beim Einsatz solcher Handhabungsgeräte stellen die hohen Schlagkräfte bei
einer schlagenden Umformmaschine dar, die das Handhabungsgerät beim Umformschlag
erheblich belasten und beschädigen
können,
wenn das Handhabungsgerät
beim Schlag des Bären
oder Stößels das
Werkstück
hält. Zur
Lösung
dieses Problems sind in
DE
42 20 796 A1 und
DE
100 60 709 A1 Handhabungsgeräte vorgeschlagen worden, die
während
des Schlages nachgiebig gestellt werden können zur Dämpfung der vom Werkstück übertragenen
Schlagstöße und -vibrationen
zum Antrieb hin und die bei dem Transport des Werkstücks starr
gestellt werden.
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Die
DE 28 32 987 A1 offenbart
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur automatisierten Herstellung
von Gesenkschmiedestücken,
insbesondere Schraubenschlüsseln,
aus gestanzten Spaltstücken, wobei
die Spaltstücke
vor dem Gesenkschmieden in horizontaler Ebene vorgebogen werden
in einer parallel zu den Schmiedegesenken arbeitenden Vorbiegevorrichtung
und dann mittels einer Umsetzvorrichtung mit zwei schwenkbaren Umsetzarmen
mit jeweils einem Greifer von der Vorbiegeeinrichtung in eine vertikale
Ebene eines Gegenschlaghammers verbracht wird und dort mittels zwei
Gesenken in die endgültige
Form des Schraubenschlüssels
geschmiedet wird. Mit dem Ende des Schmiedevorgangs werden die Greifer
an den Enden der Umsetzarme geöffnet
und das Schmiedestück
fällt auf
eine Rinne und wird abtransportiert.
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Aus
US 4,449,390 A ist
eine automatische Anlage zum Gesenkschmieden und anschließenden Entgraten
von Metallteilen mit einer senkrechten Presse und einer Abgratpresse,
die durch zwei Roboterpaare bedient werden, bekannt. Es arbeitet
jeweils ein Roboterpaar und das andere Roboterpaar ist in Ruhe.
Die Greifzangen der beiden Roboter arbeiten synchron und spiegelbildlich
und transportieren das Schmiedeteil in die Gesenke der Presse und
lassen es dann los. Erst, wenn das obere Werkzeug wieder nach oben
bewegt ist, greifen die beiden Roboter wieder das Schmiedeteil und
transportieren es weiter.
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In
der Praxis hat sich eine Automatisierung der Handhabung von Werkstücken bei
Schmiedeprozessen mit schlagenden Umformmaschinen noch nicht entscheidend
durchsetzen können.
Vielmehr wird in der Praxis das Werkstück immer noch von einem Menschen
manuell mit einem Greifwerkzeug in den Schmiedehammer gehalten,
da entsprechend ausgebildete Menschen die richtige Handhabung des Werkstücks beim
Auftreffen des Bären
mit dem Schlagwerkzeug beherrschen. Nach dem Umsteuern des Bären hebt
der Mensch das Werkstück
an und legt es vor dem erneuten Auftreffen des Bären beim nächsten Hub wieder in das Werkzeug
oder gleich in einer Ablageeinrichtung ab.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks anzugeben, bei denen das Abheben
des Werkstücks
vom Werkzeug nach einem Umformvorgang automatisiert ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 31.
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Das
Verfahren gemäß Anspruch
1 ist zum Umformen, insbesondere Schmieden, wenigstens eines Werkstücks geeignet
und bestimmt und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Positionieren des Werkstücks in eine Umformlage auf
einem ersten von wenigstens zwei Werkzeugen der Umformmaschine (Positionierschritt),
- b) Bewegung der Werkzeuge der Umformmaschine relativ aufeinander
zu,
- c) Umformen des Werkstücks
zwischen den Werkzeugen, insbesondere in seiner Umformlage auf dem
ersten Werkzeug (Umformschritt),
- d) anschließende
Bewegung der Werkzeuge relativ voneinander weg,
- e) Erfassen oder Bestimmen eines Auslösezeitpunktes, zu dem, vorzugsweise
während
der Relativbewegung der Werkzeuge aufeinander zu, die Relativposition
der Werkzeuge eine vorgegebene oder vorgebbare Referenzposition
einnimmt oder erreicht hat,
- f) Bestimmen oder Auswählen
eines Abhebezeitpunktes in Abhängigkeit
oder als Funktion des Auslösezeitpunktes,
- g) Abheben (oder: Einleiten oder Starten) einer Abhebebewegung
des Werkstücks
von dem ersten Werkzeug durch wenigstens ein Handhabungsgerät zu dem
Abhebezeitpunkt.
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Die
Vorrichtung gemäß Anspruch
31 ist zum Umformen, insbesondere Schmieden, wenigstens eines Werkstücks und
insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß der Erfindung
oder zur Durchführung
eines Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet
und bestimmt und umfasst
- a) wenigstens eine
Umformmaschine mit wenigstens zwei relativ aufeinander zu und voneinander weg
bewegbaren Werkzeugen zum Umformen eines auf einem ersten der Werkzeuge
in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Umformlage positionierten
oder positionierbaren Werkstücks
zwischen den Werkzeugen,
- b) wenigstens eine Einrichtung zum Erfassen eines Auslösezeitpunktes,
zu dem, vorzugsweise während
der Relativbewegung der Werkzeuge aufeinander zu, die Relativposition
der Werkzeuge eine vorgegebene oder vorgebbare Referenzposition
einnimmt oder erreicht hat,
- c) wenigstens ein Handhabungsgerät zum Handhaben des Werkstücks, d)
wenigstens eine Kontrolleinrichtung zum Steuern oder Regeln der
Bewegungen und Positionen des oder der Handhabungsgeräte(s),
- e) wobei die Kontrolleinrichtung abhängig von dem Auslösezeitpunkt
einen Abhebezeitpunkt bestimmt und das wenigstens eine Handhabungsgerät so ansteuert,
dass das wenigstens eine Handhabungsgerät das Werkstück zu dem
Abhebezeitpunkt von dem ersten Werkzeug abzuheben beginnt.
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Die
Bewegung der Werkzeuge beim Schlagen der Umformmaschine relativ
aufeinander zu beinhaltet natürlich
sowohl den Fall, dass sich nur eines (das erste) der beiden Werkzeuge
relativ zum Erdboden oder Maschinengestell oder einem anderen externen
Bezugssystem bewegt und das andere (das zweite) Werkzeug zu diesem
externen System ortsfest bleibt, beispielsweise bei einem Oberdruckhammer
oder einem Fallhammer oder einer Spindelpresse, als auch den Fall,
dass sich beide Werkzeuge relativ zum externen Bezugssystem bewegen,
beispielsweise bei einem Gegenschlaghammer. Die Umformlage des Werkstücks bezieht
sich auf dessen absolute und einstellbare geometrische Lage im Raum
bezüglich
eines externen Koordinatensystems. Automatisch bedeutet, dass zumindest
beim Abheben selbst kein menschliches Eingreifen oder Festhalten
des Werkstücks
mehr erforderlich ist, sondern dies automatisiert durch die Handhabungsgeräte (oder:
Bewe gungsautomaten), im Allgemeinen unter Kontrolle einer Kontrolleinrichtung,
erfolgt.
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Die
Erfindung beruht auf der Überlegung, dass
das wenigstens eine Handhabungsgerät das Werkstück erst
dann von dem ersten Werkzeug abhebt, wenn die Werkzeuge eine vorgegebene
oder vorgebbare Position, hier Referenzposition genannt, erreicht
haben. Dies erlaubt insbesondere eine genaue Steuerung des Handhabungsgerätes derart, dass
das Werkstück
zum Abhebezeitpunkt zwischen den Werkzeugen bereits vollständig umgeformt
wurde, also der Abhebezeitpunkt nach dem Umformzeitpunkt, zu dem
die Umformung des Werkstück
zwischen den Werkzeugen abgeschlossen ist, liegt, und/oder dass
die Werkzeuge sich (wieder) relativ voneinander weg bewegen, also
der Abhebezeitpunkt nach dem Umkehrzeitpunkt der Werkzeuge, zu dem
sich die Richtung der Relativbewegung der Werkzeuge zueinander umkehrt,
liegt. Ein besonderer Vorteil der Steuerung des Handhabungsgeräts in Abhängigkeit
von der Werkzeugposition gemäß der Erfindung
besteht darin, dass der Abhebezeitpunkt sehr nahe an den Umformzeitpunkt
oder Umkehrzeitpunkt gelegt werden kann, wodurch Werkzeugberührzeiten
und/oder Taktzeiten verkürzt
werden können.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung
zum Umformen eines Werkstücks
gemäß der Erfindung
ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 31 jeweils abhängigen Ansprüchen.
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Der
Abhebezeitpunkt für
das wenigstens eine Handhabungsgerät liegt in einer ersten vorteilhaften
Ausführungsform
um eine vorgegebene oder vorgebbare Zeitdifferenz nach dem Umformzeitpunkt oder
nach dem Umkehrzeitpunkt. Diese Zeitdifferenz zwischen Abhebezeitpunkt
und Umformzeitpunkt bzw. Umkehrzeitpunkt beträgt im Allgemeinen zwischen
0 ms und maximal 300 ms und/oder maximal 3/4 der Zeit für die Auseinanderbewegung
der Werkzeuge, insbesondere zwischen 0 ms und maximal 100 ms und/oder
maximal 1/4 der Zeit für
die Auseinanderbewegung der Werkzeuge und vorzugsweise zwischen
0 ms und maximal 50 ms und/oder maximal 1/8 der Zeit für die Auseinanderbewegung
der Werkzeuge, und/oder ist abhängig
von einer vorgegebenen Werkzeugberührzeit.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist wenigstens eine Kontrolleinrichtung vorgesehen ist, die Bewegungen
des wenigstens einen Handhabungsgerätes steuert und die abhängig von
dem Auslösezeitpunkt
den Abhebezeitpunkt ermittelt sowie zu dem ermittelten Abhebezeitpunkt
eine Abhebebewegung oder Abheberoutine des Handhabungsgerätes einleitet.
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Die
Kontrolleinrichtung sendet insbesondere zu einem Startzeitpunkt
ein Startsignal an das wenigstens eine Handhabungsgerät und das
wenigstens eine Handhabungsgerät
startet nach Erhalt dieses Startsignals eine Abhebebewegung und
hebt das Werkstück
zu dem Abhebezeitpunkt ab. In dieser Ausführungsform verfügt das Handhabungsgerät also in
gewissem Maße
selbst über
Möglichkeiten
zur Signalverarbeitung und die Ansteuerung geschieht über Signale.
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Im
Allgemeinen ist wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung vorgesehen,
die zu dem Auslösezeitpunkt,
wenn die Relativposition der Werkzeuge die Referenzposition erreicht,
ein Auslösesignal
an die Kontrolleinrichtung sendet, und bei dem die Kontrolleinrichtung
abhängig
vom Eingangszeitpunkt des Auslösesignals
den Abhebezeitpunkt ermittelt.
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Die
Positionserfassungseinrichtung kann einen der Referenzposition zugeordneten
oder an der Referenzposition angeordneten Positionsschalter umfassen,
der bei Betätigung
durch eines der beiden Werkzeuge seinen Schaltzustand ändert, wobei
eine Schaltzustandsänderung
des Positionsschalters als Auslösesignal
oder Auslösezeitpunkt
verwendet wird.
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Die
wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung kann aber auch die
Relativposition der beiden Werkzeuge zueinander fortlaufend oder
kontinuierlich oder zu bestimmten Messpunkten messen und an die
Kontrolleinrichtung ein entsprechendes Positionsmesssignal oder
einen entsprechenden Positionsmesswert liefern. Die Kontrolleinrichtung
vergleicht dann das Positionsmesssignal oder den Positionsmesswert
mit einem der Referenzposition entsprechenden Referenzsignal oder
Referenzwert und wertet eine festgestellte Ubereinstimmung des Positionsmesssignals
mit dem Referenzsignal oder des Positionsmesswertes mit dem Referenzwert
als Auslösezeitpunkt
aus und ermittelt daraus den Abhebezeitpunkt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ermittelt die Kontrolleinrichtung
den Abhebezeitpunkt aus dem Auslösezeitpunkt,
indem sie eine vorbestimmte Verzögerungszeit
zu dem Auslösezeitpunkt
hinzuzählt
oder ablaufen lässt,
beispielsweise mittels eines digitalen Zählers oder einer Uhr. Insbesondere
kann die Kontrolleinrichtung den Startzeitpunkt für das Startsignal
durch Ablaufen lassen oder Hinzuzählen der vorbestimmten Verzögerungszeit
zu dem Auslösezeitpunkt
ermitteln, wobei der Abhebezeitpunkt sich aus dem Startzeitpunkt
in eindeutiger Weise, im Allgemeinen durch Addition der Signallaufzeit
und -verarbeitungszeit des Startsignals für das Handhabungsgerät, ergibt.
Die Verzögerungszeit
ist im Allgemeinen abhängig
von dem Verlauf wenigstens einer Relativbewegungsgröße bei der
Relativbewegung der Werkzeuge aufeinander zu und/oder abhängig von
einer eingestellten oder einstellbaren Umformenergie.
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Es
ist in allen Ausführungsformen
ebenfalls möglich,
wenn auch in der heutigen Technologie unüblicher, ohne eine Signalübertragung
und -auswertung eine unmittelbare Regelung oder Steuerung der Handhabungsgeräte vorzusehen,
beispielsweise über
Komponenten oder Stellglieder, die abhängig von der Relativposition
der Werkzeuge den Steuerstrom für
Antrieb (e) des Handhabungsgerätes
direkt beeinflussen. So könnte
beispielsweise der Positionsschalter, sobald die Relativposition
der Werkzeuge die Referenzposition erreicht, unmittelbar einen oder
mehrere Schaltkontakte auslösen,
der bzw. die einen Steuerstrom bzw. Steuerströme für das Handhabungsgerät durchschaltet
oder durchschalten, oder es könnten
elektrische oder elektromechanische Verzögerungsglieder oder -schalter
wie z.B. Bimetallrelais, Komponenten mit Hysterese oder dergleichen
vorgesehen sein..
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Die
Referenzposition für
die Werkzeuge wird vorzugsweise abhängig von einer oder mehreren
der folgenden Prozessgrößen oder
-bedingungen gewählt:
- • zeitlicher
Verlauf der Relativbewegung der beiden Werkzeuge
- • Wert
der Umformenergie für
das Umformen des Werkstücks
oder einer mit der Umformenergie eindeutig korrelierte Größe, insbesondere wenn dieser
Wert auf einen von wenigstens zwei verschiedenen Werten einstellbar
ist
- • die
Summe der für
die Ermittlung des Abhebezeitpunktes aus dem Auslösezeitpunkt
mindestens erforderlichen Signal- oder Datenlaufzeiten und Signal-
oder Datenverarbeitungszeiten ist kleiner als der Zeitabstand aus
Abhebezeitpunkt und Auslösezeitpunkt.
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Die
Referenzposition kann insbesondere der am weitesten voneinander
entfernt liegende Relativposition der Werkzeuge entsprechen, insbesondere dem
sogenannten OT (oberer Totpunkt) der Umformmaschine, liegt aber
in der Regel zwischen der entferntesten Relativposition, insbesondere
OT, und der nächsten
Relativposition, der Auftreffposition, insbesondere dem UT (unterer
Totpunkt) der Umformmaschine.
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In
einer besonderen Ausführungsform
ist ein selbstlernendes oder adaptives System vorgesehen, bei dem
Abhebezeitpunkt automatisch eingelernt wird oder angepasst wird,
indem in einem oder mehreren Umformschritten (oder Werkzeugbewegungen) die
Relativposition der Werkzeuge zum Abhebezeitpunkt bestimmt wird
und der Abhebezeitpunkt an einen gewünschten Wert angepasst wird,
insbesondere durch Anpassen der Verzögerungszeit nach dem Auslösezeitpunkt
oder durch Anpassen der Referenzposition. Dadurch kann insbesondere
der Abhebezeitpunkt möglichst
zeitnah an den Umkehrzeitpunkt der Werkzeuge gelegt werden und so
die Zeitabfolge optimiert werden.
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Das
wenigstens eine Handhabungsgerät, das
das Werkstück
abhebt, positioniert vorzugsweise auch das Werkstück in seine
Umformlage auf dem ersten Werkzeug und/oder hält das Werkstück während des
Umformens zwischen den Werkzeugen in seiner Umformlage fest. Es
können
aber auch wenigstens zeit- oder teilweise unterschiedliche Handhabungsgeräte für die unterschiedlichen
Handhabungen verwendet werden.
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Vorzugsweise
wird das Werkstück
zumindest während
des Auftreffens des oder der Werkzeuges) der Umformmaschine beim
Umformschritt an wenigstens zwei Stellen mit jeweils einem Handhabungsgerät festgehalten
oder gegriffen gehalten. Dies hat zunächst den Vorteil, dass das
Werkstück beim Auftreffen
des oder der Werkzeuges) an zwei Stellen fixiert ist und damit sicherer
vor einem Verspringen oder Verrutschen in den Werkzeugen bewahrt
werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Abknicken
eines längeren
Werkstücks
an einer Seite verhindert werden kann, da die Handhabungsgeräte das Werkstück an beiden
Seiten fixieren und beim Umformschlag stabilisieren können.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird das Werkstück
auch oder zumindest beim Abheben von wenigstens zwei Handhabungsgeräten, insbesondere
denselben Handhabungsgeräten
wie beim Festhalten während
des Umformens gehandhabt.
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Die
Bewegungen und Positionen der Handhabungsgeräte werden automatisch und aufeinander abgestimmt
gesteuert oder geregelt. Beim Steuern des oder der Handhabungsgerätes) läuft die
Bewegung gemäß einem
vorgegebenen oder vorgebbaren Bewegungsablauf oder Bewegungsprofil
oder einem entsprechend hinterlegten Steuerprogramm ab (keine Rückkopplung „open-loop-control"), während beim
Regeln die Bewegungen der Handhabungsgeräte messtechnisch erfasst und
an vorgegebenen Sollbewegungen (Führungsgrößen der Bewegung) angepasst
oder geregelt werden (Rückkopplung, „closed-loop-control"). Aufeinander abgestimmt
sind die Bewegungen oder Positionen der beiden Handhabungsgeräte, um das
Werkstück
exakt handhaben zu können.
Es ist also eine kinematische Kopplung zwischen den beiden Handhabungsgeräten vorgesehen
beim Handhaben des Werkstücks
während
dessen Umformung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
werden wenigstens bei einem Teil der Handhabungen des Werkstücks durch
zwei Handhabungsgeräte
die beiden Handhabungsgeräte
synchron und/oder entlang zueinander im Wesentlichen konstant beabstandeter
Trajektorien und/oder mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit
bewegt
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Die
Kontrolleinrichtung steuert oder regelt die beiden Handhabungsgeräte, insbesondere
deren jeweilige Antriebseinrichtungen, in einer Ausführungsform
nach einem Master-Slave-Steuerprinzip, wobei ein als Slave dienendes Handhabungsgerät einem
als Master dienenden Handhabungsgerät in den Bewegungen folgt.
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In
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform steuert die Kontrolleinrichtung
die beiden Handhabungsgeräte,
insbesondere deren jeweilige Antriebseinrichtungen, unabhängig voneinander,
mit jeweiligen aneinander angepassten Steuerabläufen.
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Im
Allgemeinen fährt
jedes Handhabungsgerät
oder dessen Angriffspunkt am Werkstück während einer Bewegung und/oder
Handhabung des Werkstücks
entlang einer vorab ermittelten Trajektorie mit einem vorgegebenen
Geschwindigkeitsverlauf und/oder folgt gespeicherten aufeinander
folgenden Trajektorienpunkten in regelmäßigen Zeitabständen.
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Die
zugehörige
Trajektorie des Handhabungsgeräts
oder dessen Angriffspunktes am Werkstück wird vorzugsweise vorab
eingelernt, kann aber auch berechnet werden. In einer besonderen
Ausführungsform
wird (nur) die Trajektorie eines der wenigstens zwei Handhabungsgeräte oder
dessen Angriffspunktes am Werkstück
eingelernt und die Trajektorie des wenigstens einen weiteren Handhabungsgerätes oder
dessen Angriffspunktes am Werkstück
wird aus der eingelernten Trajektorie des ersten Handhabungsgerätes vorab
berechnet und abgespeichert oder in Echtzeit berechnet. Beim Einlernen
der Trajektorie eines Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes
am Werkstück
wird im Allgemeinen die zugehörige
Trajektorie, abgefahren und in regelmäßigen Zeitabständen werden
die Trajektorienpunkte nacheinander erfasst und abgespeichert. Der
Geschwindigkeitsverlauf beim Einlernen ist vorzugsweise vorgegeben
entsprechend dem späteren
Geschwindigkeitsverlauf beim Prozess. Bei beliebigem Geschwindigkeitsverlauf
beim Einlernen kann der tatsächliche
Geschwindigkeitsverlauf beim Betrieb auch nachträglich noch berücksichtigt
werden und neue Trajektorienpunkte errechnet und gespeichert werden.
Das Handhabungsgerät
oder dessen Angriffspunkt am Werkstück bei der Bewegung und/oder
Handhabung des Werkstücks
folgt in jedem Fall den beim Einlernen, ggf. nach Geschwindigkeitskorrektur,
gespeicherten Trajektorienpunkten in denselben Zeitabständen und
in derselben Reihenfolge wie beim Einlernen.
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Bei
Handhabungen an der Umformmaschine befinden sich die beiden Handhabungsgeräte vorzugsweise
an gegenüberliegenden
Seiten des Arbeitsbereiches oder der Werkzeuge der Umformmaschine.
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In
einer Ausführungsform,
bei der das Werkstück
in wenigstens zwei Umformschritten zwischen denselben Werkzeugen
umgeformt wird, wird in einer Variante nach einem Umformschritt
das Werkstück von
dem wenigstens einen Handhabungsgerät vom ersten Werkzeug abgehoben
und anschließend
wieder auf das erste Werkzeug in die Umformlage für den darauffolgenden
Umformschritt positioniert wird.
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In
einer anderen Variante wird nach einem Umformschritt das Werkstück von dem
wenigstens einen Handhabungsgerät
vom ersten Werkzeug abgehoben und anschließend auf das erste Werkzeug in
einen anderen Werkzeugbereich oder auf oder in ein anderes Werkzeug
in die Umformlage für
den darauffolgenden Umformschritt positioniert. In einer weiteren
Variante wird das Werkstück
nach dem Umformschritt oder nach dem letzten Umformschritt von dem
wenigstens einen Handhabungsgerät
nach dem Abheben vom Werkzeug oder Werkzeugbereich zu einer Ablageeinrichtung
transportiert und dort abgelegt.
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Insbesondere
zwischen zwei Umformschritten wird nun in einer bevorzugten Ausführungsform mittels
wenigstens eines Gebläses
Zundermaterial unter dem abgehobenen Werkstück und/oder von dem Werkzeug
ausgeblasen. Dieser Schritt wird auch als Lüften bezeichnet. Das Gebläses wird
vorzugsweise, insbesondere von der Kontrolleinrichtung, so angesteuert,
dass der Einschaltzeitpunkt oder die Inbetriebnahme oder die Heranführung des Gebläses abhängig von
dem Auslösezeitpunkt
(analog wie die Abhebebewegung des Handhabungsgeräts) und
vorzugsweise nach dem Abhebezeitpunkt bestimmt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Vorrichtung weist jedes Handhabungsgerät
- a) wenigstens
eine Greifeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren
Greifelementen zum Greifen des Werkstücks,
- b) wenigstens eine Trägereinrichtung,
an der die Greifeinrichtung befestigt oder befestigbar ist und
- c) wenigstens eine Transporteinrichtung zum Transportieren der
Trägereinrichtung
mit der Greifeinrichtung
auf.
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Die
Vorrichtung wird nun vorzugsweise dadurch weitergebildet, dass eine
flexible Verbindung von Trägereinrichtung
und Transporteinrichtung in einem flexiblen Zustand zumindest teilweise
Stöße oder
Schwingungen, die beim Umformvorgang vom Werkstück auf das Handhabungsgerät übertragen werden,
absorbiert und damit die Transporteinrichtung vor diesen mechanischen
Belastungen schützt; und
dass eine starre Verbindung oder Stellung von Trägereinrichtung und Transporteinrichtung
in einem starren Zustand dagegen beim Handhaben des Werkstücks beim
Transport oder beim Drehen oder Schwenken vor oder nach Umformschritten
eingesetzt wird.
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Bevorzugte
Anwendungen der Erfindung sind bei Verwendung eines Schmiedehammers
oder einer Spindelpresse oder einer Kurbelpresse als Umformmaschine
und/oder zum Schmieden und/oder zur Kaltumformung mit einer Umformtemperatur
typischerweise im Bereich von Raumtemperatur (21 °C), zur Halbwarmumformung,
typischerweise zwischen 550 °C
und 750 °C,
oder zur Warmumformung, typischerweise oberhalb 900 °C, und/oder
zum Umformen von Werkstücken
aus knetbaren Metalle und Metalllegierungen, insbesondere eisenhaltigen Werkstoffe
wie Stählen
als auch nicht eisenhaltigen Metallen wie Magnesium, Aluminium,
Titan, Kupfer, Nickel und Legierungen daraus. Im Allgemeinen sind die
Werkzeuge der Umformmaschine formgebende Gesenkwerkzeuge zum gebundenen
Umformen des Werkstückes.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei
wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
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1 eine
Vorrichtung mit zwei Handhabungsgeräten beim Ergreifen eines Werkstücks in einer
Seitenansicht,
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2 die
Vorrichtung gemäß 1,
bei der die zwei Handhabungsgeräte
das in eine Umformmaschine gelegte Werkstück halten, in einer Seitenansicht,
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3 die
Vorrichtung gemäß 1 oder 2,
bei der die zwei Handhabungsgeräte
das in der Umformmaschine befindliche Werkstück nach dem Umformschlag anheben
oder lüften,
in einer Seitenansicht,
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4 eine
Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit zwei Handhabungsgeräten, die
das Werkstück
entlang vorgegebener Bewegungsbahnen handhaben, in einer schematischen
perspektivischen Ansicht und
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5 eine
Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit zwei Handhabungsgeräten bei
einer Handhabung des Werkstücks
in einer Draufsicht
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander
entsprechende Größen und
Teile sind in den 1 bis 5 mit entsprechenden
Bezugszeichen versehen.
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Es
sind ein erstes Handhabungsgerät
mit 2 und ein zweites Handhabungsgerät mit 2' bezeichnet. Jedes der Handhabungsgeräte 2 und 2' kann als Manipulator
oder Roboter ausgebildet sein. In den in 1 bis 5 dargestellten
Ausführungsbeispielen sind
die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' im Wesentlichen
baugleich ausgebildet und umfassen jeweils eine Greifeinrichtung
(oder: Greifzange) 3 bzw. 3', eine Trägerwelle 4 bzw. 4', eine Stützeinrichtung (oder:
Starrstellungseinrichtung) 5 bzw. 5', ein Lagerteil 6 bzw. 6', ein flexibles
Element 7 bzw. 7',
einen Schwenkantrieb (oder: Rotationsantrieb) 8 bzw. 8', ein Gelenk 9 bzw. 9', eine Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' und eine Transporteinrichtung 16 bzw. 16'.
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Jede
Greifeinrichtung 3 bzw. 3' umfasst zwei jeweils eine zugehörige Greifbacke
(oder: Greifelement, Zangenbacke) 30 bzw. 31 bzw. 30' und 31' aufweisende
Greifhebel 32 und 33 bzw. 32' und 33' auf, die mittels
der Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' zueinander
in einem Schwenklager 34 bzw. 34' schwenkbar sind zum Öffnen und
Schließen
der Greifeinrichtung 3 bzw. 3'. Die Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' greift in einem
Angreiflager 35 bzw. 35' am Greifhebel 33 bzw. 33' an und ist
in einem Schwenklager 14 bzw. 14' schwenkbar an dem Zwischenteil 6 bzw. 6' gelagert. Der
Greifhebel 32 bzw. 32' der Greifeinrichtung 3 bzw. 3' ist über die
Trägerwelle 4 bzw. 4' mit dem Zwischenteil 6 bzw. 6' koaxial entlang
einer Achse M verbunden. Zwischen dem Zwischenteil 6 bzw. 6' und dem mit
dem Gelenk 9 bzw. 9' entlang
einer zweiten Achse N verbundenen Schwenkantrieb 8 bzw. 8' ist das flexible
Element 7 bzw. 7' angeordnet,
das und über
jeweils einen Flansch mit dem Zwischenteil 60 bzw. 60' und dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' verbunden ist
und aus einem elastischem Material, vorzugsweise einem Elastomer,
besteht. In dem flexiblen Element 7 bzw. 7' sind nun die
vordere Einheit des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2', nämlich die
Greifeinrichtung 3 bzw. 3', die Trägerwelle 4 bzw. 4' und das Lagerteil 6 bzw. 6' sowie die Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11', einerseits
und die hintere Einheit des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2', nämlich der
Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und das Gelenk 9 bzw. 9' sowie die Transporteinrichtung 16 bzw. 16', und damit
auch deren Achsen M und N zueinander verschwenk- oder neigbar.
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Die
Stützeinrichtung 5 bzw. 5' der Handhabungsgeräte 2 und 2' gemäß 1 und 2 umfasst
eine längsverlaufende
Verbindungsstange 53 bzw. 53', an der ein jeweils quer nach
oben verlaufendes erstes Befestigungsteil 51 bzw. 51' zum Verbinden
der Verbindungsstange 53 bzw. 53' mit dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und weiter
hinten ein quer nach oben verlaufendes zweites Befestigungsteil 52 bzw. 52' zur Verbindung
mit dem Gelenk 9 bzw. 9' sowie im vorderen Bereich ein
nach oben ragendes Stützteil 50 bzw. 50' mit einem Einschnitt
oder Stützlager
(oder: einen Wellensitz) zum Fixieren oder Stützen der Trägerwelle 4 bzw. 4' angeordnet
sind. Die 1 und 2 illustrieren
u.a. auch die Funktionsweise der Stützeinrichtung 5 bzw. 5' und des flexiblen Elements 7 bzw. 7' der Handhabungsgeräte 2 bzw. 2'.
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Im
in 1 gezeigten Zustand bewegen sich die Handhabungsgeräte 2 und 2' mit geöffneten
Greifeinrichtungen 3 und 3' von beiden Seiten in Richtung der
dargestellten Pfeile auf ein Werkstück 10 zu, das auf
einer Bereitstellungseinrichtung, beispielsweise einem Förderband, 41 bereitgestellt
wird. Die Achsen M und N sowie M' und
N' sind koaxial
zueinander und horizontal, d.h. senkrecht zur Schwerkraft G, gerichtet,
das flexible Element 7 bzw. 7' ist im Wesentlichen unverformt
und die Verbindungsstange 53 bzw. 53' verläuft parallel
zu den Achsen M und N bzw. M' und N' und ihr Stützteil 50 bzw. 50' stützt die
Trägerwelle 4 bzw. 4' und damit die
mit ihr verbundene Greifeinrichtung 3 bzw. 3' ab. Die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' stellt also
eine mechanische Überbrückung über das flexible
Element 7 bzw. 7' dar
und beseitigt somit in der Stellung gemäß 1 die Flexibilität des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2' in dem flexiblen
Element 7 bzw. 7' zumindest
in der Raumrichtung der Schwerkraft G und in den nach unten gerichteten
seitlichen Richtungen zwischen der Schwerkraft G und der horizontalen
Richtung. Die starre Verbindung wird allein durch das Eigengewicht
der Teile des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2' aufrechterhalten.
Bei Erreichen des Werkstücks 10 werden
die Greifeinrichtungen 3 und 3' geschlossen und somit das Werkstück 10 an
seinen Enden 10A und 10B ergriffen und mittels
der Transporteinrichtungen 16 und 16' zu einer Umformmaschine
transportiert und dort in die Umformposition zum Umformen auf ein
Werkzeug gelegt. Dabei wird über
die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' das Handhabungsgerät 2 bzw. 2' im starren
Zustand gehalten.
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2 zeigt
das Werkstück 10 im
aufgelegten Zustand auf der Oberfläche 22 des unteren
Werkzeuges oder Gesenks 12 eines Schmiedehammers als bevorzugtes
Beispiel einer Umformmaschine. Durch Anheben der hinteren Einheiten
der Handhabungsgeräte 2 und 2', also Neigen
der Mittelachse N bzw. N' um
den Neigungswinkel αbzw. α' gegenüber der Mittelachse
M bzw. M' der vorderen
Einheit um das flexible Element 7 bzw. 7', wird die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' aus dem Eingriff
mit der Trägerwelle 4 bzw. 4' gebracht, da
sich das Stützteil 50 bzw. 50' sich ausreichend
von der Trägerwelle 4 bzw. 4' entfernt. Bei der
Neigungsbewegung um den Winkel α bzw. α' dient dabei das
Gesenk 12 über
das Werkstück 10 als
Widerlager. Die Handhabungsgeräte 2 und 2' sind somit
in 2 in einem flexiblen oder nicht starren Zustand.
Wenn nun ein oberes Werkzeug oder Schlagwerkzeug 13 am
Schlagbären 15 des
Schmiedehammers in der Schlagrichtung oder Vorwärtsrichtung VR auf das Werkstück 10 schlägt, so werden
dadurch entstehende Stoß-
und Vibrationsbelastungen von den elastischen Elemente 7 und 7' gedämpft und weitgehend
von der Transporteinrichtung 16 bzw. 16' und dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' entkoppelt,
so dass diese Antriebsvorrichtungen vor Überlastung geschützt werden.
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Sowohl
im starrgestellten als auch im flexiblen Zustand der Handhabungsgeräte 2 und 2' kann in der
dargestellten Ausführungsform
das Werkstück 10 vor
dem Auflegen auf das Gesenk 12 gedreht werden, insbesondere
um eine durch das Werkstück 10 verlaufende
Drehachse, beispielsweise seine Längsachse. Für eine solche Dreh- oder Schwenkbewegung
werden die Greifeinrichtungen 3 und 3' mit dem ergriffenen
Werkstück 10 um
den gewünschten Schwenkwinkel
im gleichen Umlaufsinn und mit der gleichen Dreh- oder Winkelgeschwindigkeit
geschwenkt. Dazu wird eine Drehbewegung einer Abtriebswelle eines
Antriebsmotors des Schwenkantriebs 8 bzw. 8' angeordneten,
ggf. über
ein Getriebe und über
einen Antriebsflansch und das flexible Element 7 bzw. 7' und über einen
Verbindungsflansch wiederum auf das Zwischenteil 6 bzw. 6' übertragen und
von dort auf die Trägerwelle 4 bzw. 4' und schließlich die
Greifeinrichtung 3 bzw. 3'. Solche Schwenkbewegungen treten
beispielsweise beim Biegen eines Werkstücks in einem ersten Schmiedevorgang
oder Schmiedeschritt und beim anschließenden Flachformen oder Schmieden
auf. Die Drehbarkeit der Greifeinrichtungen 3 und 3' kann entfallen,
falls eine Drehung nicht erwünscht
ist.
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3 zeigt
nun, ausgehend von 2, die Situation kurz nach dem
Auftreffen des Schlagwerkzeuges 13 auf das Werkstück 10 und
die umliegenden Bereiche des Werkzeuges 12. Das Schlagwerkzeug 13 ist
durch den Rückstoß sowie
ggf. durch einen Antrieb wieder in einer vom Werkzeug 12 weggerichteten
Aufwärtsbewegung
in einer Rückwärtsrichtung
RR.
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Es
wird nun das Werkstück 10 von
dem Werkzeug 12 um einen Abstand d angehoben oder gelüftet. Diese
Anheb- oder Lüftbewegung
der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' und des von
ihnen gehaltenen Werkstückes 10 folgt
somit dem nach dem Umformschlag sich nach oben bewegenden Schlagwerkzeug 13 richtungsgleich
mit der Rückwärtsrichtung
RR. Die Handhabungsgeräte 2 und 2' können dabei
in der flexiblen Stellung bleiben, wie in 3 dargestellt,
oder auch vor der Abhebbewegung starr gestellt werden wie in 1.
Bei oder nach der Lüftbewegung
wird Zundermaterial aus dem unteren Werkzeug 12 mittels
eines, nicht dargestellten, Gebläses
ausgeblasen. Das Lüften
oder Abheben verkürzt
zudem die Berührzeit
des Werkstückes 10 mit
dem unteren Werkzeug 12.
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Nach
dem Abhebe- oder Lüftvorgang
kann nun entweder das Werkstück 10 erneut
auf das Gesenk 12 oder auf ein anderes Gesenk oder eine
andere Gravur des Gesenkes 12 aufgelegt werden und erneut
mit dem Schlagwerkzeug 13 oder einem anderen Schlagwerkzeug
umgeformt werden.
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Es
kann aber auch der Umformvorgang beendet werden und das Werkstück 10 aus
der in 3 dargestellten gelüfteten Stellung von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' aus dem Arbeitsbereich
der Umformmaschine zwischen den beiden Werkzeugen 12 und 13 herausbewegt
und zu einer Ablageeinrichtung transportiert werden. 4 zeigt eine
solche Handhabung des Werkstücks 10 nach dem
Umformen. Die Bewegungsbahnen oder Trajektorien der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' sind mit S
und S' bezeichnet,
die Bewegungsrichtungen mit Pfeilen gekennzeichnet.
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Die
beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' werden gemäß 4 jeweils
zu einem Abhebezeitpunkt t1 aus einer Ausgangsstellung S(t1) und
S'(t1) gestartet,
bei der sie das Werkstück 10,
mit den Greifeinrichtungen 3 und 3' an dem jeweiligen Ende 10A bzw. 10B greifend,
auf dem Gesenk 12 der Umformmaschine aufliegend festhalten.
Nun bewegen sich beide Handhabungsgeräte 2 und 2' zunächst nach oben,
so dass das Werkstück 10 von
der Oberfläche 22 des
Gesenks 12 abgehoben wird. Der oberste Punkt dieser Abhebebewegung
zu einem Zeitpunkt tk > t1
ist mit S(tk) bzw. S'(tk)
bezeichnet.
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Im
Anschluss an die Abhebebewegung transportieren die Handhabungsgeräte 2 und 2' nun das Werkstück 10 entlang
der im dargestellten Beispiel nun horizontal verlaufenden Trajektorien
S und S' weiter
und legen schließlich
zu einem Ablegzeitpunkt tn bei den Positionen S(tn) und S'(tn) das Werkstück 10 auf
einer Ablegeeinrichtung 42 ab, die beispielsweise ein Förderband
zum Abtransport der fertig geschmiedeten Werkstücks 10 umfasst. Die beiden
Trajektorien S und S' der
Handhabungsgeräte 2 und 2' verlaufen im
Allgemeinen parallel zueinander und die Handhabungsgeräte 2 und 2' werden synchron
zueinander bewegt. Dadurch wird das Werkstück 10 im Wesentlichen
nur translatorisch und nicht rotatorisch bewegt. Zu einem beliebigen
Zeitpunkt tj ist also der Differenzvektor Δ = S'(tj) – S(tj) immer gleich.
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Gemäß der Erfindung
wird die Abhebebewegung des Werkstücks 10 mit den Handhabungsgeräten 2 und 2' gemäß den 2 bis 4 abhängig von
der Lage oder der Position des Schlagwerkzeugs 13 eingeleitet
oder gestartet. Die Po sition des Schlagwerkzeugs 13 entspricht
gleichzeitig der Relativposition der beiden Werkzeuge 12 und 13 zueinander,
da das Gesenk 12 ortsfest ist. Das Schlagwerkzeug 13 bewegt
sich bei seiner Schlagbewegung und Rückholbewegung, die auch als
Hub bezeichnet wird, linear zwischen einem oberen Endpunkt x0, der auch
als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird, und einem unteren Endpunkt
xE, der auch als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird.
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An
einer vorgegebenen Referenzposition xR mit x0 < xR < xE
ist ein Positionssensor 25 angeordnet, der ein Positionssignal
P an seinem Ausgang bereitstellt. Das Positionssignal P ist ein
Maß dafür, ob und
wann das Schlagwerkzeug 13 die Referenzposition xR erreicht,
und entspricht dann einem Referenzpositionssignal PR.
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Der
Positionssensor 25 kann als eine Art Positionsschalter
ausgebildet sein, der zwei Werte oder Zustände einnimmt, nämlich einen
Wert oder Zustand, wenn die Position x des Schlagwerkzeugs 13 nicht
der Referenzposition xR entspricht, und einen zweiten Wert oder
Zustand, nämlich
einen Referenzpositionswert oder Referenzpositionszustand PR, wenn
x gleich xR ist. Dazu wird in der Regel ein berührungsloser Positionssensor
oder Positionsschalter verwendet, der auf eine lokal begrenzte Auslösstelle
am Schlagwerkzeug 13 reagiert, beispielsweise ein magnetischer
Positionssensor, der auf eine Markierung aus magnetischem Material
am Schlagwerkzeug 13 anspricht.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann der Positionssensor 25 auch die Position x des Schlagwerkzeugs 13 über die
gesamte Wegstrecke von x0 bis xE und zurück kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich
in einzelnen Messpunkten xi erfassen und bestimmen. Das Positionssignal
P ist dann eine injektive oder bijektive Funktion der Position x
oder xi mit P(xR) = PR. Dazu kann beispielsweise an dem Schlagwerkzeug 13 ein
sich parallel zur Wegstrecke oder Koordinatenrichtung x erstreckender
Streifen oder eine ähnlich
ausgebildete Markierung vorgesehen sein, die eine inkrementale Positionserfassung durch
ein sich in kleinen Inkrementen oder Schritten veränderndes
Muster ermöglicht.
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Die
genannten Positionserfassungssysteme sind an sich bekannt und bedürfen deshalb
keiner näheren
Erläuterungen.
Der Positionssensor 25 kann insbesondere ein optischer,
induktiver oder Magnetfeld-Sensor sein.
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Das
Positionssignal P des Positionssensors 25 wird einer Kontrolleinrichtung 43 zugeführt. Die Kontrolleinrichtung 43 entscheidet
anhand des Positionssignals P, ob sie und wann sie eine Abhebebewegung
der Handhabungsgeräte 2 und 2' einleitet. Dazu
steht die Kontrolleinrichtung 43 mit den Handhabungsgeräten 2 und 2' in Wirkverbindung
und steuert die Handhabungsgeräte 2 und 2' mittels zugehöriger Steuersignale
C und C'. Sobald
das Schlagwerkzeug 13 in der Abwärtsbewegung, also in Richtung
der Vorwärtsrichtung
VR die Refexenzposition xR erreicht, sendet der Positionssensor 25 ein entsprechendes
Referenzpositionssignal P = PR an die Kontrolleinrichtung 43.
Die Kontrolleinrichtung 43 übernimmt den Zeitpunkt des
Eingangs des Referenzpositionssignals PR als Auslösezeitpunkt
tR, zu dem eine Abheberoutine in der Kontrolleinrichtung 43 initiiert
wird. Gemäß einem
in der Kontrolleinrichtung 43 gespeicherten Algorhithmus
oder Berchnungsverfahren wird nun ein Startzeitpunkt ermittelt,
zu dem die Startsignale C und C' an
die Handhabungsgeräte 2 und 2' gesendet werden.
Nach Erhalt der synchronen Startsignale C und C' durch die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' werden die
Antriebssysteme der Handhabungsgeräte 2 und 2', insbesondere
die Transporteinrichtungen 16 und 16', so angesteuert, dass
zu einem Abhebezeitpunkt t1 gemäß 4 die Abhebebewegung
des Werkstücks 10 beginnt
und sich die Handhabungsgeräte 2 und 2' entlang ihrer Trajektorien
S und S' nach oben
bewegen.
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Der
Abhebezeitpunkt t1 liegt um eine systembedingte Reaktionszeit und
um die Signallaufzeiten der Startsignale C und C' sowie die Signalverarbeitungszeiten
in den Handhabungsgeräten 2 und 2' später als
der Startzeitpunkt in der Kontrolleinrichtung 43 und um
eine weitere Zeitdifferenz, die durch die Rechenzeiten in der Kontrolleinrichtung 43 sowie die
Signallaufzeiten für
das Positionssignal P bestimmt ist, später als der Zeitpunkt, zu dem
das Schlagwerkzeug 13 die Referenzposition xR erreicht hatte.
Da diese Verzögerungszeiten
im System vorab bestimmt werden können oder innerhalb vorab bestimmter
Grenzen liegen, kann der Abhebezeitpunkt t1 sehr nahe am Umkehrzeitpunkt
des Schlagwerkzeugs 13, zu dem das Schlagwerkzeug 13 seine Richtung
von der Vorwärtsrichtung
VR in die Rückwärtsrichtung
RR umkehrt, gewählt
werden. Diese Einleitung der Abhebebewegung der Handhabungsgeräte 2 und 2' im Moment des
Umsteuerns oder kurz danach bedeutet eine kurze Werkzeugberührzeit,
was wiederum die Werkzeugstandzeit und die Produktivität erhöht. Die
auftretenden Verzögerungszeiten
durch die Signalübertragungszeiten
und Rechnerzeiten werden durch das Starten der Handhabungsgeräte 2 und 2' während der
Abwärtsbewegung
des Schlagwerkzeugs 13 kompensiert.
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Zum
Bestimmen des Startzeitpunktes, zu dem die Startsignale C und C' von der Kontrolleinrichtung 43 an
die Handhabungsgeräte 2 und 2' gesendet werden,
wird vorzugsweise in der Kontrolleinrichtung 43 eine Verzögerungszeit
ablaufen gelassen nach Erhalt des Referenzpositionssignals PR des Positionssensor 25,
beispielsweise mittels eines digitalen Zählers oder einer eingebauten
Uhr. Nach Ablauf der Verzögerungszeit
wird das Startsignal C bzw. C' gesendet.
Einer jeden eingestellten Umformenergie der Umformmaschine wird
eine zugehörige
Verzögerungszeit
zugeordnet. Dieser Zusammenhang zwischen eingestellter Umformenergie
und Verzögerungszeit
kann mit Hilfe einer mathematischen Funktion oder einer Wertetabelle
in der Kontrolleinrichtung 43 hergestellt werden.
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Beim
Einsatz eines kontinuierlichen Positionserfassungssystems, bei dem
die Position x zwischen x0 und xE an jedem Punkt bekannt ist, kann auch
für jede
eingestellte Umformenergie der Umformmaschine eine eigene Referenzposition
xR für das
Schlagwerkzeug 13 zugeordnet werden und somit ein individueller
Startpunkt für
die Handhabungsgeräte 2 und 2' zugeordnet
werden. Auch dieser Zusammenhang zwischen Referenzposition xR und Startpunkt
für das
Handhabungsgerät
kann mit Hilfe einer mathematischen Funktion oder eine Wertetabelle
in der Kontrolleinrichtung 43 hergestellt werden.
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Zusätzlich zur
Position x oder xi oder xR kann auch die Geschwindigkeit dx/dt des
Schlagwerkzeugs 13 in der Kontrolleinrichtung 43 errechnet werden,
beispielsweise durch numerische Differention anhand der erhaltenen
Werte xi oder x für
die Position des Schlagwerkzeugs 13. Dadurch ist es möglich, jeder
Geschwindigkeit einen eigenen Startpunkt für die Handha bungsgeräte 2 und 2' zuzuordnen. Auch
dieser Zusammenhang zwischen Startpunkt für die Handhabungsgeräte 2 und 2' und der Geschwindigkeit
des Schlagwerkzeugs 13 kann mit Hilfe einer mathematischen
Funktion oder einer Wertetabelle in der Kontrolleinrichtung 43 hergestellt
werden.
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In
einer typischen Betriebsweise einer Umformvorrichtung gemäß der Erfindung
wird an der Umformmaschine beispielsweise mit zwei unterschiedlichen
Umformenergien gearbeitet. Aus jeder der beiden einstellbaren Umformenergien
ergibt sich abhängig
von der mathematischen Funktion oder der Wertetabelle mit Hilfe
der Kontrolleinrichtung 43 ein Startzeitpunkt für die Handhabungsgeräte 2 und 2'. Bei einem
Positionserfassungssystem in der Umformmaschine wird in der Kontrolleinrichtung 43 der Sollwert
als errechneter Startpunkt mit dem Istwert oder Istposition des
Schlagwerkzeugs 13 verglichen. Aus dem Vergleich von Ist-
und Sollwert bildet die Kontrolleinrichtung 43 bei Erreichen
des Sollwertes das Startsignal C bzw. C' für
die Handhabungsgeräte 2 und 2'.
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Die
Werkzeuge 12 und 13 sind in der Regel formgebende
Werkzeuge, sogenannte Gesenke mit entsprechend der gewünschten
Form des Werkstückes
angepassten Gravuren. Die Handhabungsgeräte 2 und 2' halten im Allgemeinen
das Werkstück 10 während des
gesamten Schmiedezyklus und führen alle
für den
Schmiedeprozess notwendigen Handhabungsbewegungen gemeinsam und
synchron aus. Das gemeinsame und synchrone Fahren der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' wird über eine
elektrische Kopplung zwischen den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' erreicht, wobei
die Kopplung über den
Master-Slave-Betrieb von elektrischen Antrieben oder aber durch
das gleichzeitige Starten von unabhängig arbeitenden Antrieben
erreicht wird. Die Bewegungen der Handhabungsgeräte 2 und 2' und somit die
Handhabungsbewegungen für
das Werkstück 10 werden
in der Regel in an sich bekannter Weise vorab eingelernt.
-
Die
Kontrolleinrichtung 43 kann zusätzlich den kompletten Signalaustausch
durchführen.
In der Regel arbeitet die Kontrolleinrichtung mit Hilfe wenigstens
eines digitalen Prozessors, insbesondere eines Mikroprozessors oder
einer digitalen Signalprozessors, und entsprechender Speicher, in
denen die Ablaufprogramme, Steueralgorithmen und Daten für die Bewegungen
ge speichert sind. Für
einen Master-Slave-Betrieb sind an sich bekannte Master-Slave-Steuereinheiten
verwendbar. Bei unabhängig
arbeitenden Antrieben sind gleiche Wegstrecken und Geschwindigkeiten
sowie Fehlerrückmeldungen
und Fehlerreaktionen zwischen den unabhängigen Antrieben vorgesehen,
um einen exakten und im Fehlerfall sicheren Betrieb zu gewährleisten.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Handhaben eines Werkstücks während eines Schmiedevorganges.
Diese Vorrichtung umfasst wieder zwei Handhabungsgeräte 2 und 2' mit jeweiligen
Greifeinrichtungen 3 und 3', die schematisiert als Industrieroboter
dargestellt sind. Die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' nehmen ein Werkstück 10 von
einer Bereitstellungseinrichtung 41, beispielsweise einem
Zuführtransportband
oder einer anderen automatisierten Zuführeinrichtung auf und setzen
das Werkstück
in eine erste Gravur 17 eines Werkzeuges 12 einer
schlagenden Gesenk-Umformmaschine. Das Gegenwerkzeug oder Schlagwerkzeug
dieser Gesenk-Umformmaschine ist nicht dargestellt und würde sich
in der dargestellten Draufsicht oberhalb der Zeichenebene befinden.
Während oder
am Ende der Handhabungsbewegung oder Umsetzbewegung von der Bereitstellungseinrichtung 41 in
die erste Gravur 17 des Werkzeuges 12 wird das Schlagwerkzeug
der Umformmaschine ausgelöst. Nach
der Schlagauslösung
wird ein neuer Ablauf für die
weitere Handhabung des Werkstückes 10 um
einem Zeitpunkt während
oder am Ende der Schlagbewegung des Schlagwerkzeuges eingeleitet.
Zunächst
wird bis zum Auftreffen und während
des Auftreffens des Schlagwerkzeuges das Werkstück 10 in seiner Umformlage
auf der Gravur 17 von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' fixiert und
an beiden Enden festgehalten. Nach dem Auftreffen und Lösen des
Schlagwerkzeuges vom Werkstück 10 wird
das Werkstück 10 von
den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' gemäß der hinterlegten
weiteren Handhabungsroutine gemeinsam und synchron gehandhabt. Zunächst wird
das Werkstück 10 gelüftet, wie
anhand von 3 bereits erläutert, und
anschließend
entweder nochmals in der ersten Gravur 17 bearbeitet oder gleich
in die zweite Gravur 18 des Werkzeuges 12 umgesetzt.
Nach der Umsetzung des Werkstückes 10 in
die zweite Gravur 18 erfolgt wieder ein Umformschritt mit
Auslösung
der. Nach der Schlagauslösung wird
wieder die weitere gemeinsame synchrone Handhabung des Werkstückes 10 zu
einem einstellbaren Zeitpunkt während
oder am Ende der Schlagbewegung eingeleitet. Es kann nun wieder
gemeinsam und synchron das Werkstück von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' gelüftet werden
in der zweiten Gravur 18 und ggf. wieder in die Gravur 18 zu
einer nochmaligen Bearbeitung eingelegt werden oder das Werkstück 10 kann
gleich in die Ablageeinrichtung 42 für das fertig umgeformte Werkstück 10 umgesetzt
werden.
-
Für die Handhabungsgeräte
2 und
2' können neben
den anhand der
1 bis
5 beschriebenen
Ausführungsformen
auch andere Manipulatoren oder Industrieroboter verwendet werden,
beispielsweise auch die eingangs genannten Handhabungsgeräte gemäß
DE 42 20 796 A1 oder
DE 100 60 709 A1 .
Neben den beschriebenen Handhabungsbewegungen können zusätzlich oder alternativ auch
weitere Handhabungsbewegungen durch die Handhabungsgeräte
2 und
2' mit oder ohne
Werkstück
10 vorgesehen
sein. Der Abstand der Greifeinrichtungen, beispielsweise der Abstandsvektor Δ in
4, ist
in der Regel abhängig
von der Länge
oder entlang dieses Abstandes gemessenen Abmessung des Werkstückes und
bleibt während
der synchronen gemeinsamen Handhabung in der Regel konstant. Es kann
aber auch eine Volumen- oder Gestaltsänderung des Werkstückes nach
dem Umformprozess, insbesondere eine Längung des Werkstückes, berücksichtigt
werden, indem die Handhabungsgeräte
2 und
2' ihre Angriffspunkte
am Werkstück
verändern,
bei einer Längung
des Werkstückes
beispielsweise weiter außen
greifen. Ferner können
die Bewegungstrajektorien der beiden Handhabungsgeräte auch
in einander angepasster Weise voneinander abweichen, beispielsweise
in einen Offset oder eine Korrektur aufweisen, beispielsweise wenn
die Werkstücke
unterschiedliche Grate oder andere unterschiedliche Gestalt an den
Angriffsbereichen aufweisen. Eine Fehlerkommunikation über die
Kontrolleinrichtung
43 erlaubt es, bei einer unzulässigen Abweichung
eines der Handhabungsgeräte
von der vorgeschriebenen Trajektorie zu einem bestimmten Zeitpunkt
den Prozess zu unterbrechen, insbesondere die Handhabungsgeräte zu stoppen.
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- 2,
2'
- Handhabungsgerät
- 3,
3'
- Greifeinrichtung
- 4,
4'
- Trägerwelle
- 5,
5'
- Stützeinrichtung
- 6,
6'
- Lagerteil
- 7,
7'
- flexibles
Element
- 8,
8'
- Rotationsantrieb
- 9,
9'
- Gelenk
- 10,
10'
- Werkstück
- 11,
11'
- Betätigungsvorrichtung
- 12
- Gelenk
- 13
- Schlagwerkzeug
- 14,
14'
- Schwenklager
- 16,
16'
- Transporteinrichtung
- 17,
18
- Gravur
- 30,
31, 30', 31'
- Greifbacke
- 32,
33, 32', 33'
- Greifhebel
- 34,
34'
- Schwenklager
- 35,
35'
- Angreiflager
- 41
- Bereitstellungseinrichtung
- 42
- Ablageeinrichtung
- 43
- Kontrolleinrichtung
- 50,
50'
- Stützteil
- 51,
52, 51', 52'
- Befestigungsteil
- 53,
53'
- Verbindungsstange
- M,
M'
- vordere
Achse
- N,
N'
- hintere
Achse
- A
- Schlagrichtung
- B,
C
- Achse
- D,
E
- Schwenkachse
- F
- Schwenkachse
- G
- Schwerkraft
- R
- Rotationsachse