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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung und insbesondere auf eine Steuerungsvorrichtung für ein Schraubenfeder-Biegewerkzeug und ein Steuerungsverfahren davon.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Die Vorrichtung zum Steuern eines Außendurchmessers einer Schraubenfeder in einer herkömmlichen Schraubenfederformmaschine hat Mängel, insofern als mit hohen Kosten und unter Schwierigkeiten beim Betrieb produziert wird. Zum Beispiel verwenden die meisten fortgeschrittenen Länder, wie US oder Europa, normalerweise mehrachs-numerische Steuerungsmotoren, um eine automatische Maschine zu steuern. Japan verwendet anderseits zwei numerische Steuerungsmotoren, um jedes Schraubenfeder-Biegewerkzeug der herkömmlichen Schraubenfeder-Formmaschine zu steuern. Da wenigstens vier numerische Steuerungsmotoren verwendet werden, wird daher eine absolute Koordinate bei der herkömmlichen Schraubenfederformmaschine angewendet.
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Die absolute Koordinate wird eingesetzt, um Orte von jedem Schraubenfeder-Biegewerkzeug zu erhalten, indem trigonometrische Funktionen von einem absoluten Ursprungspunkt berechnet werden. Die komplexe Berechnung erfordert einen High-End-Computer, um diese zu absolvieren und ferner mittels verschiedener Getriebevorrichtungen durchzuführen. Insbesondere für die Herstellung einer Schraubenfeder mit mehreren Durchmessern wie Sanduhr-, Oliven- oder Kegelform muss der numerische Steuerungsmotor manchmal auf den High-End-Computer warten, um die komplexe Berechnung abzuschließen, was zu einem Kostenanstieg führt und die Automatisierung einer kleinen Schraubenfederformmaschine verhindert.
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Um die Mängel zu überwinden, stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für das Schraubenfeder-Biegewerkzeug bereit, um die vorgenannten Probleme zu mildern oder zu vermeiden.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um eine komplexe Berechnung der herkömmlichen Schraubenfeder-Formmaschine bei der Ausbildung von Schraubenfedern mit mehreren Durchmessern zu vermeiden, stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für ein Schraubenfeder-Biegewerkzeug bereit, umfassend:
wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge zum Biegen eines Federdrahtes;
wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen, die mit den mindestens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen verbunden sind und auf einer Montageplattform montiert sind;
eine Hebevorrichtung zum Steuern einer Höhenverschiebung der Montageplattform; wobei
die Steuerungsvorrichtung die Verschiebungen der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge steuert;
die Verschiebungen der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge entsprechend einem Radius einer Schraubenfeder eingestellt werden, die Verschiebungen der mindestens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge proportional zum Radius der Schraubenfeder sind;
ein Mittelpunkt der Schraubenfeder ein virtueller Referenzpunkt ist;
der Höhenersatz die Montageplattform ist, die von der Steuerungsvorrichtung von dem virtuellen Referenzpunkt gemäß dem Radius der Schraubenfeder bewegt wird; und
der Höhenersatz proportional zum Radius der Schraubenfeder ist.
Gemäß den oben erwähnten Merkmalen hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.
- 1. Die herkömmliche Schraubenfeder-Formmaschine wird mit einem absoluten Ursprungspunkt und einer absoluten Koordinate betrieben, die zu einem komplexen Berechnungsprozess führt. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, das Problem der herkömmlichen Schraubenfeder-Formmaschine zu lösen, indem der virtuelle Referenzpunkt und die relative Koordinate für einen einfacheren Berechnungsprozess verwendet werden. Die vorliegende Erfindung wird ausgeführt, indem die Kontrolle der Verschiebung der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge entsprechend dem Radius der Schraubenfeder angepasst wird, was zu einer einfacheren und eindimensionalen Berechnung führt.
- 2. Da das Steuerungsverfahren der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 vereinfacht ist, kann die vorliegende Erfindung durch das Betreiben mehrerer Steuerungsvorrichtungen mit einem Motor durch eine Kraftübertragungseinheit wie einen Riemensatz, einen Zahnradsatz oder einen Kettensatz die Kosten reduzieren.
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Andere Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Diagramm einer Steuerungsvorrichtung für ein Schraubenfeder-Biegewerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Bewegungen eines Biegewerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist ein schematisches Diagramm von Bewegungen einer Steuerungsvorrichtung für das Schraubenfeder-Biegewerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schraubenfeder-Biegewerkzeug
- 20
- Steuerungsvorrichtung
- 30
- Hebevorrichtung
- 40
- Montageplattform
- 50
- Motor
- 60
- Schneideinheit
- 61
- Schneidmesser
- 62
- Schneidebrett
- 70
- Drahtzuführeinheit
- 80
- Federdraht
- A
- Anfangspunkt
- P0
- Ursprungspunkt der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
- P1,
- P2 Berührungspunkte der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 mit den Oberflächen der Schraubenfeder
- P3
- Koordinate des Mittelpunktes der Schraubenfeder
- R
- Abstand zwischen A mit P1, P2
- R, r
- Radius der Schraubenfeder
- Z1, Z2
- Verschiebung
- Z3
- Höhenversatz
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Mit Verweis auf 1 und 2 umfasst eine Steuerungsvorrichtung für das Schraubenfeder-Biegewerkzeug der vorliegenden Erfindung eine Drahtzuführeinheit 70, eine Schneideinheit 60, wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10, wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20, eine Hebevorrichtung 30, eine Montageplattform 40 und einen Motor 50.
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Die Drahtzuführeinheit 70 umfasst zwei feststehende Rollen 71, die einen Federdraht 80 herausziehen und den Federdraht 80 zu den nahe gelegenen, wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen 10 führen. Die wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 stellen eine Biegekraft bereit, um den Federdraht 80 in eine Schraubenfeder zu biegen. Der durch die vorliegende Erfindung hergestellte Radius der Schraubenfeder wird durch Abstände zwischen den wenigstens zwei Biegewerkzeugen 10 mit einem virtuellen Bezugspunkt gesteuert. Der virtuelle Referenzpunkt ist ein Mittelpunkt der Schraubenfeder. Der Mittelpunkt der Schraubenfeder ist ein Schnittpunkt zwischen Hypothesenverlängerungslinien, die sich von den Berührungspunkten der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 erstrecken. Wenn der Abstand zwischen den mindestens zwei Biegewerkzeugen 10 und dem virtuellen Bezugspunkt näher ist, wird der Radius der Schraubenfeder kleiner.
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Mit Verweis auf 1 wird nach dem Durchlaufen eines Anfangspunktes der Federdraht 80 zuerst durch das Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 gebogen, das unter der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Der Federdraht 80 wird dann an das oben angeordnete Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 weitergeleitet, um erneut gebogen zu werden, um die Schraubenfeder auszubilden. Die Schraubenfeder wird dann durch die Schneideinheit 60 entsprechend einer freien Höhe der Schraubenfeder geschnitten. Die Schneideinheit 60 umfasst ein Schneidmesser 61 und eine Schneidplatte 62. Das Schneidmesser 61 schneidet die Schraubenfeder auf der Schneidplatte 62, wobei die Schraubenfeder daran befestigt ist.
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Jedes Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 ist jeweils mit jeder Steuerungsvorrichtung 20 verbunden. Die wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 steuern den Abstand zwischen den mindestens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen 10 und dem virtuellen Bezugspunkt, um die Schraubenfeder mit unterschiedlichem Radius auszubilden. Die wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 sind auf der Montageplattform 40 montiert. Eine Spitze des Schraubenfeder-Biegewerkzeugs 10 wird kontinuierlich mit einer Außenfläche der Schraubenfeder in Kontakt gebracht. Der Abstand zwischen der Spitze des Schraubenfeder-Biegewerkzeugs 10 und dem virtuellen Bezugspunkt wird in gleichem Abstand gehalten, so dass eine Verschiebung der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 gleich bleibt, während sich der Radius der Schraubenfeder ändert. Die oben erwähnte Verschiebung ist ein erweiterter oder ein zurückgesetzter Abstand der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10, wenn der Radius der Schraubenfeder geändert wird. Darüber hinaus ist nach einer mechanischen Toleranz bzw. Anforderungen bei der tatsächlichen Verwendung die Verschiebung der mindestens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 proportional zum Radius der Schraubenfeder. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung 20 ein Schraubensatz, einen Nockensatz, einen Zahnradsatz oder eine Kombination davon sein, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
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Wenn drei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann das dritte Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 zwischen dem ersten und dem zweiten Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 angeordnet sein. Das dritte Schraubenfeder-Biegewerkzeug 10 kann zusätzliche Biegekraft zur Verfügung stellen und eine Distorsion der Schraubenfeder verhindern, die von einem perfekten Kreis, entsprechend der Materialeigenschaft oder Radius des Federdrahtes 80, entfernt ist.
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Die Hebevorrichtung 30 ist mit der Montageplattform 40 verbunden, um eine Höhenverschiebung der Montageplattform 40 einzustellen. Die Höhenverschiebung ist ein Abstand zwischen der Montageplattform 40 und dem Boden. Der virtuelle Referenzpunkt wird sich entsprechend der Verschiebung der Montageplattform 40 einstellen. Die Steuerungsvorrichtung 20 steuert die Höhenverschiebung der Montageplattform 40 in Bezug auf einen absoluten Punkt der vorliegenden Erfindung.
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Mit Verweis auf 3 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart. Die Höhe zwischen dem virtuellen Referenzpunkt und dem Boden ändert sich entsprechend dem Radius der Schraubenfeder, wenn der Anfangspunkt A festgelegt wurde. Beispielsweise wird die Höhe des virtuellen Referenzpunktes vertikal angehoben, wenn der Radius der Schraubenfeder zunimmt. Wenn die Höhe des virtuellen Referenzpunktes angehoben wird, hebt die Hebevorrichtung 30 auch die Montageplattform 40 entsprechend vertikal an. In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung 20 ein Schraubensatz, einen Nockensatz, einen Zahnradsatz oder eine Kombination davon sein, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
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Der Motor 50 stellt den wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 und der Hebevorrichtung 30 elektrische Energie zur Verfügung. Die elektrische Energie kann den Steuerungsvorrichtungen 20 und der Hebevorrichtung 30 einzeln durch mehrere Motoren 50 bereitgestellt werden, wenn sie auf eine Großmaschine angewendet werden. Der Motor 50 kann ein Schrittmotor oder Servomotor sein, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Der Motor 50 kann mechanische Leistung an die Steuerungsvorrichtungen 20 und die Hebevorrichtung 30 durch eine Kraftübertragungseinheit, wie einen Satz von einem Riemen, einem Zahnrad, einer Kette, einer Verbindungsstange oder einer Kombination davon ausgeben.
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Um den gesamten Aufbau der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen und die Verwendung des Motors 50 oder seiner relevanten Kraftübertragungseinheit zu verringern, können der Motor 50, die wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 und die Hebevorrichtung 30 wie gewünscht verbunden sein. Beispielsweise kann der Motor 50 die Steuerungsvorrichtung 20 und die Hebevorrichtung 30 jeweils durch die Kraftübertragungseinheit aktivieren, da die Steuerungsvorrichtung 20 und die Hebevorrichtung 30 separat arbeiten.
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Der Motor 50 kann auch die wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 und die Hebevorrichtung 30 gemäß der folgenden Beispiele aktivieren.
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Der Motor 50 kann den wenigstens zwei Steuerungsvorrichtungen 20 durch die Kraftübertragungseinheit Energie zur Verfügung stellen, wenn eine der Steuerungsvorrichtungen 20 mit der Hebevorrichtung 30 verbunden und synchronisiert ist.
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Der Motor 50 kann der Hebevorrichtung 30 durch die Kraftübertragungseinheit Energie zur Verfügung stellen, wenn die Hebevorrichtung 30 mit einer Getriebewelle des Motors 50 verbunden ist und mit den Steuerungsvorrichtungen 20 synchronisiert ist.
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Der Motor 50 kann den Steuerungsvorrichtungen 20 Energie zur Verfügung stellen, die nicht mit der Hebevorrichtung 30 über die Kraftübertragungseinheit verbunden sind, wenn die Steuerungsvorrichtungen 20 mit der Hebevorrichtung 30 verbunden und synchronisiert sind und ferner mit dem Motor 50 verbunden sind.
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Darüber hinaus können die Steuerungsvorrichtungen 20 und die Hebevorrichtung 30 jeweils durch mehrere Motoren 50 aktiviert werden.
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Die Verschiebung der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 und die Höhenverschiebung der Montageplattform 40 sind proportional zum Radius der Schraubenfeder.
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Mit Verweis auf 1 ist der Anfangspunkt A als Ursprungspunkt P0 mit Koordinate (X0 = 0, Y0 = 0) definiert. Der Radius der Schraubenfeder ist definiert als R. Berührungspunkte von wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen 10 mit den Flächen der Schraubenfeder sind definiert als P1 und P2. Die Verschiebungen der mindestens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 sind definiert als Z1 und Z2. Die Höhenverschiebung der Montageplattform 40 ist definiert als Z3. Der Winkel zwischen den wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen 10 mit einer virtuellen horizontalen Ebene, die sich von dem virtuellen Referenzpunkt erstreckt, ist definiert als θ. Der Winkel zwischen den wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeugen 10 mit einer virtuellen horizontalen Ebene, die sich von dem virtuellen Referenzpunkt erstreckt, ist definiert als ψ. Der Abstand zwischen P1, P2 und dem virtuellen Referenzpunkt entspricht dem Radius R. Die Koordinate von P3 ist X3 = 0 und Y3 = R. Mit Verweis auf 2 und 3, wenn R in den kleineren Radius r abfällt, wird der Radius der Schraubenfeder, Abstände zwischen P1, P2 und dem virtuellen Referenzpunkt Z1, Z2 und Z3 zu R minus r (R – r). Die Steuerungsvorrichtung 20 wird auch die wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 einstellen, um die Winkel θ und ψ konstant aufrechtzuerhalten. Mittlerweile wird die Koordinate von P3 (X3 = 0, Y3 = R – r). Darüber hinaus ist die Addition von θ und ψ (θ + ψ) kleiner als 180 Grad, bevorzugt zwischen 90 ° und 150 °. Das durch die vorliegende Erfindung offenbarte Steuerungsverfahren wird nicht beeinflusst, auch wenn die Winkel von θ und ψ ungleich sein können.
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Weiterhin kann der Motor 50 mit einem Steuerungsmodul verbunden sein. Das Steuerungsmodul kann die Leistungsabgabe des Motors 50 an die Steuerungsvorrichtung 20 und die Hebevorrichtung 30 steuern. Zum Beispiel kann der Motor 50 durch das Steuerungsmodul gesteuert werden, um die Steuerungsvorrichtung 20 und die Hebevorrichtung 30 jeweils durch die Kraftübertragungseinheit zu aktivieren. Der Motor 50 kann auch durch das Steuerungsmodul gesteuert werden, um die Steuerungsvorrichtung 20 und die Hebevorrichtung 30 durch die Kraftübertragungseinheit zu aktivieren, wobei nur die Steuerungsvorrichtung 20 oder die Hebevorrichtung mit dem Motor 50 verbunden ist.
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Zur Lösung von Größendistorsionsproblemen der Schraubenfeder, die von der Eigenspannung bei einer Biegung des Federdrahtes 80 kommen, kann das Steuerungsmodul mit einem Prüfmodul mit Prüf- und Korrekturschritten verbunden werden:
Schritt 1. Vergleich der Größe der Schraubenfeder mit einer Standard-Schraubenfeder, um einen Differenzwert zu erhalten. Der Differenzwert kann durch Zurückspringen des Federdrahts 80, während er gebogen wird oder aufgrund eines Standortfehlers der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 verursacht werden.
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Die Größe der Schraubenfeder kann durch ein Bildmessverfahren oder ein optisches Messverfahren gemessen werden. Das Bildmessverfahren kann durch Filmen der Schraubenfeder und Berechnen des Differenzwerts mit der Standardschraubenfeder erreicht werden. Das optische Messverfahren kann durchgeführt werden, indem ein Lichtstrahl auf die Schraubenfeder projiziert wird und die Reflexionszeit und der Winkel des Lichtstrahls berechnet werden, um die Größe der Schraubenfeder zu erhalten.
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Schritt 2. Ausgeben eines Korrektursignals an das Steuerungsmodul durch das Prüfmodul gemäß der Differenz oder der Größe, die mit Schritt 1 gemessen wurde. Das Steuerungsmodul steuert die Verschiebung der wenigstens zwei Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 und die Höhenverschiebung der Montageplattform 40 gemäß dem Korrektursignal, um den Differenzwert zu eliminieren.
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Schritt 3. Erneute Messung des Differenzwerts der reproduzierten Schraubenfeder und Wiederholen der Schritte 1 und 2, bis der Differenzwert auf einen Toleranzwert eliminiert wurde.
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Zum Beispiel wurde der Durchmesser der Schraubenfeder auf 5cm voreingestellt. Der Durchmesser des fertigen Produkts der Schraubenfeder betrug 5,2 cm aufgrund der Materialeigenschaft des Federdrahtes 80. Der Differenzwert 0,2 cm wurde dann nach Schritt 1 gemessen. Das Steuerungsmodul stellt dann den Abstand zwischen P1, P2 und der virtuellen Referenz B bei 2,4 cm ein und R wird entsprechend dem Differenzwert 0,2cm zu 4,8cm. Der Differenzwert 0,2 cm, der aus der Materialeigenschaft des Federdrahts 80 stammt, wird durch Verringern des Radius der Schraubenfeder R beseitigt. Nach dem erneuten Messen des Radius der reproduzierten Schraubenfeder nach Schritt 1 und Schritt 2 wird die Koordinate von P1 und P2 bestätigt, falls der Differenzwert auf den Toleranzwert eliminiert wird. Falls der Differenzwert noch über dem Toleranzwert liegt, werden Schritt 1 und Schritt 2 wiederholt, nachdem der Differenzwert auf den Toleranzwert eliminiert wurde.
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Eine Länge des Federdrahts 80, der aus der Drahtzuführanordnung 70 herausgezogen wird, wird durch einen Umfang der Schraubenfeder entsprechend der Änderung der Verschiebung der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 und des Radius der Schraubenfeder bestimmt.
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Das oben erwähnte Prüf- und Korrekturverfahren steuert immer die Länge des Federdrahtes 80, der aus der Drahtzuführeinheit 70 entsprechend dem voreingestellten Durchmesser der Schraubenfeder, mit Ausnahme des Differenzwertes, herausgezogen wird. In oben erwähnter Ausführungsform wird die Länge der Schraubenfeder, die aus der Drahtzuführeinheit 70 herausgezogen wird, durch den voreingestellten Durchmesser 5 cm der Schraubenfeder, mit Ausnahme des Differenzwertes 4,8 cm, bestimmt.
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Gemäß den oben erwähnten Merkmalen hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.
- 3. Die herkömmliche Schraubenfeder-Formmaschine wird mit einem absoluten Ursprungspunkt und einer absolute Koordinate betrieben, die zu einem komplexen Berechnungsprozess führt. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, das Problem der herkömmlichen Schraubenfeder-Formmaschine zu lösen, indem der virtuelle Referenzpunkt und die relative Koordinate für einen einfacheren Berechnungsprozess verwendet werden. Die vorliegende Erfindung wird betrieben, indem die Verschiebung der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 gesteuert wird, die entsprechend dem Radius der Schraubenfeder eingestellt wird, was zu einer einfacheren und eindimensionalen Berechnung führt.
- 4. Da das Steuerungsverfahren der Schraubenfeder-Biegewerkzeuge 10 vereinfacht ist, kann die vorliegende Erfindung durch das Betreiben mehrerer Steuerungsvorrichtungen 20 mit einem Motor 50 durch eine Kraftübertragungseinheit wie einen Riemensatz, einen Zahnradsatz oder einen Kettensatz die Kosten reduzieren.
