DE19518236C2 - Verfahren zur Gewinnung einer Sicherheitslinie für den Betrieb einer Drückmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Heutige Drückmaschinen sind, wie aus der Praxis bekannt ist, im allgemeinen mit elektronischen Steuereinheiten ausgestattet, die eine sogenannte "Teach-in/Playback"- Steuerung der Drückrollenbewegung sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten der Drückmaschine ermöglichen. Um in dem automatisch ablaufenden Playback-Betrieb der Drückmaschine eine Beschädigung des Drückfutters oder der Drückrolle oder sonstiger Teile der Drückmaschine zu verhindern, wird in der Steuereinheit eine Sicherheits­ linie gespeichert, die von der Drückrolle relativ zum Drückfutter nicht überschritten werden darf.

Ein Verfahren zur Gewinnung der Sicherheitslinie ist be­ kannt aus der DE-Z Bänder Bleche Rohre 1989, Nr. 8, Sei­ te 65 bis 71, Runge, Manfred: "Automatisches Drückpro­ gramm-Generieren als Alternative zum Playback-Steuern". Die hier beschriebene Steuerung besitzt unter anderem einen numerischen Werkzeugkollisionsschutz in Form einer unteren Sicherheitslinie, die der Drückfutterkontur ent­ spricht. Diese Sicherheitslinie wird in einer besonderen Betriebsart vom System erfaßt und gespeichert, indem die Drückwalze oder -rolle bei minimaler Krafteinstellung so gesteuert wird, daß sie das Drückfutter berührt und an der gesamten Kontur des Drückfutters entlanggleitet. Diese Konturlinie stellt beim Fertigen des Werkstücks eine rechnerische Barriere dar, die von der Drückwalze oder -rolle nicht unterschritten werden kann. Um die zu­ gehörige Drückmaschine in der beschriebenen besonderen Betriebsart zur Gewinnung der Sicherheitslinie betreiben zu können, ist es erforderlich, daß die Verstellung der Supporte oder zumindest des die Drückrolle tragenden Supports mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder- Einheit oder mehrerer entsprechender Einheiten erfolgt. Bei einer solchen Kolben-Zylinder-Einheit ist es ohne weiteres möglich, die Drückrolle zusammen mit dem Ober­ support durch eine von dem Drückfutter auf die Drückrol­ le ausgeübte Kraft zu verschieben, wobei dann Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Zylinder verdrängt und in einen un­ ter einem vorgebbaren Druck haltbaren Hydraulikflüssig­ keitsvorrat abgeführt wird.

Für bestimmte Einsatzzwecke, insbesondere für die Her­ stellung von Werkstücken mit besonders glatten Oberflä­ chen, z. B. Scheinwerferreflektoren, ist aber der Einsatz von Drückmaschinen mit einem Obersupport mit Kugelgewin­ detrieb an sich vorzuziehen, weil mit diesem eine exakte­ re Positionierung der Drückrolle möglich ist. Die Her­ stellung der erwähnten Werkstücke mit sehr glatter Ober­ fläche erfolgt in der Regel in einer Vielzahl von Umform­ schritten, in denen eine zunächst flache Ronde oder ein vorgefertigter Vorzug auf das Drückfutter umgelegt wird. Den Abschluß der Umformung bilden dann ein oder mehrere Glättüberläufe der Drückrolle über das Werkstück, wo­ durch dessen Oberfläche abschließend bearbeitet wird. Nachteilig kann aber das in der vorstehend zitierten Druckschrift beschriebene Verfahren zur Gewinnung der Sicherheitslinie mit einer Drückmaschine mit Kugelgewin­ detrieb in der Supportanordnung nicht ausgeführt werden. Der Grund dafür liegt darin, daß ein Kugelgewindetrieb nicht passiv in Rückwärtsrichtung verschoben werden kann, während gleichzeitig ein konstanter Kraftwert in Ausschubrichtung aufgebracht wird, da eine solche passi­ ve Rückbewegung aufgrund der mechanischen Konstruktion von Kugelgewindetrieben technisch unmöglich ist, insbe­ sondere wenn eine hohe mechanische Vorspannung einer einen Teil des Kugelgewindetriebes bildenden Muttern­ anordnung gewählt ist, die insbesondere bei hohen Umform­ kräften unabdingbar ist. Deshalb mußten bei Supporten mit Kugelgewindetrieb bisher entweder die Drückfutter­ konturen numerisch eingegeben oder mit Hilfe einer be­ sonderen Tasteinrichtung erfaßt werden. Beide Wege sind umständlich und zeitaufwendig und leiden zudem unter einer mangelnden Genauigkeit und einer mangelnden Über­ einstimmung mit den wirklich vorliegenden Verhältnissen, wenn tatsächlich die Drückrolle in Eingriff mit dem Werk­ stück steht.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit dem auch bei einer Drückmaschine, die zumindest im Obersupport, an dem die Drückrolle gehaltert ist, einen Kugelgewindetrieb ver­ wendet, die Gewinnung einer Sicherheitslinie, d. h. die Aufnahme der Drückfutterkontur unmittelbar mit Hilfe der Drückrolle möglich ist, wobei die Anwendbarkeit des Ver­ fahrens vom Verlauf der Kontur des Drückfutters unabhän­ gig sein soll.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 an­ gegebenen Verfahrensmerkmalen.

Erfindungswesentlich wird in dem Verfahren die Steuer­ einheit aktiv benutzt, um die Sicherheitslinie, d. h. die Drückfutterkontur, aufzunehmen. Die Gewinnung der Sicher­ heitslinie läuft dabei folgendermaßen ab:

In einem Grundzustand regelt die Steuereinheit den Dreh­ antrieb des Kugelgewindetriebes so, daß der Drehantrieb den Gewindetrieb mit einem leichten Drehmoment in Vor­ wärtsrichtung, d. h. Ausschubrichtung, beaufschlagt. So­ lange die Drückfutterkontur parallel zum Obersupport ver­ läuft oder sich von diesem entfernt, sorgt das vorhande­ ne Drehmoment in Vorwärtsrichtung für eine bleibende An­ lage oder Nachführung der Drückrolle entlang der Oberflä­ che des Drückfutters. Sobald aber die Kontur des Drück­ futters sich dem Obersupport nähert, stellt die Steuer­ einheit eine steigende Kraft zwischen der Drückrolle und dem Drückfutter fest. Sobald dieser Kraftanstieg einen Grenzwert erreicht, sorgt die Steuereinheit für eine Umkehr des von dem Drehantrieb des Kugelgewindetriebes erzeugten Drehmomentes. Außerdem wird der Wert des Dreh­ momentes so von der Steuereinheit eingestellt, daß gera­ de noch keine aktive Rückwärtsbewegung des Kugelgewinde­ triebes und damit der Drückrolle erzeugt wird. Vielmehr wird das Drehmoment in Rückwärtsrichtung auf einen Wert begrenzt, der gerade die inneren Reibungen des Kugelge­ windetriebes kompensiert. In diesem Zustand des Drehan­ triebes des Kugelgewindetriebes kann durch die von dem Drückfutter auf die Drückrolle ausgeübte Kraft der Ober­ support in Rückwärtsrichtung bewegt werden, da die Rei­ bung und die Selbsthemmung des Kugelgewindetriebes durch das in Rückwärtsrichtung wirkende Drehmoment des Drehan­ triebes kompensiert, d. h. aufgehoben sind. Die Rückwärts­ bewegung der Drückrolle führt zu eine Verringerung der Kräfte zwischen Drückfutter und Drückrolle. Sobald diese Kräfte wieder unter den Grenzwert zurückgehen, schaltet die Steuereinheit den Drehantrieb des Kugelgewindetrie­ bes wieder auf Vorwärtsrichtung um. Außerdem wird das Drehmoment des Drehantriebes des Kugelgewindetriebes in Vorwärtsrichtung wieder auf einen solchen Wert angeho­ ben, daß die Drückrolle mit einer gewünschten Kraft in Ausschubrichtung oder Vorwärtsrichtung gedrückt wird. Dieser hier ausführlich beschriebene Vorgang kann sich selbstverständlich, da die Steuereinheit überlicherweise ein Computer ist, der die entsprechenden Berechnungen sowie die Befehle an den Drehantrieb des Kugelgewinde­ triebes in sehr kurzer Zeit ausführt, in einem sehr schnellen zeitlichen Rhythmus wiederholen. In der Praxis kann sich der beschriebene Vorgang mehrmals pro Sekunde abspielen, so daß im Endeffekt eine exakte Abtastung der Drückfutterkontur durch Entlangführen der Drückrolle über die gesamte Drückfutterkontur mit einer weitestge­ hend konstanten Kraft erreicht wird.

Das Anlaufen der Drückrolle auf das Drückfutter mit ei­ ner den Grenzwert erreichenden Kraft wird vorzugsweise durch Messung des vom Drehantrieb aufgebrachten Drehmo­ mentes und der von dem Obersupport in X-Richtung ausge­ führten Bewegung erfaßt. Alternativ kann dieses Anlaufen auch durch eine gesondert vorgesehene Kraftmeßeinrich­ tung, vorzugsweise zwischen Drückrollenhalter und Ober­ support, erfaßt werden.

Eine zweite Lösung der oben gestellten Aufgabe gemäß Pa­ tentanspruch 4 beschreibt eine Variante des Verfahrens, die für einen Obersupport mit einem nichtselbsthemmenden Kugelgewindetrieb geeignet ist, der für seine durch das Drückfutter bewirkte Rückwärtsbewegung keine Drehmoment­ umkehr seines Drehantriebes benötigt. Derartige nicht- selbsthemmende Kugelgewindetriebe sind insbesondere in Drückmaschinen vorzusehen, mit denen relativ weiches Ma­ terial, z. B. Aluminiumblech, umgeformt werden soll. Für diese Umformarbeiten genügt eine relativ geringe Vor­ spannung der einen Teil des Kugelgewindetriebes bilden­ den Mutternanordnung, um die erforderliche Spielfreiheit auch bei Belastung zu gewährleisten, wobei gleichzeitig auch keine Selbsthemmung des Kugelgewindetriebes auf­ tritt.

Generell bietet ein Obersupport mit einem Kugelgewinde­ trieb gegenüber einem mit einer hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit ausgestatteten Obersupport eine Viel­ zahl von Vorteilen, z. B. eine genauere Positionierbar­ keit, eine steifere Konstruktion, eine weitestgehende Temperaturunabhängigkeit und damit eine verbesserte Re­ produzierbarkeit der Umformergebnisse. Äquivalente Ge­ windetriebe, insbesondere Rollengewindetriebe und Plane­ tengewindetriebe, sind selbstverständlich als Alternati­ ven für den Kugelgewindetrieb einsetzbar. Ein für den An­ trieb des Gewindetriebes zweckmäßig einzusetzender Elek­ tromotor ist energiegünstiger betreibbar als ein Hydrau­ liksystem und ist zudem höher überlastbar. Außerdem kann ein Elektromotor bei Ausführung als Schrittmotor gleich­ zeitig für die Wegmessung bzw. Positionserfassung des Obersupports und der daran gehalterten Drückrolle be­ nutzt werden, wobei außerdem eine Digitalsteuerung die­ ses Elektromotors ohne großen Aufwand möglich ist.

Für bestimmte durch Drücken herstellbare Produkte, z. B. Scheinwerferreflektoren, ist eine besonders gute und glatte Oberfläche wichtig. Um auch in dieser Hinsicht eine verbesserte Qualität zu erreichen, wird vorgeschla­ gen, daß zu der als Koordinatenpunktefolge gespeicherten Sicherheitslinie eine der Materialstärke eines Werk­ stücks entsprechende Äquidistante addiert wird und daß für die durch diese Addition gebildete Koordinatenpunkte­ folge innerhalb vorgebbarer Toleranzen eine geometrische Funktionenfolge durch Zusammensetzen von Geraden- und/­ oder Kreisabschnitten gebildet und anstelle der Koordina­ tenpunktefolge in der Steuereinheit gespeichert und für einen Drückrollen-Glättüberlauf über das Werkstück bei Playback-Wiedergabebetrieb zur Steuerung der Drückrollen­ bahn abgerufen wird. Auf diese Weise wird erreichet, daß beim Glättüberlauf die Drückrolle nicht mehr einen Poly­ gonzug abfährt, der aus der Koordinatenpunktefolge zu­ sammengesetzt ist, sondern entweder entlang von Geraden oder Kreisabschnitten bewegt wird. In der Praxis immer zu beobachtende Streuungen der einzelnen Koordinatenpunk­ te der Koordinatenpunktefolge um eine Ideallinie werden hier beseitigt, so daß die Drückrolle eine sehr glatte und gleichmäßige Oberfläche des Werkstücks beim Glätt­ überlauf herstellt. Ein weiterer hiermit erreichter Vor­ teil besteht darin, daß die Drückrolle nicht mehr von Koordinatenpunkt zu Koordinatenpunkt bewegt wird, son­ dern gemäß geometrischen Funktionenfolgen in ihrer Bewe­ gung gesteuert wird. Dies vereinfacht die Bahnsteuerung der Drückrollenbewegung, wodurch Fertigungszeiten einge­ spart werden können.

Um nicht nur beim abschließenden Glättüberlauf, sondern auch schon beim vorhergehenden schrittweisen Umformen eines Werkstücks die Steuerung der Drückrollenbewegung zu vereinfachen, schlägt eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß für in einer Teach-in-Aufnahme bei einem manuell gesteuerten Umformen eines Werkstücks von der Steuereinheit aufgezeichnete Drückrollenbahn-Koordi­ natenpunktefolge eine Spline-Funktion oder eine Spline- Funktionenenfolge berechnet und anstelle der Koordinaten­ punktefolge in der Steuereinheit gespeichert und für die Werkstück-Umformung bei Playback-Wiedergabetrieb zur Steuerung der Drückrollenbahn abgerufen wird. Auch hier wird erreicht, daß die Drückrolle nicht mehr von Koordi­ natenpunkt zu Koordinatenpunkt einer Koordinatenpunkte­ folge, sondern entsprechend einer aus der Koordinaten­ punktefolge berechneten Spline-Funktion oder -Funktionen­ folge bewegt wird. Die Berechnung von Spline-Funktionen ist an sich aus anderen Zusammenhängen bekannt und kann in unterschiedlichen Arten erfolgen, wobei hier wesent­ lich ist, daß vorgebbare Toleranzen, d. h. Abweichungen zwischen der Koordinatenpunktefolge und der diese er­ setzenden Spline-Funktion oder -Funktionenfolge nicht überschritten werden. Da auch hier die Drückrolle nicht mehr von Koordinatenpunkt zu Koordinatenpunkt sondern entlang einer Bahn gemäß einer gespeicherten Funktion oder Funktionenfolge bewegt wird, wird auch hier die Steuerung vereinfacht und so eine Beschleunigung des Ver­ fahrensablaufs und damit eine Erhöhung der Produktivität der nach diesen Verfahren arbeitenden Drückmaschine er­ reicht.

Besonders geeignet ist das zuvor beschriebene Verfahren für den Betrieb von Drückmaschinen, auf denen Werkstücke hergestellt werden, die besondere Ansprüche hinsichtlich ihrer Oberflächengüte erfüllen sollen, wobei gleichzei­ tig eine wirtschaftliche Fertigung von großen Stückzah­ len möglich sein soll. Bei diesen Werkstücken handelt es sich beispielsweise um die schon erwähnten Scheinwerfer­ reflektoren, insbesondere für Scheinwerfer von Kraftfahr­ zeugen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Gewinnung einer Sicherheitslinie für den Betrieb einer Drückmaschine mit einem Drückfut­ ter und mindestens einer Drückrolle, die an einem Drückrollenhalter gehaltert ist, der auf einem Drück­ rollen-Kreuzsupport mit Obersupport und Untersupport in zwei Koordinatenrichtungen (X, Z) gesteuert ver­ fahrbar ist, und mit einer Steuereinheit, mit der eine Teach-in/Playback-Steuerung der Drückrollenbewe­ gung in der X-Z-Ebene durchführbar ist und mit der die von der Drückrolle auf das Drückfutter oder ein Werkstück ausübbare maximale Kraft zumindest in der Obersupport-Koordinatenrichtung (X-Richtung) auf vor­ gebbare Grenzwerte begrenzbar ist, und wobei in ei­ nem Teach-in-Überlauf der Drückrolle über das Drück­ futter dessen Kontur in der X-Z-Ebene als Koordina­ tenpunktefolge aufgenommen und als Sicherheitslinie in der Steuereinheit gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß zum Verfahren des Obersupports in X-Richtung ein selbsthemmender Kugelgewindetrieb verwendet wird, der mit einem von der Steuereinheit hinsicht­ lich seines Drehmomentes regelbaren und in seiner Drehrichtung umkehrbaren Drehantrieb ausgestattet ist,
• 2. daß in dem Teach-in-Überlauf von der Steuereinheit die Drückrolle mit einer einem vorgebbaren Drehmo­ ment des Drehantriebes des Kugelgewindetriebes ent­ sprechenden vorgebbaren Kraft in X-Richtung gegen das Drückfutter zugestellt wird und
• 3. daß von der Steuereinheit bei jedem Anlaufen der Drückrolle auf das Drückfutter mit einer den Grenz­ wert erreichenden Kraft das Drehmoment des Drehan­ triebes des Kugelgewindetriebes in seiner Richtung umgekehrt und in seiner Größe auf einen Betrag re­ duziert wird, der ohne Bewirkung eines Obersupport- Verschubes vom Drückfutter weg gerade die innere Reibung des Kugelgewindetriebes überwindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlaufen der Drückrolle auf das Drückfutter mit einer den Grenzwert erreichenden Kraft durch Mes­ sung des vom Drehantrieb aufgebrachten Drehmomentes und der von dem Obersupport in X-Richtung ausgeführ­ ten Bewegung erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlaufen der Drückrolle auf das Drückfutter mit einer den Grenzwert erreichenden Kraft durch eine gesondert vorgesehene Kraftmeßeinrichtung, vor­ zugsweise zwischen Drückrollenhalter und Obersup­ port, erfaßt wird.

4. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß zum Verfahren des Obersupports in X-Richtung ein nichtselbsthemmender Kugelgewindetrieb verwen­ det wird, der mit einem von der Steuereinheit hin­ sichtlich seines Drehmomentes regelbaren und in seiner Drehrichtung umkehrbaren Drehantrieb ausge­ stattet ist, und
• 2. daß in dem Teach-in-Überlauf von der Steuereinheit die Drückrolle mit einer einem vorgebbaren Drehmo­ ment des Drehantriebes der Kugelumlaufspindel ent­ sprechenden vorgebbaren Kraft in X-Richtung gegen das Drückfutter zugestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu der als Koordinaten­ punktefolge gespeicherten Sicherheitslinie eine der Materialstärke eines Werkstücks entsprechende Äqui­ distante addiert wird und daß für die durch diese Addition gebildete Koordinatenpunktefolge innerhalb vorgebbarer Toleranzen eine geometrische Funktionen­ folge durch Zusammensetzen von Geraden- und/oder Kreisabschnitten gebildet und anstelle der Koordina­ tenpunktefolge in der Steuereinheit gespeichert und für einen Drückrollen-Glättüberlauf über das Werk­ stück bei Playback-Wiedergabebetrieb zur Steuerung der Drückrollenbahn abgerufen wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufnehmen und Speichern der Sicherheitslinie für in einer Teach- in-Aufnahme bei einem manuell gesteuerten Umformen eines Werkstücks von der Steuereinheit aufgezeich­ nete Drückrollenbahn-Koordinatenpunktefolge eine Spline-Funktion oder eine Spline-Funktionenfolge be­ rechnet und anstelle der Koordinatenpunktefolge in der Steuereinheit gespeichert und für die Werkstück- Umformung bei Playback-Wiedergabebetrieb zur Steue­ rung der Drückrollenbahn abgerufen wird.