DE4016534A1 - Manipulator fuer schmiedemaschinen, insbesondere mehr-stoessel-schmiedemaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator für Schmiedemaschinen, z. B. Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen, zum Schmieden von runden und kantigen Werkstücken mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößeln, wobei das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge in axialer Richtung und bei Rundteilen zusätzlich rotorisch in Umfangsrichtung bewegt wird. Der axiale Vorschub erfolgt dabei mit einer vorgewählten konstanten Geschwindigkeit.

Die Axialbewegung des Schmiedestückes wird durch den Eingriff der Schmiedebacken mit dem Werkstück zum Stillstand gebracht und während der Druckberührungsphase, d. h. dem Angriff der Schmiedebacken an dem Werkstück, im Stillstand gehalten. Solche Schmiedemaschinen sind im allgemeinen mit hohen bzw. unveränderbaren Hubfrequenzen ausgestattet und dienen vornehmlich zum Schmieden von langen Werkstücken.

Bei einer bekannten Ausführung ist die Zangenachse im Manipulatorgehäuse axial verschiebbar gelagert und wird axial über Federelemente abgestützt, so daß die Zangenachse in beide Richtungen ausweichen kann. Während der Druckberührungsphase wird das Werkstück von den Schmiedewerkzeugen im Stillstand gehalten. Der konstant weiterlaufende Antrieb führt dazu, daß sich die Zangenachse gegen die Federspannung verlagert. Nach Beendigung der Druckberührungsphase wird die Achse über die gespannte Feder wieder zurückgestellt. Im Verlauf der Rückstellbewegung und in Zusammenwirkung mit den beschleunigten Massen wird rückstellend nicht nur die Mittelstellung erreicht, sondern das System schwingt in das gegenüberliegende Federelement hinein und auch teilweise wieder zurück, wobei die Relativgeschwindigkeit von Zangenachse und Werkstück zur Schmiedemaschine auf Null bzw. annähernd Null zurückgeht, bevor die neue Druckberührungsphase des nächsten Arbeitsspiels beginnt.

Bei dem schwingenden System stehen die Federspannung, die Massenkräfte und die Geschwindigkeiten in direktem physikalischen Zusammenhang. Bei diesem System kann ein ordnungsgemäßes Funktionieren nur sichergestellt werden, wenn die konstruktiv festgelegten Parameter eingehalten werden. Schon bei den unterschiedlichen Bearbeitungsarten (Schruppen, Feinbearbeitung) bildet das Verhältnis von Berührungszeit und Leerzeit eine Variable, wodurch sich unterschiedliche Parameter für das Schwingsystem ergeben.

Das Schwingsystem erfordert die Bindung an eine feste Hubfrequenz der Schmiedemaschine. Da die Masse, abhängig von der Werkstückgröße, unterschiedlich ist, ergibt sich eine nachteilige Wirkung durch Massenänderung auf das Schwingsystem. Hinzu kommt, daß der Erststillstand, Verzögerung der Massen von Zangenachse und Werkstück bei Beginn eines Schmiededurchgangs, von Werkstück und Zangenachse nur durch die Schmiedewerkzeuge erzwungen wird und somit das Federmassesystem für die weiteren Arbeitsspiele angeregt wird.

Für die verschiedenen Arbeitsweisen der Manipulatoren, drückender und ziehender Betrieb, sowie für das schwingungsfähige Feder-Masse-System werden große axiale Verschiebewege für die Zangenachse benötigt, die konstruktiv berücksichtigt werden müssen und somit insbesondere bei großen Vorschubwegen je Arbeitsspiel nur mit großem mechanischem Bauaufwand realisiert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Manipulator für Schmiedemaschinen der anfangs genannten Art die Nachteile des Schwingsystems bei der axial verschiebbar gelagerten Zangenachse auszuschalten und stattdessen aktiv auf die axiale Verschiebbarkeit der Zangenachse einzuwirken. Der Manipulator der eingangs erwähnten Bauart zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß der Zangenachse eine gesteuerte axiale Überlagerungsbewegung erteilt wird. Vor der Druckberührungsphase durch die Stößel mit dem Werkstück wird die Zangenachse mit dem Werkstück zum Stillstand gebracht. Während der Druckberührungsphase wird die gesteuerte axiale Überlagerungsbewegung unwirksam gemacht, damit die Zangenachse sich mit den durch die Materialumformung ergebenden Längenänderungen frei und zwanglos verlagern kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird für die Überlagerungsbewegung eine hydraulisch arbeitende Kolben- Zylinder-Einheit als Gleichlaufzylinder angeordnet.

Ein Teil der Kolbenzylinder-Einheit, vornehmlich der Kolben, ist mit der Zangenachse starr verbunden, während der andere Teil der Kolbenzylinder-Einheit, vornehmlich der Zylinder, ortsfest angebracht ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines steuerbaren Überlagerungsantriebes für die Axialbewegung der Zangenachse kann der Manipulator mit einer vorgewählten Geschwindigkeit fahren, wobei der Zangenachse in axialer Richtung eine zugeordnete Bewegungscharakteristik wirksam aufgegeben wird. Eine solche aktive Steuerung des Systems bewirkt, daß vor Erreichen der Druckberührungsphase die Geschwindigkeit der Zangenachse und damit die des Werkstücks relativ zur Schmiedemaschine mit Sicherheit zu Null wird. Während der Druckberührungsphase wird die aktive Steuerung der Axialbewegung der Zangenachse unterbrochen, so daß sich die nicht vorherbestimmbare Werkstücklängung durch den Schmiedeprozeß und somit die Axialverlagerung der Zangenachse zum Manipulator frei und zwanglos einstellen kann. Nach der Druckberührungsphase wird die Zangenachse gesteuert bis zum nächsten Arbeitsspiel zurückgestellt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß sowohl die Schmiedemaschine mit unterschiedlichen Hubfrequenzen arbeiten kann, als auch die Stillstandszeiten der Zangenachse entsprechend den Druckberührungszeiten angepaßt werden können. Es ist ermöglicht, daß die Zangenachse in vorgegebener gesteuerter Weise harmonische Bewegungen ausführen kann, insbesondere harmonisch beschleunigt und verzögert wird und daß die Zangenachse mit Werkstück somit auch vor Beginn eines Schmiededurchganges zum Stillstand gebracht ist und dieser nicht durch die Schmiedebacken erzwungen werden muß. Durch die vorherbestimmbare Richtung der Bewegung der Zangenachse wird der benötigte Verschiebeweg der Achse gegenüber der herkömmlichen Bauart wesentlich verkleinert, und somit der mechanische Bauaufwand vermindert.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit als Servo-Steuerungs- Vorrichtung ausgebildet ist. Mittels der Servosteuerung kann eine vorherbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse erzeugt werden.

Bevorzugt ist die Verwendung einer Servosteuerungsvorrichtung mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Manipulators zur Bewegung des Werkstücks in axialer Richtung im Längsschnitt und im Schema.

Fig. 2 stellt einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 durch das Axiallager und die angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten zum Teil in Ansicht, zum Teil im Schnitt und im Schema dar.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Servo-Steuerungsvorrichtung für die Steuerung der Axialbewegung der Zangenachse prinzipmäßig und im Schema.

Der Manipulator 1 der Fig. 1 bewegt das Werkstück 2 entsprechend der Schmiedefolge in axialer Richtung. Der Vorschub erfolgt über einen Antrieb, z. B. einen Hydraulik- Zylinder 3, der mit dem Manipulatorgehäuse 4 verbunden ist. Die Zangenachse 5 ist im Manipulatorgehäuse 4 axial verschiebbar gelagert; die axiale Lagerung erfolgt über die mit der Zangenachse 5 fest verbundene Nabe 6. Am vorderen freien Ende der Zangenachse 5 ist an einem vorstehenden Bund 7 eine vorbestimmte Anzahl von Zangenhebeln 8 angeordnet, die um Zapfen 9 schwenkbar gelagert sind und am freien Ende Zangenbacken 10 tragen, die mit dem Werkstück 2 in Eingriff kommen. Die Steuerung richtet sich nach der Schmiedefolge.

Die axiale Abstützung der Zangenachse 5 erfolgt über ein um die Nabe 6 greifendes Axiallager 11, an das eine oder mehrere hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder- Einheiten 12 angeordnet sind. In einem in einer Gestellwand 13 oder dergl. ortsfest angebrachten Zylinder 14 ist ein Kolben 15 hydraulisch verschiebbar, der mittels der Kolbenstange 16 fest mit dem Axiallager 11 verbunden ist.

Die hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit 12 ist vorteilhaft als Servo-Steuerungsvorrichtung 17 ausgebildet, so daß mittels der Steuerungsvorrichtung eine vorbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse 5 erzeugt werden kann. Die Servo-Steuerungsvorrichtung 17 mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte erlaubt es, die Axialverschiebung der Zangenachse 5 so zu beeinflussen, daß vor Erreichen der Druckberührungsphase durch die Stößel die Zangenachse 5 zum Stillstand kommt.

In diesem Fall wird die Zangenachse 5 mit entsprechend konstanter Geschwindigkeit entgegengesetzt der konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Manipulatorantriebs verfahren, und somit wird die Relativgeschwindigkeit von Zangenachse und Werkstück zur Schmiedemaschine auf Null gebracht. Während der Druckberührungsphase wird die aktive Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheit 12 durch eine direkte Verbindung 28 der Hubräume 18 und 19 des Zylinders außer Kraft gesetzt, und somit kann sich die Zangenachse 5 trotz des konstanten Vorschubantriebs 3 des Manipulators 1 und durch eine überlagerte Bewegung der Zangenachse 5 aus der nicht vorherbestimmbaren Längenausdehnung des Werkstückes durch den Schmiedeprozeß gegenüber dem Manipulatorgehäuse 4 frei und zwanglos verlagern. Nach Beendigung der Druckberührungsphase durch die Stößel der Schmiedemaschine wird die Servo-Steuerung wieder aktiviert, die Zangenachse 5 zurückgestellt und, bevor das nächste Arbeitsspiel beginnt, wieder auf die entgegengesetzte Manipulatorgeschwindigkeit beschleunigt. Mittels der auf die Axialverschiebung der Zangenachse 5 zusätzlich einwirkenden programmierbaren Steuerungsvorrichtung 17 als Überlagerungsantrieb wird aktiv in den axialen Bewegungsablauf eingegriffen. Es ist mit einfachen Mitteln möglich, daß die Schmiedemaschine nunmehr mit unterschiedlichen Hubfrequenzen arbeiten kann, wobei die relativen Stillstandszeiten der Zangenachse des Manipulators entsprechend der Druckberührungszeiten durch die Stößel vorherbestimmbar angepaßt werden können. Des weiteren kann durch die vorherbestimmbare Richtung der axialen Verlagerung der Zangenachse zum Manipulatorgehäuse der Bauraum für den Verschiebeweg und somit der mechanische Bauaufwand wesentlich vermindert werden. Mit 30, 31 ist der Drehantrieb für die Zangenachse 5 bezeichnet.

An der Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Servosteuerungsvorrichtung erläutert. Die Kolben- Zylindereinheit 12 wird mittels eines servo-hydraulischen Ventils 17 gesteuert. Der Sollwert-Eingang erfolgt rotorisch - mit kleinster Leistung - z. B. mit einem Schrittmotor 20, der mittels eines Übertragungsgliedes, z. B. eines Zahnriemens 21, eine Riemenscheibe 22 antreibt und auf ein Spindel-Mutter-System 23 des servo-hydraulischen Ventils 17 wirkt, wodurch die rotorische Bewegung der Eingangswelle in eine Linearbewegung so umgesetzt wird, daß die Bewegung des Ventils 24 entgegengesetzt zur gewünschten Bewegungsrichtung des Kolbens öffnet. Durch die drehfeste Anbindung der Gewindespindel 25 mit dem Kolben 15 ist das Ventil 24 linear direkt mit dem Kolben 15 verbunden, so daß die Ist-Stellung des Kolbens 15 durch den geschlossenen mechanischen Regelkreis auf das Ventil 24 wirkt, und somit bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes das Ventil 24 wieder geschlossen ist. Zur erforderlichen Unterbrechung der aktiven Steuerung - während der Druckberührungsphase - werden die Hubräume 18 und 19 der Kolben-Zylinder-Einheit 12 durch Schaltung des Ventils 26 direkt miteinander verbunden. Zur Kontrolle der Kolbenstellung und somit der Stellung der Zangenachse, wird der Ist-Wert des Kolbens 15 über ein separates Wegmeßsystem 27 erfaßt und in der elektrischen Steuerung mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen.

Claims (5)

1. Manipulator für Schmiedemaschinen, z. B. Mehr- Stößel-Schmiedemaschinen mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößeln, bei denen das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge axial bewegt wird, wobei der Vorschubantrieb des Manipulators mittels einer vorgewählten konstanten Geschwindigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die axial verschiebbar gelagerte Zangenachse (5) des Manipulators (1) zeitweise ein aktiv steuerbarer, axial wirksamer Überlagerungsantrieb (17) einwirkt.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der axial verschiebbaren Zangenachse (5) zum Manipulatorgehäuse (4) eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder- Einheit (12) angeordnet ist, und daß ein Teil der Kolben-Zylinder-Einheit (12), vornehmlich der Kolben (15), mit der axial verschiebbaren Zangenachse (5) verbunden und der andere Teil der Kolben- Zylinder-Einheit (12), vornehmlich der Zylinder (14), ortsfest vorgesehen sind.

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kolben- Zylinder-Einheit (12) als Servo-Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist und daß mittels der Servosteuerungsvorrichtung (17) eine vorherbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Zangenachse (5) erzeugbar ist.

4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheit (12) durch eine direkte Verbindung (28) der Hubräume (18, 19) des Zylinders außer Kraft gesetzt ist.

5. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Servo- Steuerungsvorrichtung (17) mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte.