EP0166351A2 - Vorrichtung an einer Maschine für Umformarbeiten an blechförmigen Materialien - Google Patents

Vorrichtung an einer Maschine für Umformarbeiten an blechförmigen Materialien Download PDF

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EP0166351A2
EP0166351A2 EP85107474A EP85107474A EP0166351A2 EP 0166351 A2 EP0166351 A2 EP 0166351A2 EP 85107474 A EP85107474 A EP 85107474A EP 85107474 A EP85107474 A EP 85107474A EP 0166351 A2 EP0166351 A2 EP 0166351A2
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EP
European Patent Office
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tool
bending
sheet
springback
amount
Prior art date
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Withdrawn
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EP85107474A
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English (en)
French (fr)
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EP0166351A3 (de
Inventor
Arnold Stucki
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0166351A2 publication Critical patent/EP0166351A2/de
Publication of EP0166351A3 publication Critical patent/EP0166351A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/006—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves combined with measuring of bends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means

Definitions

  • the invention relates to a device on a machine for forming work on sheet-like materials with springback properties, a tool movable by the machine forming the sheet-like material.
  • the bending or edging of sheet metal belonging to the forming manufacturing process is used for the production of semi-finished products or end products such as housings, molded parts, joining parts, rods, etc.
  • forming machines e.g. bending presses and folding machines
  • NC controls you need mathematically formulated information about the elastic-plastic deformation behavior of the workpiece material, in particular about the springback.
  • the actual geometry of the formed workpiece deviates from the target geometry. This particularly relates to the bending angle, which is adversely affected by the springback.
  • the desired and set bending angle of the workpiece is changed by the springback angle.
  • the change in the bending angle is uncontrolled and cannot be recorded statistically.
  • the exact amount of the springback angle can practically not be predicted, since it depends on many factors, such as material properties (high-strength thin sheets made of micro-alloyed and phosphorus alloyed steel alloys, coated sheets, modulus of elasticity), rolling direction of the sheet, sheet thickness, average bending radius, Tool radius, amount of the desired bending angle, bending process (free bending in the die, swivel bending, pressure bending).
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the known NC-controlled forming processes.
  • the deviation of the actual value of the bending angle from its target value should be eliminated.
  • the reproducibility of this zero deviation should also be guaranteed under different conditions, such as different material properties, rolling direction of the sheet, sheet thickness, average bending radius, tool radius, amount of the desired bending angle, bending process (free bending in the die, die bending, swivel bending).
  • the manufacturing effort should be reduced to a minimum.
  • great flexibility of the forming machine and economical production in particular Small batch sizes are achieved when different material qualities and sheet thicknesses can be processed side by side with the lowest possible tool investments.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a bending rail 1 that bends a sheet 2 in the die or in the die 3 using the free bending method and the die bending method.
  • the bending rail is either only a part or up to the lower point in the die. moved into the die 3.
  • the length of the bending section X depends on the desired bending angle. of the sheet metal 2.
  • the relative movement of the bending rail 1 and the die 3 is accomplished by an electrical, hydraulic or pneumatic drive mechanism and moved into the desired position with the desired force.
  • the relative movement can be carried out by moving the bending rail 1 or the die or the die 3. Since the geometry data of the die or die 3 and the bending rail 1 are known, only the specification of the distance X is sufficient to achieve the desired bending angle.
  • the bending distance X indicates how deep the bending rail 1 has to go into the die 3 or die in order to reach the TARGET bending angle ⁇ of the sheet 2. If the bending rail 1 retracts and the sheet is relieved, the sheet springs back by the distance ⁇ x and thereby changes the bending angle as a result of the springback property 4m of the sheet, which - as already mentioned - depends on a larger number of factors.
  • the spring-back angle ⁇ which is designated in the literature and which is drawn in FIG. 2, changes the TARGET bending angle ⁇ in an uncontrolled manner. In order to reduce the bending error caused by the springback angle, the bending rail 1 has been moved several times in the direction of the sheet metal 2 with the distance X + ⁇ X increasing.
  • Figure 1 also shows a hold-down device 4, which is slidably mounted on the bending rail 1 and e.g. is moved by spring balancing or a special drive (pneumatic, electromagnetic, electric motor, etc.).
  • This hold-down device 4 serves to fix the sheet metal 2 in the die 3 or in the die 3 when the bending rail 1 moves back.
  • the sheet metal 2 cannot be displaced after it has been relieved of load, so that the sensor determines the springback path ⁇ X of the sheet metal 2 that has occurred.
  • This measure of holding down is only necessary for thin sheets. When relieved by the tool, thick sheets remain in the same place without any special hold-down.
  • Figure 1 shows a key switch 5, which in Head of the bending rail 1 is arranged and its electrical line 51 are connected to the electronic circuit of Figure 6.
  • the pushbutton switch serves to report the moment the sheet 2 is relieved from the bending rail 1 of the circuit 40 in FIG. Its function will be explained in more detail later in connection with FIG. 6.
  • the swivel bending process is shown in FIG. Since such machines are known, only the parts directly involved in the bending process were drawn.
  • the sheet 2 is clamped between the upper and lower cheek 6.
  • the bending beam 7 is moved in the direction of arrow 71 until the target bending angle «is reached.
  • the sheet 2 is drawn in dashed lines in this position.
  • the pushbutton switch 5 is arranged in the bending beam 7 and serves to report the moment when the sheet-like material 2 is relieved from the bending beam 7 of the electronic circuit 40 in FIG. In the known pivot bending, the error due to the springback angle ⁇ cannot be eliminated either.
  • the sensors are described with reference to FIGS. 3 to 5, which describe the bending path X springback path ⁇ X, Detect the bending angle ⁇ and the springback angle ⁇ of the sheet 2 and pass this information on to the electronic circuit of FIG. 6 as electrical signals.
  • FIG. 3 shows a sensor 10, the plunger 11 of which is slidably provided in the die or in the die 3.
  • the lower part of the plunger is formed as a rack in a - handle with the gear 12 protrudes, which is connected via shaft 13 to a rotary encoder 14 in conjunction.
  • a coil spring 15, the lower end of which is fastened to the construction piece 16 presses the plunger 11 against the sheet metal 2 with its upper end.
  • the plunger makes the movements of the sheet metal during the bending and the springback caused by the retraction of the bending rail 1.
  • the bending distance X and the springback distance AX are detected.
  • the movements of the plunger 11 reach the rotary encoder 14 via the gear wheel 12 and shaft 13, which converts the movement into electrical, analog or digital signals.
  • the electrical signals contain the information about the amount and the direction of the movement of the plunger 11. These signals are fed via line 37 to the electronic circuit 40 of FIG. 6, so that the bending path X and spring-back path ⁇ X can be processed therein. Since such rotary encoders 14 are known and commercially available, the generation of the electrical signals is not described in detail.
  • the forming member 14 can be designed as a rotary encoder or linear encoder.
  • the mechanical sensor 10 of FIG. 3 is only used for the free bending and die bending process of FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the mechanical sensor 10 with a scanning lever 17 which can be pivoted about its axis 17a and which rests on the sheet metal 2 by means of a spring 18 and which follows all the movements during the forming of the sheet metal.
  • the mechanical deflection of the scanning lever 17 is transmitted via a gear 19 to a shaping element 14 which generates digital or analog electrical signals and outputs them to the circuit of FIG. 6.
  • the shaping element 14 is drawn as a rotary encoder. It can also be designed as a slide potentiometer in a suitable mechanical form. With this sensor 10, bending path X and springback path L1 X can be detected.
  • FIG. 5 shows an optical sensor 20 which can be used for the free bending and die bending of FIG. 1 and for the swivel bending of FIG. 2.
  • the optical sensor consists of a light source 21, which is supplied with the necessary current via lines 211, one Collective lens 22, which directs the light rays 23 evenly onto light guides 240-249.
  • These light guides are arranged as optical fibers in a frame 26. In reality, a few hundred light guides are accommodated in the frame 26. The area is as large as the uniform illumination of the light guides 240 - 249 is ensured by the light rays 23 of the point light source 21. If a sheet-like light source is used, the area of the frame 26 for the light guide can be made larger, and the converging lens 23 is then no longer necessary.
  • Bending rail 1, die 3 for free bending or die 3 for die bending according to FIG. 1, or holder 6 and bending cheek 7 for pivot bending according to FIG. 2 are arranged in space 25 of optical sensor 20.
  • the optical sensor of FIG. 5 lies in the drawing plane of FIG. 1 and perpendicular to the drawing plane of FIG. 2, so that the light beams emerging from the light guides 240-249 are bent rail 1, sheet metal 2, die or Ge lower 3, upper and lower beam 6 and bending beam 7 illuminate.
  • a similar frame 26 is provided with a few hundred light guides 270-279.
  • These light guides receive the light and shadow areas of the bending rail 1 and the sheet metal 2 and guide them to a semiconductor component 28, which receives this optical information from the light guides 270-279 and converts them into electrical signals.
  • Such sensors are known as CCD semiconductor line sensors or CCD semiconductor matrix sensors from Fairchild. Such sensors are also described in the special edition by Ing. Erich Sommer, Frankfurt am Main 1973, article "Reticon line scan camera” by H. Friedberg. These sensors have an extremely high image resolution of 2048 points per CCD line sensor or 185,000 picture elements per CCD matrix sensor. Therefore, the light guides 270 - 279 are strongly bundled.
  • the optical information reaching the semiconductor module 28 contains the bending distance X, the bending angle ⁇ , the spring-back distance AX and the spring-back angle ⁇ with a resolution in the ⁇ m range.
  • the semiconductor module 28 transfers the information as fields analogous to the TV scanning principle to the following circuit 29, the register and logic modules of which transmit electrical signals which represent the detected amount and the detected direction of the bend X, ⁇ and the springback ⁇ X, ⁇ enter the line 37 into the electronic circuit 40 of FIG.
  • the radiation conductors of the 2nd type 270-279 can also be arranged at the same location as the radiation conductors of the 1st type 240-249. In this case, the rays from the radiation guides 240-249 reach a reflector which reflects them onto the radiation guides 270-279.
  • the radiation conductors of the second type can be arranged coaxially around the radiation conductors of the first type or as receivers next to the radiation conductors of the first type.
  • the reflector is advantageously at the other end of space 25 appropriate.
  • the radiation conductors 240-249 and 270-279 can be provided such that the lighting device 21, 22 and the optronic components 28, 29 are arranged at a certain distance from the room 25. This prevents the vibrations caused by the forming process from being transmitted to the sensitive components 21, 22, 28, 29.
  • the converging lens 22 and the light guides 240 - 249 and 270 - 279 are omitted. In this case, the beams reach the semiconductor module 28 directly and are processed there in the same way as already described.
  • the electronic circuit 40 of FIG. 6 is drawn as a block diagram.
  • the free bending or die bending method according to FIG. 1 was chosen as an example.
  • the sensors 10, 20 of FIGS. 3, 4, 5 are connected to the input lines 37 with their forming members 14, 28, 29.
  • the electrical signals which contain the information about the amount and the direction of the actual bend (distance X or angle ⁇ ) or the springback (distance Ax or angle ⁇ ), are given in the evaluator 44 and stored in the memory 41.
  • These signals on lines 37 can be analog or digital.
  • the signals in the evaluator 44 are checked for change speed, change standstill and direction.
  • the values of the springback ⁇ X or ⁇ are determined and stored in the computer 45, which, by means of further inputs by the circuits 46, 47, 48, forms the new TARGET value for compensating the springback distance ⁇ X or the springback angle A.oi.
  • the input circuit 46 contains the TARGET value of the bend X, i.
  • the input circuit 47 contains the properties of the sheet-like material 2 to be bent, such as material properties, modulus of elasticity, rolling direction and thickness.
  • the input circuit 48 contains the data of the tool geometry, such as, for example, the radius of the bending rail 1, the width of the die 3, the position and radius of the upper beam 6, the bending method selected.
  • the new TARGET value calculated in the computer 45 contains the force or the distance with which the sheet-like material 2 has to be bent a second time.
  • the new TARGET value reaches the actuator 50 via the signal generator 48.
  • the actuator 50 generates the electrical, pneumatic or hydraulic control signals which control the electrical, pneumatic or hydraulic drive of the forming machine according to FIGS. 1 or 2.
  • the bending rail 1 or bending beam 7 now bends the sheet-like material 2 for the second time. After the tool has been moved back, the sheet metal 2 has been bent further around the springback path & X and the angular error due to springback has thus been eliminated; ie the originally desired bending angle has been established.
  • each subsequent sheet is bent to the correct TARGET bending in a single bending process. This ensures reproducibility of the bend for any number of sheets.
  • the set-up times and dead times of a forming machine are reduced to a minimum.
  • a sensor 60, a shaping element 61 and a switch 5 are shown in broken lines in FIG. This is intended in the event that the sensor with the relative movement of the bend rail 1 is connected to the die or die 3 or to the axis of rotation of the bending beam 7; that is, sensor 60 and shaping element 61 electrically replace sensors 10, 20 with transducers 14, 28, 29.
  • the sensor 60 detects the relative movement of the bending rail 1 and the die 3, respectively. the pivoting of the bending beam 7 without making a difference between the bending process and the empty movement. Since the electrical signals are only required for the bending distance X or the bending angle ⁇ and for the spring-back distance ⁇ X or the spring-back angle ⁇ , the switch 5 is provided in the bending rail 1 or in the bending beam 7.
  • FIG. 1 Its arrangement for free bending or die bending is shown in FIG. 1.
  • the switch 5 is arranged in the bending beam 7. During the bending process, the switch 5 touches the sheet material 2. This closes it. If after the bending process the tool 1, 1 returns, the switch 5 remains closed as the sheet-like material 2 touches the tool. The switch is only opened when the tool separates from the sheet material. As long as the switch 5 is closed, a signal is given via line 51 via the evaluator 44 of the electronic circuit 40 of FIG. During this time, the evaluator 44 causes the actual signals of the sensor 60 and the shaping element 61 to be stored in the memory 41. These signals are processed in the computer 45 in the same way as the signals from the sensors 10, 20.
  • the actuating element 50 receives the signal generator 48 the new values for the next bending process to compensate for the springback distance bkX or the springback angle ⁇ of the sheet-like material 2.
  • the subsequent sheets are bent to the desired bend in a single bending process, since the springback error has been eliminated. This ensures reproducibility of the bend for any number of sheets.
  • the set-up and dead time for the forming machine of Figures 1 or 2 are reduced to a minimum.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

An einer Umformmaschine für blechförmiges Material (2), das besonders beim Biegen die unerwünschte Rückfederungseigenschaft besitzt, ist eine Vorrichtung angebracht, welche folgende Bauelemente bzw. Baugruppen enthält: - ein Sensor (10, 20, 30, 60) detektiert beim Biegevorgang den Betrag und die Richtung der Biegung (X, α) des blechförmigen Materials (2) und/oder beim Zurückfahren des Werkzeuges (1, 3, 7) aus seiner SOLL-Position den Betrag und die Richtung der Rückfederung (ΔX, Δα) des vom Werkzeug (1, 3, 7) entlasteten blechförmigen Materials (2); - ein nachgeordnetes Umformorgan (14, 28, 29, 36, 61) erzeugt elektrische Signale, welche dem detektierten Betrag und der Richtung der Biegung (X, α) und/oder Rückfederung (ΔX, Δα) entsprechen; - in einer elektronischen Schaltung (40) wird unter Berücksichtigung der Materialkennwerte des blechförmigen Materials (2) und des Werkzeuges (1, 3, 7) sowie der detektierten Biegung (X, α) und Rückfederung (ΔX, Δα) ein Signal für die SOLL-Position des Werkzeuges (1, 3, 7) erzeugt und gespeichert und auf Stellglieder (50) gegeben, welche das Werkzeug (1, 3, 7) in die SOLL-Position fahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Maschine für Umformarbeiten an blechförmigen Materialien mit Rückfederungseigenschaft, wobei ein von der Maschine bewegbares Werkzeug das blechförmige Material umformt.
  • Das zu den umformenden Fertigungsverfahren gehörende Biegen bzw. Kanten von Blechen wird für die Herstellung von Halbfabrikaten oder Endprodukten wie Gehäuse, Formteile, Fügeteile, Gestänge, usw. verwendet. Die zunehmende Automatisierung führte in der letzten Zeit zur Ausrüstung von Umformmaschinen (z.B. Biegepressen und Schwenkbiegemaschinen) mit NC-Steuerungen. Zur Programmierung der NC-Steuerungen benötigt man möglichst genaue mathematisch formulierte Angaben über das elastisch-plastische Formänderungsverhalten des Werkstoffes des Werkstückes, insbesondere über die Rückfederung.
  • Es wurde festgestellt, dass die IST-Geometrie des umgeformten Werkstückes von der SOLL-Geometrie abweicht. Dies bezieht sich besonders auf den Biegewinkel, der durch die Rückfederung nachteilig beeinflusst wird. Nach dem Biegevorgang ist der gewünschte und eingestellte Biegewinkel des Werkstückes um den Rückfederungswinkel verändert. Die Veränderung des Biegewinkels ist unkontrolliert und statistisch nicht erfassbar. Der genaue Betrag des Rückfederungswinkels kann praktisch nicht vorausgesagt werden, da er von vielen Faktoren abhängig ist, wie z.B. Werkstoffeigenschaften (hochfeste Feinbleche aus mikro-legierten und phosphorlegierten Stahl-Legierungen, beschichtete Bleche, Elastizitätsmodul), Walzrichtung des Bleches, Blechstärke, mittlerer Biegeradius, Werkzeugradius, Betrag des gewünschten Biegewinkels, Biegeverfahren (Freibiegen im Gesenk, Schwenkbiegen, Druckbiegen). Infolge dieser sehr komplexen Abhängigkeit konnte die Rückfederung des Werkstückes nur näherungsweise voraus berechnet werden, sodass gewisse Abweichungen des Biegewinkels von dem SOLL-Mass bei den fertigen Werkstücken in Kauf genommen werden mussten. Da in jüngerer Zeit die Anforderungen an die Werkstückgenauigkeit z.B. bei Fügeteilen immer mehr zunehmen, wurde der Fertigungsaufwand erhöht. Dies geschiet dadurch, dass das gleiche Werkstück mindestens zwei mal mit dem gleichen Werkzeug oder mit einem anderen Werkzeug gebogen wird. Das Werkzeug muss für jeden Arbeitsvorgang neu in die Maschine eingeführt werden. Dies ist näher beschrieben in der Fachzeitschrift "Industrieanzeiger", Nummer 85, 22. Oktober 1982, Seiten 22 - 24, Aufsatz "Vorausbestimmung des Biegewinkels"; in der "VDI-Zeitung", Fortschr.-Berichte, Reihe 2, No. 60, VDI-Verlag, Düsseldorf 1983, "Untersuchungen zur Verbesserung des Umformverhaltens von Blechen beim Biegen" und in der Publikation "Vergrösserung der Flexibilität beim Biegen von Blechen mit unterschiedlichen Rückfederungseigenschaften" auf der DFB-Tagung vom 28.10.1983 in Düsseldorf.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten NC-gesteuerten Umformverfahren zu beseitigen. Die Abweichung des IST-Wertes des Biegewinkels von seinem SOLL-Wert soll eliminiert werden. Die Reproduzierbarkeit dieser Null-Abweichung soll auch bei unterschiedlichen Bedingungen gewährleistet sein, wie z.B. unterschiedliche Werkstoffeigenschaften, Walzrichtung des Bleches, Blechstärke, mittlerer Biegeradius, Werkzeugradius, Betrag des gewünschten Biegewinkels, Biegeverfahren (Freibiegen im Gesenk, Gesenkbiegen, Schwenkbiegen). Der Fertigungsaufwand soll auf ein Minimum reduziert werden. Hierdurch wird eine grosse Flexibilität der Umformmaschine und eine wirtschaftliche Fertigung insbesondere bei kleinen Losgrössen erzielt, wenn verschiedene Werkstoffqualitäten und Blechdicken nebeneinander bei möglichst geringen Werkzeuginvestitionen zu verarbeiten sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figuren 1 und 2 Veranschaulichung der Problemstellung an einem ersten und einem zweiten Beispiel;
    • Figuren 3 bis 5 Verschiedene Ausführungen von Sensoren;
    • Figur 6 die Steuerschaltung.
  • Die Figur 1 zeigt in Schnittdarstellung eine Biegeschiene 1, die im Freibiegeverfahren und im Gesenkbiegeverfahren ein Blech 2 in der Matrize oder im Gesenk 3 biegt. Die Biegeschiene wird entweder nur einen Teil oder bis zum unteren Punkt in die Matrize bez. in das Gesenk 3 bewegt. Die Länge der Biegestrecke X richtet sich nach dem gewünschten Biegewinkelog. des Blechs 2. In den bekannten Biegemaschinen wird die Relativbewegung von Biegeschiene 1 und Matrize 3 durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmechanismus bewerkstelligt und mit der gewünschten Kraft in die gewünschte Lage gefahren. Die Relativbewegung kann durch Bewegung der Biegeschiene 1 oder der Matrize bzw. des Gesenks 3 erfolgen. Da die Geometriedaten vom Gesenk oder Matrize 3 und der Biegeschiene 1 bekannt sind, genügt nur die Angabe der Strecke X zur Erzielung des gewünschten Biegewinkels. Die Biegestrecke X gibt an, wie tief die Biegeschiene 1 in das Gesenk 3 bzw. Matrize fahren muss um den SOLL-Biegewinkel ζ des Blechs 2 zu erreichen. Wenn die Biegeschiene 1 zurückfährt und das Blech entlastet wird, federt das Blech um die Strecke Δx zurück und verändert dadurch den Biegewinkel infolge der Rückfederungseigenschaft4m des Blechs, die - wie bereits erwähnt - von einer grösseren Anzahl von Faktoren abhängig ist. Der in der Literatur bezeichnete Rückfederungswinkel Δα,welcher in der Figur 2 gezeichnet ist, verändert den SOLL-Biegewinkel α in unkontrollierter Weise. Zur Reduzierung des durch den Rückfederungswinkel bedingten Biegefehlers wurde bisher die Biegeschiene 1 mehrere Male in Richtung Blech 2 mit grösser werdender Stecke X + Δ X gefahren. Diese bekannten Verfahren sind jedoch ungenau und unbefriedigend, da der Rückfederungsfehler nicht vollständig eliminiert werden konnte, weil er seinen Betrag von Blech zu Blech scheinbar wahllos änderte. Daher kann auch ein mit einem konstanten Betrag k. Δx korrigierter SOLL-Biegewinkel nicht reproduziert werden. Aus diesem Grunde nahm man bisher eine gewisse Abweichung des IST-Biegewinkels vom SOLL-Biegewinkel in Kauf.
  • Die Figur 1 zeigt ferner eine Niederhalte-Einrichtung 4, welche an der Biegeschiene 1 gleitend gelagert ist und z.B. durch Federzug oder einen besonderen Antrieb (pneumatisch, elektromagnetisch, elektromotorisch usw.) bewegt wird. Diese Niederhalte-Einrichtung 4 dient dazu, das Blech 2 im Gesenk 3 bzw. in der Matrize 3 zu fixieren, wenn die Biegeschiene 1 zurückfährt. Hierdurch kann das Blech 2 nach seiner Entlastung nicht verschoben werden, sodass der Sensor den entstandenen Rückfederungsweg Δ X des Bleches 2 exakt ermittelt. Diese Massnahme des Niederhaltens ist nur bei dünnen Blechen notwendig. Dicke Bleche bleiben bei ihrer Entlastung durch das Werkzeug ohne besondere Niederhaltung an der gleichen Stelle liegen.
  • Ausserdem zeigt die Figur 1 einen Tastschalter 5, der im Kopf der Biegeschiene 1 angeordnet ist und dessen elektrische Leitung 51 mit der elektronischen Schaltung der Figur 6 verbunden sind. Der Tastschalter dient dazu, den Augenblick der Entlastung des Blechs 2 von der Biegeschiene 1 der Schaltung 40 der Figur 6 zu melden. Seine Funktion wird später im Zusammenhang mit der Figur 6 noch näher erläutert.
  • In der Figur 2 ist das Schwenkbiegeverfahren dargestellt. Da solche Maschinen bekannt sind, wurden nur die am Biegevorgang unmittelbar beteiligten Teile gezeichnet. Das Blech 2 ist zwischen Ober- und Unterwange 6 eingeklemmt. Die Biegewange 7 wird in Pfeilrichtung 71 bewegt bis der SOLL-Biegewinkel« erreicht ist. Das Blech 2 ist in dieser Position gestrichelt gezeichnet. Nach Zurückfahren der Biegewange 7 in Richtung ihrer Ausgangslange federt das Blech 2 infolge seiner Entlastung um den Winkel Δζ zurück. Der Tastschalter 5 ist in der Biegewange 7 angeordnet und dient dazu, den Augenblick der Entlastung des blechförmigen Materials 2 von der Biegewange 7 der elektronischen Schaltung 40 der Figur 6 zu melden. Bei dem bekannten Schwenkbiegen kann der Fehler infolge des Rückfederungswinkels Δα ebenfalls nicht beseitigt werden. Auch bei diesem Verfahren ändert sich dieser Winkel anscheinend wahllos von Blech zu Bleck, sodass eine Reproduzierbarkeit des SOLL-Biegewinkels ζ bzw. der SOLL-Biegestrekke X mit konstantem Wert nicht gegeben ist. Daher nahm man bei dem Schwenkbiegen eine gewisse Abweichung des IST-Wertes des BiegewinkelscK bzw. der Biegestrecke X von seinem SOLL-Wert in Kauf.
  • Bevor nun die elektronische Schaltung der Figur 6 diskutiert wird, welche die Reproduzierbarkeit des gleichen Betrages des Biegewinkels bzw. der Biegestrecke mit grosser Präzision gewährleistet, werden anhand der Figuren 3 bis 5 die Sensoren beschrieben, die die Biegestrecke X Rückfederungsstreckel ΔX, den Biegewinkel α und den Rückfederungswinkel Δα des Blechs 2 detektieren und diese Information als elektrische Signale an die elektronische Schaltung der Figur 6 weitergeben.
  • Figur 3 zeigt einen Sensor 10, dessen Stössel 11 gleitend im Gesenk oder in der Matrize 3 vorgesehen ist. Der untere Teil des Stössels ist als Zahnstange ausgebildet, die im Ein- griff mit dem Zahnrad 12 steht, welches über Welle 13 mit einem Drehgeber 14 in Verbindung steht. Eine Schraubenfeder 15, deren unteres Ende am Konstruktionsstück 16 befestigt ist, drückt mit ihrem oberen Ende den Stössel 11 gegen das Blech 2. Der Stössel macht die Bewegungen des Blechs während dem Biegen und dem durch das Zurückfahren der Biegeschiene 1 bedingten Rückfedern mit. Hierbei werden die Biegestrecke X und auch die Rückfederungsstrecke A X detektiert. Die Bewegungen des Stössels 11 gelangen über das Zahnrad 12 und Welle 13 in den Drehgeber 14, welcher die Bewegung in elektrische, analoge oder digitale Signale umwandelt. Die elektrischen Signale enthalten die Information über den Betrag und die Richtung der Bewegung des Stössels 11. Diese Signale werden via Leitung 37 der elektronischen Schaltung 40 der Fig.6 zugeführt, sodass die Biegestrecke X und RückfederungsstrekkeΔ X darin verarbeitet werden können. Da solche Drehgeber 14 bekannt und im Handel erhältlich sind, wird die Erzeugung der elektrischen Signale nicht näher beschrieben. Das Umformorgan 14 kann als Drehgeber oder Lineargeber ausgebildet sein. Der mechanische Sensor 10 der Figur 3 wird nur für das Freibiege- und Gesenk-Biegeverfahren der Figur 1 verwendet.
  • Die Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des mechanischen Sensors 10 mit einem um seine Achse 17a schwenkbaren Abtasthebel 17, der mittels einer Feder 18 am Blech 2 anliegt und während der Umformung des Blechs sämtliche Bewegungen mitmacht. Die mechanische Auslenkung des Abtasthebels 17 wird über ein Getriebe 19 zu einem Umformorgan 14 übertragen, welches digitale oder analoge, elektrische Signale erzeugt und auf die Schaltung der Figur 6 gibt. Im vorliegenden Beispiel ist das Umformorgan 14 als rotativer Geber gezeichnet. Er kann auch als Schiebepotentiometer in geeigneter mechanischer Form ausgebildet sein. Mit diesem Sensor 10können Biegestrecke X und Rückfederungsstrecke L1 X erfasst werden.
  • Wenn in den Figuren 3 und 4 an Stelle der Drehgeber lineare Signalerzeuger eingesetzt werden, entfallen die in den Figuren gezeichneten Getriebe 12, 13.
  • Die Figur 5 zeigt einen optischen Sensor 20, der verwendet werden kann für das Freibiegen und Gesenkbiegen der Figur 1 sowie für das Schwenkbiegen der Figur 2. Der optische Sensor besteht aus einer Lichtquelle 21, die über Leitungen 211 mit dem nötigen Strom versorgt wird, einer Sammellinse 22, die die Lichtstrahlen 23 gleichmässig auf Lichtleiter 240 - 249 lenkt. Diese Lichtleiter sind als optische Fasern in einem Gestell 26 angeordnet. In Wirklichkeit sind einige Hundert Lichtleiter im Gestell 26 untergebracht. Die Fläche ist so gross wie die gleichmässige Beleuchtung der Lichtleiter 240 - 249 durch die Lichtstrahlen 23 der punktförmigen Lichtquelle 21 gewährleistet ist. Bei Verwendung einer flächenförmigen Lichtquelle kann die Fläche des Gestells 26 für die Lichtleiter grösser gemacht werden, und die Sammellinse 23 ist dann nicht mehr notwendig. Im Raum 25 des optischen Sensors 20 sind Biegeschiene 1, die Matrize 3 für das Freibiegen oder das Gesenk 3 für das Gesenkbiegen gemäss Figur 1 oder die Halterung 6 und die Biegewange 7 für das Schwenkbiegen gemäss Figur 2 angeordnet. Der optische Sensor der Figur 5 liegt in der Zeichenebene der Figur 1 und senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2, sodass die aus den Lichtleitern 240 - 249 austretenden Lichtstrahlen Biegeschiene 1, Blech 2, Matrize bzw. Gesenk 3, Ober- und Unterwange 6 und Biegewange 7 beleuchten. Am anderen Ende des Raumes 25 ist ein ähnliches Gestell 26 mit einigen hundert Lichtleitern 270 - 279 vorgesehen. Diese Lichtleiter empfangen die Licht- und Schattenbereiche der Biegeschiene 1, und des Blechs 2 und leiten sie zu einem Halbleiterbaustein 28, der diese optischen Informationen aus den Lichtleitern 270 - 279 aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt. Solche Sensoren sind als CCD-Halbleiter-Zeilensensoren oder CCD-Halbleiter-Matrixsensoren der Firma Fairchild bekannt. Solche Sensoren sind auch beschrieben im Sonderdruck der Firma Ing. Erich Sommer, Frankfurt am Main 1973, Aufsatz "Reticon line scan camera" Autor H. Friedberg. Diese Sensoren haben eine extrem hohe Bildauflösung von 2048 Punkten pro CCD-Zeilensensor oder von 185'000 Bildelementen pro CCD-Matrixsensor. Daher sind die Lichtleiter 270 - 279 stark gebündelt. Die auf den Halbleiterbaustein 28 gelangende optische Information enthält die Biegestrecke X, den Biegewinkel α, die Rückfederungsstrecke AX und den Rückfederungswinkel Δα mit einer im µm -Bereich liegenden Auflösung. Der Halbleiterbaustein 28 gibt die Information als Halbbilder analog dem TV-Abtastprinzip auf den folgenden Stromkreis 29, dessen Register - und Logikbausteine elektrische Signale, die den detektierten Betrag und die detektierte Richtung der Biegung X, α und der Rückfederung Δ X, Δα repräsentieren, über die Leitung 37 in die elektronische Schaltung 40 der Figur 6 geben.
  • Die Strahlungsleiter 2. Art 270 - 279 können auch am gleichen Ort wie die Strahlungsleiter 1. Art 240 - 249 angeordnet sein. In diesem Fall gelangen die Strahlen aus den Strahlungsleitern 240 - 249 auf einen Reflektor, der sie auf die Strahlungsleiter 270 - 279 reflektiert. Die Strahlungsleiter 2. Art können koaxial um die Strahlungsleiter 1. Art oder als Empfänger neben den Strahlungsleitern 1. Art angeordnet sein. Der Reflektor ist in vorteilhafter Weise am anderen Ende des Raums 25 angebracht.
  • Die Strahlungs£eiter 240 - 249 und 270 - 279 können so vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung 21, 22 und die optronischen Bauteile 28, 29 in einer gewissen Entfernung vom Raum 25 angeordnet sind. Hierdurch wird verhindert, dass die durch den Umformprozess bedingten Erschütterungen auf die Empfindlichen Bauteile 21, 22, 28, 29 übertragen werden.
  • Wenn anstelle der punktförmigen Lichtquelle 21 der Figur 5 ein Laser oder LED verwendet wird, entfallen die Sammellinse 22 und die Lichtleiter 240 - 249 und 270 - 279. Die Strahlen gelangen in diesem Fall direkt auf den Halbleiterbaustein 28 und werden dort in gleicher Weise verarbeitet wie bereits beschrieben.
  • Die elektronische Schaltung 40 der Figur 6 ist als Blockschaltbild gezeichnet. Als Beispiel wurde das Freibiege- bzw. Gesenkbiege-Verfahren nach Figur 1 gewählt. Die Sensoren 10, 20 der Figuren 3, 4, 5 sind mit ihren Umformorganen 14, 28, 29 an den Eingangsleitungen 37 angeschlossen. Die elektrischen Signale, die die Information über den Betrag und die Richtung der ISTbiegung (Strecke X oder Winkel α) bzw. der Rückfederung (Strekke Ax oder Winkel Δα) enthalten, werden in den Auswerter 44 gegeben und im Speicher 41 gespeichert. Diese Signale auf den Leitungen 37 können analog oder digital sein. Ferner werden die Signale im Auswerter 44 auf Aenderungsgeschwinkigkeit, Aenderungsstillstand und Richtung überprüft. Hieraus werdenr die Werte der Rückfederung ΔX oder Δα im Rechner 45 ermittelt und abgespeichert, welcher mittels weiterer Eingaben durch die Stromkreise 46, 47, 48 den neuen SOLL-Wert zur Kompensation der Rückfederungsstrecke Δ X bzw. des Rückfederungswinkels A.oi bildet. Der Eingabe-Stromkreis 46 enthält den SOLL-Wert der Biegung X, d . Der Eingabe-Stromkreis 47 enthält die Eigenschaften des blechförmigen Materials 2, das gebogen werden soll, wie z.B. Werkstoffeigenschaft, Elastizitätsmodul, Walzrichtung und Stärke. Der Eingabestromkreis 48 enthält die Daten der Werkzeuggeometrie, wie z.B. Radius der Biegeschiene 1, Weite der Matrize 3, Lage und Radius der Oberwange 6, gewähltes Biegeverfahren. Die genannten Daten werden vor dem eigentlichen Biegeprozess durch die Bedienungsperson oder durch ein vorgegebenes Programm in die Stromkreise 46, 47, 48 gegeben. Der im Rechner 45 errechnete neue SOLL-Wert enthält die Kraft oder die Strecke, mit der das blechförmige Material 2 ein zweites Mal gebogen werden muss. Der neue SOLL-Wert gelangt über den Signalgeber 48 auf das Stellglied 50. Das Stellglied 50 erzeugt die elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Steuersignale, welche den elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb der Umformmaschine nach Figuren 1 oder 2 steuert. Die Biegeschiene 1 oder Biegewange 7 biegt das blechförmige Material 2 nun zum zweiten Mal. Nach zurückfahren des Werkzeuges ist das Blech 2 um die Rückfederungsstrekke &X weiter gebogen worden und somit der Winkelfehler infolge Rückfederung aufgehoben; d.h. der ursprünglich gewünschte Biegewinkel ist hergestellt.
  • Da nunnach diesem ersten Blech 2 die Korrekturgrösse für die Biegestrecke X bzw. für den Biegewinkel ζ fest liegt, wird jedes folgende Blech in einem einzigen Biegevorgang auf die richtige SOLL-Biegung gebogen. Hierdurch ist eine reproduzierbarkeit der Biegung für jede beliebige Anzahl von Blechen gewährleistet. Die Rüstzeiten und Totzeiten einer Umformmaschine werden auf ein Minimum reduziert.
  • In der Figur 6 sind ein Sensor 60, ein Umformorgan 61 und ein Schalter 5 gestricheltgezeichnet. Dies ist für den Fall gedacht, dass der Sensor mit der Relativ-Bewegung der Biegeschiene 1 zur Matrize oder Gesenk 3 oder mit der Drehachse der Biegewange 7 verbunden ist; d.h., dass Sensor 60 und Umformorgan 61 elektrisch anstelle der Sensoren 10, 20 mit Umformern 14, 28, 29 treten. Der Sensor 60 detektiert die Relativ-Bewegung von Biegeschiene 1 und Matrize 3 resp. die Schwenkung der Biegewange 7 ohne einen Unterschied zu machen zwischen Biegevorgang und Leerbewegung. Da die elektrischen Signale nur für die Biegestrecke X bzw. den Biegewinkel α und für die Rückfederungsstrecke Δ X bzw. den Rückfederungswinkel Δα verlangt werden, ist der Schalter 5 in der Biegeschiene' 1 oder in der Biegewange 7 vorgesehen. Seine Anordnung für das Freibiegen oder Gesenkbiegen geht aus der Figur 1 hervor. Für das Schwenkbiegen der Figur 2 ist der Schalter 5 in der Biegewange 7 angeordnet. Während dem Biegevorgang berührt der Schalter 5 das blechförmige Material 2. Hierdurch wird er geschlossen. Wenn nach dem Biegevorgang das Werkzeug 1,7 zurückfährt, bleibt der Schalter 5 solangegeschlossen, wie das blechförmige Material 2 das Werkzeug berührt. Der Schalter wird erst dann geöffnet, wenn das Werkzeug sich vom blechförmigen Material trennt. Solange der Schalter 5 geschlossen ist, wird ein Signal über Leitung 51 über den Auswerter 44 der elektronischen Schaltung 40 der Figur 6 gegeben. Der Auswerter 44 veranlasst wärend dieser Zeit die Speicherung der IST-Signale des Sensors 60 und Umformorgan 61 in den Speicher 41. Diese Signale werden in der gleichen Weise im Rechner 45 verarbeitet, wie die Signale der Sensoren 10, 20. Das Stellorgan 50 empfängt über den Signalgeber 48 die neuen Werte für den nächsten Biegevorgang zur Kompensation der Rückfederungsstrekke bkX oder des Rückfederungswinkels Δα des blechförmigen Materials 2. Die nachfolgenden Bleche werden mit einem einzigen Biegevorgang auf die gewünschte Biegung gebogen, da der Rückfederungsfehler beseitigt ist. Hierdurch ist eine Reproduzierbarkeit der Biegung für jede beliebige Anzahl von Blechen gewährleistet. Die Rüst- und Totzeit für die Umformmaschine der Figuren 1 oder 2 werden auf ein Minimum reduziert.

Claims (7)

1. Vorrichtung an einer Maschine für Umformarbeiten an blechförmigen Materialien mit Rückfederungseigenschaft, wobei ein von der Maschine bewegbares Werkzeug das blechförmige Material umformt, gekennzeichnet durch folgende Bauteile der Vorrichtung:
- ein Sensor (10, 20, 60) detektiert beim Biegevorgang den Betrag und die Richtung der Biegung (X,ζ) des blechförmigen Materials (2) und/oder beim Oeffnen des Werkzeuges (1, 3, 7) aus seiner SOLL-Position den Betrag und die Richtung der Rückfederung Δx,Δζ)des vom Werkzeug (1, 3, 7) entlasteten blechförmigen Materials (2);
- ein nachgeordnetes Umformorgan (14; 28, 29; 61) erzeugt elektrische Signale (B, R), welche dem detektierten Betrag und der Richtung der Biegung (X,ζ) und/oder Rückfederung (Δ X, Δ ζ ) entsprechen;
- In einer elektronischen Schaltung (40) wird unter Berücksichtigung der Materialkennwerte des blechförmigen Materials (2) und des Werkzeuges (1, 3, 7) sowie der detektierten Biegung ( X,c<) und Rückfederung (Δ X, Δα) ein Signal für die SOLL-Position des Werkzeuges ( 1, 3, 7) erzeugt und gespeichert und auf Stellglieder (50) gegeben, welche das Werkzeug ( 1, 3, 7) in die SOLL-Position fahren.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass der Sensor (10) einen mechanichen beweglichen Taster (11, 17) enthält, welcher Taster die Bewegungsabläufe des blechförmigen Materials (2) auf das Umformorgan (14) gibt zur Erzeugung elektrischer Signale, welche elektrischen Signale den Betrag und die Richtung der Biegestrecke (X) und/oder den Betrag und die Richtung der Rückfederungsstrecke (Δ X) des vom Werkzeug (1, 3) entlasteten blechförmigen Materials (2) angeben. Figuren 3, 4).
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass der Sensor (10) einen am blechförmigen Material (2) anliegenden Stössel (11) enthält, der über ein Getriebe (12, 13) mit einemUnformorgan (14) zur Erzeugung von elektrischen Signalen verbunden ist, welche elektrischen Signale den Betrag und die Richtung der Biegestrecke (X) und/oder den Betrag und die Richtung des Rückfederungsweges ( A X) des vom Werkzeug (1, 3) entlasteten blechförmigen Materials (2) angeben. (Fig. 3).
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass der Sensor (20) folgende Bauteile enthält:
- eine Einrichtung (21, 22) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, deren Strahlen (23) gleichmässig über eine Fläche verteilt sind;
- Strahlungsleiter 1. Art (240 - 249), welche die über eine Fläche gleichmässig verteilten Strahlen (23) empfangen und in einen für das Werkzeug (1, 3, 7) und das blechförmige Material (2) vorgesehenen Raum (25) leiten;
- Strahlungsleiter 2. Art (270 - 279), welche die durch Werkzeug (1, 3, 7) und blechförmiges Material (2) beeinflussten Strahlen aus dem Raum (25) empfangen und weiterleiten;
- Mindestens ein optronisches Bauteil (28, 29), welches die Strahlen von den Strahlungsleitern 2. Art (270 - 279) empfängt und in elektrische Signale umwandelt, welche elektrische Signale den Betrag und die Richtung der Biegestrecke (X) oder des Biegewinkels (vt) des blechförmigen Materials (2) angeben. (Fig. 5)
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass der Sensor (20) folgende Bauteile enthält:
- eine Einrichtung (21, 22) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, deren Strahlen(23)gleichmässig über eine Fläche verteilt sind;
- Strahlungsleiter 1. Art (240 - 249), welche die über eine Fläche gleichmässig verteilten Strahlen (23) empfangen und in einen für das Werkzeug (1, 3, 7) und das blechförmige Material (2) vorgesehenen Raum (25) leiten;
- ein am anderen Ende des Raumes (25) vorgesehener Reflektor, welcher die durch Werkzeug (1, 3, 7) und blechförmiges Material (2) beeinflussten Strahlen auf Strahlungsleiter 2. Art (270 - 279) lenkt;
- Strahlungsleiter 2. Art (270 - 279), welche koaxial um die Strahlungsleiter 1. Art (240 - 249) angeordnet sind;
- mindestens ein optronisches Bauteil (28, 29), welches die Strahlen von den Strahlungsleitern 2. Art (270 - 279) empfängt und in elektrische Signale umwandelt, welche elektrische Signale den Betrag und die Richtung der Rückfederungsstrecke (Δ X) oder des Rückfederungswinkels (Δα) des vom Werkzeug (1, 3, 7) entlasteten blechförmigen Materials (2) angeben.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass ein Sensor (60) mit einem Umformorgan (61) am Werkzeug (1, 3, 7) angeordnet ist und und die relative Bewegung des Werkzeugs zueinander detektiert, und ein Schalter (5) in einem Werkzeugteil (1, 7) vorgesehen ist, der infolge Berührung mit dem blechförmigen Material (2) seinen Zustand (ein/aus) während dieser Zeit über Leitung (51) als Signal in die elektronische Schaltung (40) gibt.( Fig. 1, 2, 6).
7. Vorrichtung nach Patenanspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (40) folgende Schaltungsteile enthält:
- eine Auswerteschaltung (44) und Istbetrag- Speicher (41) zum Empfangen der die Bewegung (X,o¿) und/oder die Rückführung-Information (Δ X, Δα) enthaltenden Signale;
- einen Rechner (45) mit Eingabe-Stromkreisen (46, 47, 48) zur Eingabe der SOLL-Werte der Biegung (X, α) und der Parameter, welche die Eigenschaften des umzuformenden blechförmigen Materials (2), des gewählten Umformverfahrens und gegebenenfalls des Werkzeuges (1, 3, 7) repräsentieren, wobei der Rechner (45) vom Speicher (41) und von der Auswerteschaltung (44) die Signale der Biegung (X, ζ ) und/oder der Rückfederung (ΔX,Δζ) empfängt und mit den SOLL-Werten und den Parametern aus den Eingabe-Stromkreisen (46, 47, 48) verarbeitet. (Fig.6)
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