DE9005834U1 - Manipulator fuer schmiedemaschinen, insbesondere mehr-stoessel-schmiedemaschinen - Google Patents
Manipulator fuer schmiedemaschinen, insbesondere mehr-stoessel-schmiedemaschinenInfo
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Description
02. April 1991 EUMUCO Aktiengesellschaft für Maschinenbau L-Ad/Kobs
Josefstraße 10
5090 Leverkusen 1
Manipulator für Schmiedemaschinen, insbesondere Mehr-Stößel-Schiniedemaschinen
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 Axial bewegung 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 Rückstel1 bewegung 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. Hierzu 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 Vorschub
wegen 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 Material umformung 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.
andere Teil der Kolben-Zylinder-Einheit, vornehmlich der
Zylinder, ortsfest angebracht ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines steuerbaren
Überlagerungsantriebes für die Axial bewegung 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
05 834.
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
Stillstandzeiten der Zangenachse entsprechend den Druckberührungszeiten angepaßt werden können. Es ist ermöglicht,
daß die Zangenachse in vorgegebener gesteuerter Weise harmonische Bewegungen ausführen kann, insbesondere harmo
nisch beschleunigt und verzögert wird und daß die Zangen
achse 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 Servo-Steuerung
kann eine vorherbestimmbare Bewegungscharakteristik für die
Axial bewegung 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.
BO 05 834.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Manipulators zur
Bewegung des Werkstücks in axialer Richtung im Längsschnitt und im Schema.
Kolben-Zylinder-Einheiten zum Teil in Ansicht, zum
Teil im Schnitt und im Schema dar.
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 Axial bewegung 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 be
schleunigt. 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-Zylinder-Einheit
12 wird mittels eines servo-hydraulisehen Ventils 17 gesteuert. Der Sollwert-Eingang erfolgt rotorisch - mit
kleinster Leistung - z.B. mit einem Schrittmotor 20, der
mittels eines Übertragungsgliedes, z.B. eines Bahnriemens
21, eine Riemenscheibe 22 antreibt und auf ein Spindel-Mutter-System 23 des servo-hydraulisehen 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 Regel
kreis auf das Ventil 24 wirkt, und somit bei Erreichen des
vorgegebenen Soll-Wertes 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 Soll-Wert 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, d adurch
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 KoIben-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 Servo-Steuerungsvorrichtung (17) eine vorher bestimmbare
Bewegungscharakteristik für die Axial bewegung der Zan-
90 95 834.
9
1 genachse (6) erzeugbar ist.
1 genachse (6) erzeugbar ist.
4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
5 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, 10 gekennzeichnet durch die Verwendung einer
Servo-Steuerungsvorrichtung (17) mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte.
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