EP3515624A1

EP3515624A1 - Verfahren; werkzeugmaschine und schlitzwerkzeug zum mehrhubig fortschreitenden schlitzen von plattenförmigen werkstücken

Info

Publication number: EP3515624A1
Application number: EP17783767.1A
Authority: EP
Inventors: Markus Wilhelm; Rainer Hank; Marc Klinkhammer; Leonard Schindewolf; Simon OCKENFUSS; Dr. Jens KAPPES; Dennis Tränklein; Alexander Tatarczyk; Dr. Jörg NEUPERT; Dominik BITTO; Markus MAATZ; Christian JAKISCH
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-07-31
Also published as: CN109843465B; WO2018055190A1; US11325176B2; CN109843465A; US20190217369A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Werkzeugmaschine als auch ein Schlitzwerkzeug zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken (10), insbesondere von Blechen, mittels eines Schlitzwerkzeuges (31), welches einen Stempel (11) und eine Matrize (9) umfasst, zwischen denen das zu bearbeitende Werkstück (10) positioniert wird, wobei das Werkstück (10) und das Schlitzwerkzeug (31) zwischen Hüben des Stempels (11) und der Matrize (9) mit wenigstens einer Vorschubbewegung relativ zueinander in Vorschubrichtung (39) bewegt werden, wobei in der Arbeitsphase das Schlitzwerkzeug (31) einen Schlitzhub zum Freischneiden des Materialstreifens (58) und einen Kapphub zum Abtrennen des Materialstreifens (58) durchführt, in welcher der Stempel (11) und/oder die Matrize (9) mit einer Hubbewegung und einer zweiten Bewegungsrichtung entlang einer Bewegungsachse abweichend zur Hubbewegung überlagert angesteuert werden.

Description

Verfahren, Werkzeugmaschine und Schlitzwerkzeug zum
mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von
plattenförmigen Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Werkzeugmaschine und ein Schlitzwerkzeug zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken, insbesondere von Blechen.
Zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Schnittflächen dient derzeit ein gattungsgemäßes Verfahren gemäß der DE 200 20 499 U1. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass mittels eines Schlitzwerkzeuges, welches einen Stanzstempel und eine Matrize umfasst, zwischen denen das zu bearbeitende Werkstück positioniert wird, Schlitze eingebracht werden. Der Stempel und die Matrize weisen jeweils zwei in Schlitzrichtung verlaufende Längsschneiden und an deren Längsenden der Längsschneiden zwischen diesen quer zu der Schlitzrichtung verlaufende Querschneiden auf, wobei die Längsschneiden an dem Stempel in Schlitzrichtung gegenüber der Matrize ansteigen und eine vordere Querschneide des Stempels höher als eine hintere Querschneide liegt. Im Laufe des Verfahrens werden der Stempel und die Matrize relativ zueinander aufeinander zu bewegt und das Schlitzwerkzeug und das Werkstück relativ zueinander in Vorschubrichtung bewegt. Der Stempel und die Matrize führen bei ihrer Relativbewegung Hübe in Form von Schlitzhüben und wenigstens einen Kapphub aus.
Die Matrize weist eine Durchbrechung auf, welche in der Länge durch eine vordere Querschneide und eine innerhalb der Matrize liegenden und gegenüber der Werkstückauflagefläche vertieften Kappkante begrenzt ist. Eine erste Ausführungsform des Schlitzwerkzeuges umfasst einen zweiteiligen Stempel, bei welchem erste Längsschneiden zum Freischneiden des Materialstreifens in die Durchbrechung der Matrize eintauchen können, und zweite Längsschneiden des Stempels zur Anlage an der Kappkante der Matrize gebracht werden. Dadurch kann mittels einer Hubbewegung des Stempels zur Matrize ein Freischneiden des Materialstreifens und ein Abtrennen des Materialstreifens durchgeführt werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Schlitzwerkzeugs ist der Stempel einteilig mit einer durchgehenden Längsschneide ausgebildet. Der Stempel wird mit einer Hubbewegung zum Freischneiden des Materialstreifens auf die Matrize zubewegt, und der Materialstreifen an der Kappkante abgetrennt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Stillsetzen der Hubbewegung erforderlich, um ein Aufeinandertreffen der Längsschneide des Stempels und der Kappkante der Matrize zu vermeiden.
Bei beiden Ausführungsformen wird darauffolgend der Stempel in entgegengesetzter Richtung zur Hubbewegung von der Matrize abgehoben. In einer Endphase wird nach dem Freischneiden des Materialstreifens der Stempel um 180° gedreht, um durch einen letzten Kapphub den Materialstreifen aus dem Vollmaterial freizuschneiden.
Aus der EP 1 317 974 B1 ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzen in plattenförmigen Werkstücken mit einem Schlitzwerkzeug bekannt, welches einen Stanzstempel und eine Matrize umfasst. Der Stanzstempel und die Matrize weisen jeweils zwei in Schlitzrichtung verlaufende Längsschneiden und an deren Längsenden der Längsschneiden zwischen diesen quer zur Schlitzrichtung verlaufende Querschneiden auf. Die Matrize weist abweichend zur Matrize der DE 200 20 499 U1 keine innenliegende Kappkante auf.
Zur Herstellung eines Schlitzes in dem plattenförmigen Werkstück wird in einer Anschnittphase ein Anschnittschlitzhub durchgeführt, bei welchem ein Anschnitt mit Abstand von dem Werkstückrand hergestellt wird. Dabei wird ein Materialstreifen freigeschnitten, der an einem Ende mit dem plattenförmigen Werkstück verbunden bleibt. Der Stempel und die Matrize werden voneinander weg bewegt. Darauffolgend erfolgt mit einer Koordinatenführung der Werkzeugmaschine eine Bewegung des plattenförmigen Materials in Vorschubrichtung, so dass in einem darauffolgenden Schlitzhub der freigeschnittene Materialstreifen verlängert wird. Anschließend werden der Stempel und die Matrize wieder voneinander weg bewegt. Durch die Koordinatenführung wird ein Rückhub eingeleitet, der entgegengesetzt gerichtet zum Vorschub ist. Der Rückhub ist dann beendet, sofern das vordere freie Ende des Materialstreifens innerhalb einer Schlitzöffnung der Matrize liegt. Es wird also ein Pendelhub durchgeführt. Anschließend erfolgt ein Kapphub, um den freigeschnittenen Materialstreifen vollständig abzutrennen.
Im Anschluss an diese Anschnittphase erfolgt eine Arbeitsphase. In dieser Arbeitsphase wird zunächst wiederum mittels der Koordinatenführung das plattenförmige Werkstück in Vorschubrichtung um eine Vorschublänge bewegt, die der maximal erzielbaren Schnittlänge entspricht. Anschließend wird ein Schlitzhub durchgeführt, um wiederum einen Materialstreifen freizuschneiden. Darauf folgend werden innerhalb der Arbeitsphase der Stempel und die Matrize wieder voneinander weg bewegt. Die Koordinateneinrichtung führt wiederum einen Rückhub durch. Darauf folgend wird ein Kapphub durch das Aufeinanderzubewegen des Stempels und der Matrize eingeleitet, um den freigeschnittenen Materialstreifen abzutrennen. Diese Arbeitsphase mit dem Schlitzhub und dem darauf folgenden Kapphub, wobei zwischen dem Schlitzhub und dem Kapphub eine Schubbewegung des plattenförmigen Werkstückes durch die Koordinateneinrichtung angesteuert wird, kann sich in Abhängigkeit der Länge des einzubringenden Schlitzes mehrfach wiederholen.
In einer Endphase wird nach dem Freischneiden des Materialstreifens das plattenförmige Material mit der Koordinateneinrichtung in Vorschubrichtung bewegt um darauf folgend mit einem letzten Kapphub einen Materialstreifen aus dem vollen Material, also jenseits der Verbindung mit dem restlichen Werkstück, freizuschneiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Maschine als auch ein Schlitzwerkzeug zum Herstellen von Schlitzen in plattenförmigen Werkstücken vorzuschlagen, durch welche die Qualität der Schnittflächen, insbesondere bei der Herstellung von Sichtkanten und beim Besäumen von Werkstücken, weiter erhöht und die Bearbeitungsdauer zum Einbringen von Schlitzen reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken gelöst, bei dem in einer Arbeitsphase des Schlitzwerkzeuges ein Schlitzhub zum Freischneiden des Materialstreifens und ein Kapphub zum Abtrennen des Materialstreifens ausgeführt wird, in welcher der Stempel und/oder die Matrize mit einer Hubbewegung entlang einer Hubachse und einer weiteren Verfahrbewegung entlang einer Bewegungsachse abweichend zur Hubbewegung überlagert angesteuert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass in dieser einen Arbeitsphase sowohl ein Anscheren eines Materialstreifens sowie ein darauffolgendes Freischneiden des Materialstreifens ermöglicht wird. Dadurch kann eine Verkürzung der Arbeitszeit und somit des Prozesszyklus erreicht werden. Durch diese überlagerte Verfahrbewegung des Stempels und/oder der Matrize innerhalb eines Arbeitsprozesses kann auch die Qualität der Schnittfläche verbessert werden, da eine durchgehende Ansteuerung einer Arbeitsphase ermöglicht ist, wodurch eine verbesserte Schnittführung gegeben ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass während der Arbeitsphase die Position des Werkstücks zum Stempel oder die Position des Werkstücks zur Matrize beibehalten wird. Dadurch kann eine weitere Erhöhung der Schnittqualität erzielt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in der Arbeitsphase das Schlitzwerkzeug mit einem rückhubfreien Arbeitshub angesteuert wird, bei dem durch einen Schlitzhub der Materialstreifen freigeschnitten wird und mit einem vorzugsweise darauffolgenden Kapphub der Materialstreifen vom Werkstück abgetrennt wird. Diese Arbeitsphase ermöglicht, dass zunächst durch eine Hubbewegung der Materialstreifen freigeschnitten und anschließend mit einer überlagerten Verfahrbewegung entlang der Hubachse und der oberen Positionierachse ein darauffolgender Kapphub des Materialschneidens durchgeführt wird. Der Kapphub erfolgt durch eine Verfahrbewegung entlang der Hubachse. Durch Vermeidung eines Pendelhubes beziehungsweise eines Rückhubes kann eine weitere Prozesszeitoptimierung ermöglicht sein.
Der Arbeitshub in einer Arbeitsphase ist bevorzugt in mehrere Hubphasen untergliedert, wobei in einer ersten Hubphase für den Schlitzhub eine einachsige Hubbewegung angesteuert wird, in welcher der Stempel und/oder die Matrize aufeinander zubewegt werden. Nach dem Freischneiden des Materialstreifens durch die einachsige Hubbewegung wird bevorzugt eine zweite Hubphase eingeleitet, bei der die einachsige Hubbewegung des Stempels oder der Matrize mit einer zweiten Bewegungsrichtung entlang der Positionierachse überlagert wird, so dass eine geneigte oder schräg verlaufende Hubbewegung angesteuert wird. Dadurch werden eine Positionsachse des Stempels und eine Positionsachse der Matrize zueinander parallel verfahren. Bevorzugt wird also zuerst der Schlitzhub und anschließend in derselben Arbeitsphase der Kapphub durchgeführt.
Eine erste Hubphase des Arbeitshubes ist bevorzugt dann beendet, sobald eine vordere Querschneide des Stanzstempels auf eine Höhe einer vorderen Querschneide der Matrize übergeführt ist. Dadurch kann ein gezieltes Freischneiden des Materialstreifens erzielt werden, so dass dieser mit einem gegenüberliegenden Ende noch am Werkstück verbleibt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Hubphase des Arbeitshubes dann beendet wird, sobald eine vordere Querschneide des Stempels im Abstand zur Materialstärke des Werkstücks zur Matrize positioniert ist.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in der Arbeitsphase die zweite Hubphase des Arbeitshubes beendet wird, sobald die vordere Querschneide des Stempels einer innenliegenden und gegenüber der vorderen Querschneide der Matrize tiefer liegenden Kappkante in der Matrize gegenüberliegend positioniert wird.
Eine sich an die zweite Hubphase des Arbeitshubes anschließende dritte Hubphase wird bevorzugt wieder durch eine einachsige Hubbewegung des Stempels und/oder der Matrize angesteuert, so dass in einfacher Weise der freigeschnittene Materialstreifen vom Werkstück an der Kappkante abgetrennt werden kann.
Eine dem Arbeitshub vorausgehende Anschnittphase umfasst bevorzugt einen ersten Arbeitshub, bei welchem ein Materialstreifen freigeschnitten wird, wobei die Hubbewegung des Stempels zur Matrize beschränkt ist, so dass nur ein Teil der Längsschneide des Stempels in die Öffnung der Matrize eintritt. Dadurch kann quasi ein Anscheren erfolgen und der Materialstreifen zumindest teilweise in die Öffnung der Matrize durch eine Biegung übergeführt sein.
Bevorzugt schließen sich an den ersten Arbeitshub der Anschlitzphase die Hubphasen des Arbeitshubes in der Arbeitsphase an. Zum Einbringen eines ersten Schlitzes ist nur ein kurzer erster Arbeitszyklus erforderlich, wobei die sich daran anschließenden Arbeitszyklen für die Arbeitsphase sich in Abhängigkeit der Länge des Schlitzes mehrfach wiederholen können.
Nach der Durchführung der Arbeitsphase wird bevorzugt eine Endphase angesteuert, bei der das Schlitzwerkzeug unter Beibehaltung der Position des Werkstücks um 180° um die Positionsachse gedreht wird und darauffolgend ein Endhub durchgeführt wird, bei welchem ein Teil des Materialstreifens aus dem vollen Material des Werkstücks freigeschnitten wird. Dadurch kann ein sauberer letzter Trennschnitt erfolgen, so dass eine mögliche Ansenkung des Materialstreifens gegenüber der Werkstückebene unterbleibt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Werkzeugmaschine zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken gelöst, bei welchem der Stempel und/oder die Matrize zumindest an einer Hubantriebsvorrichtung angeordnet und aufeinander zubewegbar sind und die zumindest eine Hubantriebsvorrichtung an einer vom Maschinenrahmen gehaltenen oberen und/oder unteren Positionierachse verfahrbar vorgesehen ist, welche senkrecht zur Hubachse des Stempels und der Matrize vorgesehen ist und jede Positionierachse unabhängig von der anderen durch die Steuerung ansteuerbar ist, so dass der Stempel und/oder die Matrize zumindest für einen Arbeitshub in einer Arbeitsphase ansteuerbar sind. Durch die unabhängige Ansteuerung in der Verfahrbewegung des Stempels und/oder der Matrize entlang der oberen und unteren Positionierachse ist ermöglicht, dass eine gegenüber der Hubachse geneigte Hubbewegung des Stempels und/oder der Matrize ansteuerbar ist. Eine solche außerhalb der Hubachse liegende Hubbewegung kann in Abhängigkeit der Länge der Schneiden des Stempels und/oder der Matrize in Schlitzrichtung angesteuert werden. Durch die Ansteuerung der Hubbewegung außerhalb einer Hubachse, insbesondere vertikalen Hubachse, kann eine rückhubfreie Bearbeitung zum Einbringen von Schlitzen ermöglicht sein.
Zur Positionierung des plattenförmigen Werkstücks in der Werkzeugmaschine ist bevorzugt vorgesehen, dass das Schlitzwerkzeug zwischen der Anschlitzphase, der Arbeitsphase und der Endphase sowie zwischen zwei Arbeitshüben in der Arbeitsphase durch eine obere und/oder untere Antriebsanordnung bewegbar ist. Durch diese Antriebsanordnung kann das Schlitzwerkzeug entlang der oberen und unteren Positionierachse unabhängig verfahren werden, wobei die Antriebsanordnung einen motorischen Antrieb umfasst, um die jeweilige Verfahrbewegung anzusteuern.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Schlitzwerkzeug, insbesondere zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, gelöst, welches einen Stempel und eine Matrize aufweist, wobei der Stempel zwei in Schlitzrichtung verlaufende Längsschneiden und an den Längsenden der Längsschneiden mit zwischen diesen quer zur Schlitzrichtung verlaufenden Querschneiden ausgebildet ist. Die Längsschneiden am Stempel steigen in Richtung auf die vordere Querschneide gegenüber der hinteren Querschneide an. Die Matrize weist zwei in Schlitzrichtung verlaufende Längsschneiden auf und an den Längsenden der Längsschneiden ist eine zwischen diesen quer zur Schlitzrichtung verlaufende vordere und hintere Querschneide vorgesehen. Eine Öffnung in einer Anlagefläche der Matrize ist länger als die Längsschneide des Stempels und an dieser Öffnung angrenzend ist eine innenliegende Kappkante vorgesehen, welche gegenüber der vorderen Querschneide der Matrize vertieft und in Richtung auf die hintere Querschneide der Matrize zurückversetzt ist. Die hintere Querschneide und die Kappkante begrenzen die Länge der Öffnung in der Matrize. Die Länge der Längsschneiden des Stempels entsprechen der Länge der Durchbrechung in der Matrize. Insbesondere entspricht die Länge der Längsschneiden des Stempels und eine Breite für einen Schneidspalt zwischen dem Stempel und der Matrize der Länge der Durchbrechung. Durch ein solches Schlitzwerkzeug wird ermöglicht, dass in einem Arbeitshub sowohl ein Anscheren oder ein Freischneiden des Materialstreifens als auch ein sich daran anschließender Kapphub ermöglicht wird. Dadurch kann ein Arbeitshub in der Arbeitsphase durch eine Bewegung des Stempels und der Matrize relativ zueinander durchlaufen werden, ohne dass ein Rückhub erforderlich ist. Dadurch können wiederum die Taktzeiten verkürzt sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schlitzwerkzeug einen einteiligen Stempel aufweist. Bei diesem Schlitzwerkzeug sind die Längsschneiden durchgehend an dem Stempel vorgesehen. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
Figur 2 eine schematisierte Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Hubantriebsvorrichtung und eines motorischen Antriebes gemäß Figur 1,
Figur 3 ein schematisches Diagramm einer überlagerten Hubbewegung in Y- und Z-Richtung des Stößels gemäß Figur 1,
Figur 4 ein schematisches Diagramm einer weiteren überlagerten Hubbewegung in Y- und Z-Richtung des Stößels gemäß Figur 1,
Figur 5 eine schematische Ansicht von oben auf die Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 mit Werkstückauflageflächen,
Figur 6 eine schematische Seitenansicht eines Schlitzwerkzeuges,
Figur 7 eine schematische Ansicht von oben auf eine Matrize des Schlitzwerkzeuges gemäß Figur 6,
Figuren 8/1 bis 8/5 Prinzipdarstellungen zum Ablauf einer Anschnittphase bei Betrieb der Werkzeugmaschine nach Figur 1,
Figuren 9/1 bis 9/5 Prinzipdarstellungen zum Ablauf einer Arbeitsphase bei Betrieb der Werkzeugmaschine nach Figur 1,
Figuren 10/1 und 10/2 Prinzipdarstellungen zum Ablauf einer Endphase bei Betrieb der Werkzeugmaschine nach Figur 1 und
Figur 11 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Matrize zu Figur 6.
In Figur 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 dargestellt, welche als Stanzpresse ausgebildet ist. Diese Werkzeugmaschine 1 umfasst eine Tragstruktur mit einem geschlossenen Maschinenrahmen 2. Dieser umfasst zwei horizontale Rahmenschenkel 3, 4 sowie zwei vertikale Rahmenschenkel 5 und 6. Der Maschinenrahmen 2 umschließt einen Rahmeninnenraum 7, der den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1 mit einem Oberwerkzeug 11 und einem Unterwerkzeug 9 bildet.
Die Werkzeugmaschine 1 dient zur Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken 10, welche der Einfachheit halber in Figur 1 nicht dargestellt sind und können zu Bearbeitungszwecken im Rahmeninnenraum 7 angeordnet werden. Ein zu bearbeitendes Werkstück 10 wird auf eine im Rahmeninnenraum 7 vorgesehene Werkstückabstützung 8 abgelegt. In einer Aussparung der Werkstückabstützung 8 ist am unteren horizontalen Rahmenschenkel 4 des Maschinenrahmens 2 das Unterwerkzeug 9 beispielsweise in Form einer Stanzmatrize gelagert. Diese Stanzmatrize kann mit einer Matrizenöffnung versehen sein. Bei einer Stanzbearbeitung taucht in die Matrizenöffnung des als Stanzmatrize ausgebildeten Unterwerkzeuges das als Stanzstempel ausgebildete Oberwerkzeug 11 ein.
Das Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug 9 kann anstelle von einem Stanzstempel und einer Stanzmatrize auch als ein Biegestempel sowie eine Biegematrize zum Umformen von Werkstücken 10 eingesetzt werden.
Das Oberwerkzeug 11 ist in einer Werkzeugaufnahme an einem unteren Ende eines Stößels 12 fixiert. Der Stößel 12 ist Teil einer Hubantriebsvorrichtung 13, mittels derer das Oberwerkzeug 11 in eine Hubrichtung entlang einer Hubachse 14 bewegt werden kann. Die Hubachse 14 verläuft in Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems einer in Figur 1 angedeuteten numerischen Steuerung 15 der Werkzeugmaschine 1. Senkrecht zur Hubachse 14 kann die Hubantriebsvorrichtung 13 längs einer Positionierachse 16 in Richtung des Doppelpfeils bewegt werden. Die Positionierachse 16 verläuft in Richtung der Y-Achse des Koordinatensystems der numerischen Steuerung 15. Die das Oberwerkzeug 11 aufnehmende Hubantriebsvorrichtung 13 wird mittels eines motorischen Antriebs 17 längs der Positionierachse 16 verfahren.
Die Bewegung des Stößels 12 entlang der Hubachse 14 und die Positionierung der Hubantriebsvorrichtung 13 entlang der Positionierachse 16 erfolgen mittels eines motorischen Antriebes 17 in Form einer Antriebsanordnung 17, insbesondere Spindelantriebsanordnung, mit einer in Richtung der Positionierachse 16 verlaufenden und mit dem Maschinenrahmen 2 fest verbundenen Antriebsspindel 18. Geführt wird die Hubantriebsvorrichtung 13 bei Bewegungen längs der Positionierachse 16 an drei Führungsschienen 19 des oberen Rahmenschenkels 3, von denen in Figur 1 zwei Führungsschienen 19 zu erkennen sind. Die eine übrige Führungsschiene 19 verläuft parallel zur sichtbaren Führungsschiene 19 und ist von dieser in Richtung X-Achse des Koordinatensystems der numerischen Steuerung 15 beabstandet. Auf den Führungsschienen 19 laufen Führungsschuhe 20 der Hubantriebsvorrichtung 13. Der gegenseitige Eingriff der Führungsschiene 19 und der Führungsschuhe 20 ist dergestalt, dass diese Verbindung zwischen den Führungsschienen 19 und den Führungsschuhen 20 auch eine in vertikaler Richtung wirkende Last aufnehmen kann. Dementsprechend ist die Hubantriebsvorrichtung 13 über die Führungsschuhe 20 und die Führungsschienen 19 am Maschinenrahmen 2 aufgehängt. Ein weiterer Bestandteil der Hubantriebsvorrichtung 13 ist ein Keilgetriebe 21, durch welches eine Lage des Oberwerkzeuges 11 relativ zum Unterwerkzeug 9 einstellbar ist.
Das Unterwerkzeug 9 ist entlang einer unteren Positionierachse 25 verfahrbar aufgenommen. Diese untere Positionierachse 25 verläuft in Richtung der Y-Achse des Koordinatensystems der numerischen Steuerung 15. Vorzugsweise ist die untere Positionierachse 25 parallel zur oberen Positionierachse 16 ausgerichtet. Das Unterwerkzeug 9 kann unmittelbar an der unteren Positionierachse 16 mit einer motorischen Antriebsanordnung 26 entlang der Positionierachse 25 verfahren werden. Alternativ oder ergänzend kann das Unterwerkzeug 9 auch an einer Hubantriebsvorrichtung 27 vorgesehen sein, welche entlang der unteren Positionierachse 25 mittels der motorischen Antriebsanordnung 26 verfahrbar ist. Diese Antriebsanordnung 26 ist bevorzugt als Spindelantriebsanordnung ausgebildet. Die untere Hubantriebsvorrichtung 27 kann im Aufbau der oberen Hubantriebsvorrichtung 13 entsprechen. Ebenfalls kann die motorische Antriebsanordnung 26 der motorischen Antriebsanordnung 17 entsprechen.
Die untere Hubantriebsvorrichtung 27 ist an dem unteren horizontalen Rahmenschenkel 4 zugeordneten Führungsschienen 19 verschiebbar gelagert. Auf den Führungsschienen 19 laufen Führungsschuhe 20 der Hubantriebsvorrichtung 27, so dass die Verbindung zwischen den Führungsschienen 19 und Führungsschuhen 20 am Unterwerkzeug 9 auch eine in vertikaler Richtung wirkende Last aufnehmen kann. Dementsprechend ist auch die Hubantriebsvorrichtung 27 über die Führungsschuhe 20 und die Führungsschienen 19 am Maschinenrahmen 2 und beabstandet zu den Führungsschienen 19 und Führungsschuhen 20 der oberen Hubantriebsvorrichtung 13 aufgehängt. Auch die Hubantriebsvorrichtung 27 kann ein Keilgetriebe 21 umfassen, durch welches die Lage beziehungsweise Höhe des Unterwerkzeuges 9 entlang der Z-Achse einstellbar ist.
Durch die numerische Steuerung 15 können sowohl die motorischen Antriebe 17 für eine Verfahrbewegung des Oberwerkzeuges 11 entlang der oberen Positionierachse 16 als auch der oder die motorischen Antriebe 26 für eine Verfahrbewegung des Unterwerkzeuges 9 entlang der unteren Positionierachse 25 unabhängig voneinander angesteuert werden. Somit ist das Ober- und Unterwerkzeug 11, 9 synchron in Richtung der Y-Achse des Koordinatensystems verfahrbar. Ebenso kann eine unabhängige Verfahrbewegung des Ober- und Unterwerkzeuges 11, 9 auch in verschiedene Richtungen angesteuert werden. Diese unabhängige Verfahrbewegung des Ober- und Unterwerkzeuges 11, 9 kann zeitgleich angesteuert werden. Durch die Entkopplung der Verfahrbewegung zwischen dem Oberwerkzeug 11 und dem Unterwerkzeug 9 kann eine erhöhte Flexibilität in der Bearbeitung von Werkstücken 10 erzielt werden. Auch kann das Ober- und Unterwerkzeug 11, 9 zur Bearbeitung der Werkstücke 10 in vielfältiger Weise ausgebildet sein.
Ein Bestandteil der Hubantriebsvorrichtung 13 ist das Keilgetriebe 21, welches in Figur 2 dargestellt ist. Das Keilgetriebe 21 umfasst zwei antriebsseitige Keilgetriebeelemente 122, 123, sowie zwei abtriebsseitige Keilgetriebeelemente 124, 125. Letztere sind konstruktiv zu einer Baueinheit in Form eines abtriebsseitigen Doppelkeils 126 zusammengefasst. An dem abtriebsseitigen Doppelkeil 126 ist der Stößel 12 um die Hubachse 14 drehbar gelagert. Eine motorische Drehantriebsvorrichtung 128 ist in dem abtriebsseitigen Doppelkeil 126 untergebracht und verfährt den Stößel 12 bei Bedarf entlang der Hubachse 14. Dabei ist sowohl eine Links- als auch eine Rechtsdrehung des Stößels 12 gemäß dem Doppelpfeil in Figur 2 möglich. Eine Stößellagerung 129 ist schematisch dargestellt. Zum einen erlaubt die Stößellagerung 129 reibungsarme Drehbewegungen des Stößels 12 um die Hubachse 14, zum anderen lagert die Stößellagerung 129 den Stößel 12 in axialer Richtung und trägt dementsprechend Lasten, die auf den Stößel 12 in Richtung der Hubachse 14 wirken in den abtriebsseitigen Doppelkeil 126 ab.
Der abtriebsseitige Doppelkeil 126 wird durch eine Keilfläche 130, sowie durch eine Keilfläche 131 des abtriebsseitigen Getriebeelementes 125 begrenzt. Den Keilflächen 130, 131 der abtriebsseitigen Keilgetriebeelemente 124, 125 liegen Keilflächen 132, 133 der antriebsseitigen Keilgetriebeelemente 122, 123 gegenüber. Durch Längsführungen 134, 135 sind das antriebsseitige Keilgetriebeelement 122 und das abtriebsseitige Keilgetriebeelement 124, sowie das antriebsseitige Keilgetriebeelement 123 und das abtriebsseitige Keilgetriebeelement 125 in Richtung der Y-Achse, das heißt, in Richtung der Positionierachse 16 der Hubantriebsvorrichtung 13 relativ zueinander bewegbar geführt.
Das antriebsseitige Keilgetriebeelement 122 verfügt über eine motorische Antriebseinheit 138, das antriebsseitige Keilgetriebeelement 123 über eine motorische Antriebseinheit 139. Beide Antriebseinheiten 138, 139 gemeinsam bilden die Spindelantriebsanordnung 17.
Den motorischen Antriebseinheiten 138, 139 gemeinsam ist die in Figur 1 gezeigte Antriebsspindel 18 sowie die an dem Maschinenrahmen 2 gelagerte und folglich tragstrukturseitige Hubantriebsvorrichtung 13, 27.
Zu den motorischen Antriebseinheiten 138, 139 werden die antriebsseitigen Keilgetriebeelemente 122, 123 derart betrieben, dass diese sich entlang der Positionierachse 16 beispielsweise aufeinander zu bewegen, wodurch sich eine Relativbewegung zwischen den antriebsseitigen Keilgetriebeelementen 122, 123 einerseits und den abtriebsseitigen Keilgetriebeelementen 124, 125 anderseits ergibt. Infolge dieser Relativbewegung wird der abtriebsseitige Doppelkeil 126 und der daran gelagerte Stößel 12 entlang der Hubachse 14 nach unten bewegt. Der an dem Stößel 12 beispielsweise als Oberwerkzeug 11 montierte Stanzstempel führt einen Arbeitshub aus und bearbeitet dabei ein auf der Werkstückauflage 28, 29 bzw. der Werkstückabstützung 8 gelagertes Werkstück 10. Durch eine entgegengesetzte Bewegung der Antriebskeilelemente 122, 123 wird der Stößel 12 wiederum entlang der Hubachse 14 angehoben bzw. nach oben bewegt.
Die vorbeschriebene Hubantriebsvorrichtung 13 gemäß Figur 2 ist bevorzugt baugleich als untere Hubantriebsvorrichtung 27 ausgebildet und nimmt das Unterwerkzeug 9 auf.
In Figur 3 ist ein schematisches Diagramm einer möglichen Hubbewegung des Stößels 12 dargestellt. Das Diagramm zeigt einen Hubverlauf entlang der Y-Achse und der Z-Achse. Durch eine überlagerte Ansteuerung einer Verfahrbewegung des Stößels 12 entlang der Hubachse 14 und entlang der Positionierachse 16 kann beispielsweise eine schräg verlaufende Hubbewegung des Hubstößels 12 nach unten auf das Werkstück 10 zu angesteuert werden, wie dies durch die erste Gerade A dargestellt ist. Darauffolgend nach Durchführung des Hubes kann der Stößel 12 beispielsweise senkrecht abgehoben werden, wie dies durch die Gerade B dargestellt ist. Anschließend erfolgt beispielsweise eine ausschließliche Verfahrbewegung entlang der Y-Achse gemäß der Geraden C, um den Stößel 12 für eine neue Arbeitsposition zum Werkstück 10 zu positionieren. Darauffolgend kann sich beispielsweise die zuvor beschriebene Arbeitsabfolge wiederholen. Sofern für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt das Werkstück 10 auf der Werkstückauflagefläche 28, 29 verfahren wird, kann auch eine Verfahrbewegung entlang der Geraden C entfallen.
Die im Diagramm in Figur 3 dargestellte mögliche Hubbewegung des Stößels 12 am Oberwerkzeug 11 ist bevorzugt mit einem stillstehend gehaltenen Unterwerkzeug 9 kombiniert. Dabei ist das Unterwerkzeug 9 derart innerhalb des Maschinenrahmens 2 positioniert, dass am Ende eines Arbeitshubes des Oberwerkzeuges 11 das Ober- und Unterwerkzeug 11, 9 eine definierte Position einnehmen.
Dieser beispielhafte überlagerte Hubverlauf kann sowohl für das Oberwerkzeug 11 als auch das Unterwerkzeug 9 angesteuert werden. In Abhängigkeit der zu erfolgenden Bearbeitung des Werkstückes 10 kann eine überlagerte Hubbewegung des Oberwerkzeuges und/oder Unterwerkzeuges 11, 9 angesteuert werden.
In Figur 4 ist ein schematisches Diagramm dargestellt, welches eine Hubbewegung des Stößels 12 gemäß der beispielhaft dargestellten Linie D entlang einer Y-Achse und einer Z-Achse darstellt. Abweichend zu Figur 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass eine Hubbewegung des Stößels 12 einen Kurvenverlauf oder Bogenverlauf durchlaufen kann, indem eine Überlagerung der Verfahrbewegungen in Y-Richtung und Z-Richtung entsprechend durch die Steuerung 15 angesteuert wird. Durch eine solche flexible Überlagerung der Verfahrbewegungen in X- und Z-Richtung lassen sich spezifische Bearbeitungsaufgaben lösen. Die Ansteuerung eines solchen Kurvenverlaufes kann für das Oberwerkzeug 11 und/oder Unterwerkzeug 9 vorgesehen sein.
In Figur 5 ist eine schematische Ansicht auf die Werkzeugmaschine 1 gemäß Figur 1 dargestellt. An dem Maschinenrahmen 2 der Werkzeugmaschine 1 erstreckt sich seitlich jeweils eine Werkstückauflage 28, 29. Die Werkstückauflage 28 kann beispielsweise einer nicht näher dargestellten Beladestation zugeordnet sein, durch welche unbearbeitete Werkstücke 10 auf die Werkstückauflage 28 aufgelegt werden. An die Werkstückauflage 28, 29 angrenzend ist eine Vorschubeinrichtung 22 vorgesehen, welche mehrere Greifer 23 umfasst, um das auf die Werkstückauflage 28 aufgelegte Werkstück 10 zu greifen. Mittels der Vorschubeinrichtung 22 wird das Werkstück 10 in X-Richtung durch den Maschinenrahmen 2 hindurchgeführt. Vorzugsweise kann die Vorschubeinrichtung 22 auch in Y-Richtung verfahrbar angesteuert werden. Dadurch kann eine freie Verfahrbewegung des Werkstücks 10 in der X-Y-Ebene vorgesehen sein. In Abhängigkeit der Arbeitsaufgabe kann das Werkstück 10 durch die Vorschubeinrichtung 22 sowohl in X-Richtung als auch entgegen der X-Richtung bewegbar sein. Diese Verfahrbewegung des Werkstücks 10 kann auf eine Verfahrbewegung des Oberwerkzeuges 11 und Unterwerkzeuges 9 in und entgegen der Y-Richtung für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe angepasst sein.
Der Werkstückauflage 28 gegenüberliegend ist die weitere Werkstückauflage 29 am Maschinenrahmen 2 vorgesehen. Diese kann beispielsweise einer Entladestation zugeordnet sein. Alternativ kann die Be- und Entladung des unbearbeiteten Werkstücks 10 und bearbeiteten Werkstücks 10 mit Werkstücken 81 auch derselben Werkstückauflage 28, 29 zugeordnet sein.
Die Werkzeugmaschine 1 kann des Weiteren eine Laserbearbeitungsvorrichtung 201, insbesondere eine Laserschneidmaschine, aufweisen, welche nur schematisch in einer Draufsicht in Figur 5 dargestellt ist. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung 201 kann beispielsweise als eine CO₂-Laserschneidmaschine ausgebildet sein. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 201 umfasst eine Laserquelle 202, welche einen Laserstrahl 203 erzeugt, der mittels einer schematisch dargestellten Strahlführung 204 zu einem Laserbearbeitungskopf, insbesondere Laserschneidkopf 206, geführt und in diesem fokussiert wird. Danach wird der Laserstrahl 204 durch eine Schneiddüse senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes 10 ausgerichtet, um das Werkstück 10 zu bearbeiten. Der Laserstrahl 203 wirkt am Bearbeitungsort, insbesondere Schneidort, vorzugsweise gemeinsam mit einem Prozessgasstrahl auf das Werkstück 10 ein. Die Schneidstelle, an welcher der Laserstrahl 203 auf das Werkstück 10 auftritt, ist benachbart zur Bearbeitungsstelle des Oberwerkzeuges 11 und Unterwerkzeuges 9.
Der Laserschneidkopf 206 ist durch einen Linearantrieb 207 mit einem Linearachsensystem zumindest in Y-Richtung, vorzugsweise in Y- und Z-Richtung, verfahrbar. Dieses Linearachsensystem, welches den Laserschneidkopf 206 aufnimmt, kann dem Maschinenrahmen 2 zugeordnet, daran befestigt oder darin integriert sein. Unterhalb eines Arbeitsraumes des Laserschneidkopfes 206 kann eine Strahldurchtrittsöffnung in der Werkstückauflage 28 vorgesehen sein. Vorzugsweise kann unterhalb der Strahldurchtrittsöffnung eine Strahlauffangvorrichtung für den Laserstrahl 21 vorgesehen sein. Die Strahldurchtrittsöffnung und gegebenenfalls die Strahlauffangvorrichtung können auch als eine Baueinheit ausgebildet sein.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 201 kann alternativ auch einen Festkörperlaser als Laserquelle 202 aufweisen, dessen Strahlung mit Hilfe eines Lichtleitkabels zum Laserschneidkopf 206 geführt wird.
Die Werkstückauflage 28, 29 kann sich bis unmittelbar an die Werkstückabstützung 8 erstrecken, welche das Unterwerkzeug 9 zumindest teilweise umgibt. Innerhalb eines sich dazwischen ergebenden Freiraumes ist das Unterwerkzeug 9 entlang der unteren Positionierachse 25 in und entgegen der Y-Richtung verfahrbar.
Auf der Werkstückauflage 28 liegt beispielsweise ein bearbeitetes Werkstück 10 auf, bei welchem ein Werkstückteil 81 von einem Schneidspalt 83 beispielsweise durch eine Stanzbearbeitung oder durch eine Laserstrahlbearbeitung bis auf eine Restverbindung 82 freigeschnitten ist. Durch diese Restverbindung wird das Werkstück 81 in dem Werkstück 10 bzw. dem verbleibenden Restgitter gehalten. Zum Abtrennen des Werkstückteils 81 vom Werkstück 10 wird das Werkstück 10 mittels der Vorschubeinrichtung 22 zum Ober- und Unterwerkzeug 11, 9 für einen Abstanz- und Ausschleusschritt positioniert. Dabei wird die Restverbindung 82 durch einen Stanzhub des Oberwerkzeuges 11 zum Unterwerkzeug 9 getrennt. Das Werkstückteil 81 kann beispielsweise durch teilweises Absenken der Werkstückabstützung 8 nach unten ausgeschleust werden. Alternativ kann bei größeren Werkstückteilen 81 das freigeschnittene Werkstückteil 81 wieder zurück auf die Werkstückauflage 28 oder auf die Werkstückauflage 29 übergeführt werden, um das Werkstückteil 81 und das Restgitter zu entladen. Auch können kleine Werkstückteile 81 gegebenenfalls durch eine Öffnung im Unterwerkzeug 9 ausgeschleust werden.
In Figur 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Schlitzwerkzeuges 31 dargestellt, welches aus dem Oberwerkzeug 11 und dem Unterwerkzeug 9 besteht. Im Folgenden wird das Oberwerkzeug 11 mit Stempel und das Unterwerkzeug 9 mit Matrize weiterhin bezeichnet. Am Stempel 11 ist beispielsweise ein zugeordneter Abstreifer 32 dargestellt. Der Stempel 11 besitzt zwei in einer Schlitzrichtung 33 verlaufende Längsschneiden 34, die in Schlitzrichtung 33 gegenüber dem zu schlitzenden Werkstück 10, insbesondere Blech, ansteigen. Zwischen den Längsschneiden 34 des Stempels 11 erstrecken sich quer zur Schlitzrichtung 34 eine in dieser Richtung vordere Querschneide 36 sowie eine hintere Querschneide 37. Entgegen der Schlitzrichtung 33 ist eine Vorschubrichtung 39 dargestellt.
Die Matrize 9 ist gleichfalls mit in Schlitzrichtung 33 verlaufenden Längsschneiden 41 versehen. Zwischen diesen erstrecken sich quer zur Schlitzrichtung 33 eine vordere Querschneide 42 sowie eine hintere Querschneide 43. Ein Grundkörper 45 der Matrize 9 umfasst eine Öffnung 46, in welche die Längsschneiden 34 eintreten können und welche in eine Durchbrechung 47 mündet, die den Grundkörper 45 vollständig durchsetzt.
Die Matrize 9 weist des Weiteren eine Kappkante 48 auf, welche gegenüber der vorderen Querschneide 42 in Richtung zur hinteren Querschneide 43 zurückversetzt ist. Diese Kappkante 48 ist gegenüber der vorderen Querschneide 42 vertieft. Diese Kappkante 48 weist vorteilhafterweise dieselbe Länge wie die Querschneide 42 auf. Die Kappkante 48 sowie gegenüberliegend die hintere Querschneide 43 begrenzen die Länge der Durchbrechung 47 und somit die Länge des auszuschleusenden Materialstreifens 58. Der Abstand der vorderen Querschneide 36 und der hinteren Querschneide 37 des Stempels 11 kann auf die Länge der Durchbrechung 47 angepasst sein. Bevorzugt ist die Durchbrechung 47 größer als der Abstand der vorderen Querschneide 36 und der hinteren Querschneide 37 des Schlitzwerkzeuges 31. Der dadurch entstehende Spielraum kann zur Einstellung der Schnittspaltbreite in Y-Richtung in Abhängigkeit der Werkstückdicke d des Werkstücks 10 genutzt werden. Die Öffnung 46 ist länger als die Durchbrechung 47. Dadurch wird der freigeschnittene Materialstreifen 58 nicht vollständig abgetrennt, sondern der Anschnitt 49 verbleibt am Werkstück 10. Dadurch kann die Qualität des Schlitzes 50 (Figur 5) erhöht werden.
Für die Dicke des Werkstücks 10 ist in Figur 4 das Kürzel „d“ und für den Neigungswinkel der Längsschneide 34 am Stempel 11 gegenüber dem Werkstück 10 ist das Kürzel α vorgesehen.
In Figur 7 ist eine schematische Ansicht auf die Matrize 9 gemäß Figur 6 dargestellt. Die Längsschneide 41 sowie die vordere und hintere Querschneide 42, 43 grenzen an eine Auflagefläche 52 an der Matrize 9 an.
Die Werkzeugmaschine 1 in Figur 5 zeigt das Werkstück 10 nach dem Fertigstellen des Schlitzes 50. Die vorausgehenden Abläufe zur Herstellung eines solchen Schlitzes 50 im Werkstück 10 ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren 8 bis 10.
Vor dem Beginn der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des Schlitzes 50 wird die Matrize 9 um deren Positionierachse 53 zur Ausrichtung der Öffnung 46 gedreht, so dass diese zum Stempel 11 ausgerichtet ist. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Stempel 11 um seine Positionierachse 55 gedreht werden. Diese Positionierachse 55 des Stempels 11 liegt bevorzugt in der Längsachse, insbesondere in der Längsachse eines Einspannschaftes 56 zur Aufnahme des Stempels 11 an der Hubantriebsvorrichtung 13 der Werkzeugmaschine 1. Die Positionierachse 53 der Matrize 9 entspricht bevorzugt einer Symmetrieachse der Matrize 9 bzw. des Grundkörpers 45, welche bevorzugt an einer unteren Hubantriebsvorrichtung 27 oder an einer unteren Positionierachse 25 auswechselbar aufgenommen ist.
Nach dem Einwechseln und Ausrichten des Schlitzwerkzeuges 31 wird eine Anschnittphase gestartet, welche in einzelnen Ablaufschritten in den Figuren 8/1 bis 8/5 dargestellt ist. Das Werkstück 10 wird mittels der Vorschubeinrichtung 22 gegenüber dem Schlitzwerkzeug 31 positioniert und dabei in den Zwischenraum zwischen dem Stempel 11 und der Matrize 9 geschoben, wobei ein Rand des Werkstücks 10 gegenüber der Öffnung 46 hinausragt und auf der Auflagefläche 52 der Matrize 9 zumindest aufliegt oder gegenüber dieser hervorsteht. Der Stempel 11 befindet sich dabei in Hubrichtung 14 in seiner Ausgangslage zur Matrize 9. Anschließend wird mit einem Anschnitt-Schlitzhub in dem Werkstück 10 ein Anschnitt erstellt, wie dies in Figur 8/2 dargestellt ist. Alternativ kann der Anschnitt-Schlitzhub auch am Werkstückrand vorgesehen sein. Ein solcher Anschnitt wird auch als Anscheren bezeichnet. Dabei werden durch das Zusammenwirken der hinteren Querschneide 37 an dem Stempel 11 und der hinteren Querschneide 43 der Matrize 9 die in Schlitzrichtung 33 hintere Querbegrenzung sowie der erste Teil der in Schlitzrichtung 33 verlaufenden Längsbegrenzung des Schlitzes 50 erstellt. Dabei wird ein Materialstreifen 58 freigeschnitten. Aufgrund einer entsprechenden Steuerung der Hubantriebsvorrichtung 13 fährt der Stempel 11 bei dem Anschnitt-Schlitzhub nur so weit in die Matrize 9 ein, dass an der in Schlitzrichtung 33 gelegenen Seite eine Verbindung zwischen dem Materialstreifen 58 und dem restlichen Werkstück 10 erhalten bleibt. Im Anschnitt-Schlitzhub wird der Stempel 11 in seine Ausgangsposition angehoben und mittels der oberen Positionierachse 16 in Schlitzrichtung 33 verfahren. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Stempel 11 angehoben und die Matrize 9 relativ zum Stempel 11 verfahren wird. Auch kann eine Relativbewegung des Stempels 11 und der Matrize 9 vorgesehen sein. Diese Verfahrbewegung wird derart angesteuert, dass die beim Anschnitt-Schlitzhub erzeugte Biegekante 59 unmittelbar an der vorderen Querschneide 42 der Matrize 9 bzw. der vorderen Querschneide 36 des Stempels 11 benachbart ist. Darauf folgend erfolgt in einer ersten Hubphase eine Hubbewegung des Stempels 11 auf die Matrize 9, die derart angesteuert wird, dass der Stempel 11 mit seinen Längsschneiden 34 zur Anlage auf dem Materialstreifen 58 kommt, wie dies in Figur 8/3 dargestellt ist. Ein Kapphub zwischen der vorderen Querschneide 36 des Stempels 11 und der vorderen Querschneide 42 der Matrize 9 wird dabei unterbunden.
Darauf folgend wird der Hubbewegung des Stempels 11 entlang der Hubachse 14 in einer zweiten Hubphase mit einer Verfahrbewegung in einer weiteren Bewegungsachse abweichend zur Hubachse überlagert. Bevorzugt ist die weitere Verfahrbewegung in einer Bewegungsachse senkrecht zur Hubachse 14, insbesondere in Richtung der oberen oder unteren Positionierachse 16, 25. Die Hubachse ist bevorzugt in Z-Richtung ausgerichtet und die überlagerte Verfahrbewegung als Seitwärtsbewegung in oder entgegen der Y-Richtung. Daraus ergibt sich eine Verfahrbewegung des Stempels 11, welche dem beispielsweise in Figur 8/3 dargestellten Pfeil 61 entspricht. Die überlagerte Hub- und Seitwärtsbewegung des Stempels 11 wird in der zweiten Hubphase so lange fortgesetzt, bis der Materialstreifen 58, auch Span genannt, abgetrennt ist. Dabei kann die hintere Querschneide 37 des Stempels 11 unmittelbar benachbart zur hinteren Querschneide 43 der Matrize 9 positioniert sein oder an dieser zur Anlage kommen. Sofern das Schlitzwerkzeug 31 kürzer ist als die Länge der Durchbrechung 47 in der Matrize 9 kann eine Kollision der hinteren Querschneide 37 des Stempels 11 mit der hinteren Querschneide 43 der Matrize 9 vermieden werden. Darauf folgend wird eine dritte Hubphase eingeleitet, welche in Figur 8/4 dargestellt ist. Die Verfahrbewegung des Stempels 11 längs der Öffnung 46 der Matrize 9 wird stillgesetzt. Die Hubbewegung des Stempels 11 wird in der dritten Hubphase weiter angesteuert, so dass die vordere Querschneide 36 des Stempels 11 einen Kapphub durchführt und der Materialstreifen 58 an der innenliegenden Kappkante 48 abgetrennt wird.
Darauf folgend wird der abgetrennte Materialstreifen 58 durch die Durchbrechung 47 nach unten ausgeschleust, wie dies in Figur 8/5 dargestellt ist. Anschließend kehrt der Stempel 9 mittels der Hubantriebsvorrichtung 13 wieder in eine Ausgangslage gemäß Figur 8/1 zurück. Die Anschnittphase ist beendet.
Im Anschluss an die Anschnittphase folgt die in den Figuren 9/1 bis 9/5 dargestellte Arbeitsphase. Zur Positionierung des Schlitzwerkzeugs 31 zum Werkstück 10 wird das Schlitzwerkzeug 31 so verfahren, dass sich ein vorderes freies Ende des Materialstreifens 58 innerhalb der Öffnung 46 der Matrize 9 befindet oder an die hintere Querschneide 43 der Matrize 9 angrenzt. Ist das Werkstück 10 mittels der Vorschubeinrichtung 22 in Vorschubrichtung 39 verfahrbar, so kann alternativ eine Relativbewegung zwischen dem Schlitzwerkzeug 31 und dem Werkstück 10 zur Positionierung vorgesehen sein. Im Anschluss daran wird mittels einer Verfahrbewegung der Stempel 11 relativ zur Matrize 9 verfahren, so dass wiederum die vordere Querschneide 36 des Stempels 11 oberhalb der vorderen Querschneide 42 der Matrize 9 liegt. Dies wird durch den Versatz der Positionsachsen 55, 53 deutlich. Bei dieser Verfahrbewegung kann auch der Stempel 11 still stehen und die Matrize 9 verfahren werden, um die Startposition gemäß Figur 9/2 für eine darauf folgende Hubbewegung einzunehmen.
Die darauf folgende Durchführung des Schlitzhubes gemäß den Figuren 9/1 bis 9/5 entspricht dem Schlitzhub gemäß den Figuren 8/3 bis 8/5, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen voll umfänglich hierauf Bezug genommen wird. Die Anschnittphase ist nach dem Einbringen des ersten Anschnitts gemäß Figur 8/2 in der Abfolge der drei Hubphasen während eines Arbeitshubes analog zur Arbeitsphase.
Die Arbeitsphase gemäß den Figuren 9/1 bis 9/5 wird so lange wiederholt, bis eine in Schlitzrichtung 33 vorne liegende Querbegrenzung des Schlitzes 50 nahezu erreicht ist. Dann wird eine Endphase eingeleitet, welche in den Figuren 10/1 und 10/2 dargestellt ist.
Ausgehend von der Positionierung der Matrize 9 zum Werkstück 10 gemäß Figur 9/5 und einem daraufhin abgehobenen Stempel 11 in einer Startposition für eine erneute Hubbewegung wird die Endphase eingeleitet. Es wird eine Drehbewegung des Stempels 11 um die Positionierachse 55 und/oder eine Drehbewegung der Matrize 9 um deren Positionierachse 53 angesteuert. Diese zumindest eine Drehbewegung umfasst einen Winkel von 180°. Bei der Ansteuerung einer Drehbewegung der Matrize 9 ist bevorzugt vorgesehen, dass diese mit einer Hubbewegung in Form einer Absenkbewegung entlang der unteren Hubachse 30 angesteuert wird, um während der Drehbewegung ein Verhaken mit einer Abscherfahne, welche gegenüber der Werkstückebene an der Biegekante 59 nach unten geneigt ist, zu vermeiden. Darauf folgend wird durch eine Relativbewegung die hintere Querschneide 37 des Stempels 11 auf die hintere Querschneide 43 der Matrize 9 zu bewegt. Dieser Endhub wird als Kapphub durchgeführt, wie dies in Figur 10/2 dargestellt ist. Bei diesem Kapphub wird der letzte Teil des Schlitzes 50 einschließlich der vorderen Querbegrenzung des Schlitzes 50 erstellt. Bei diesem letzten Kapphub wird eine Biegekante zwischen einem Teil des Materialstreifens 58, insbesondere der Ausscherfahne, und dem Vollmaterial abgetrennt. Nach einem abschließenden Rückhub des Stempels 11 in eine Ausgangsposition kann das Werkstück 10 mittels der Vorschubeinrichtung 22 weiter verfahren werden, um dieses in eine Position gemäß Figur 5 überzuführen oder in eine weitere Position zwischen dem Schlitzwerkzeug 31 zur Einbringung von zumindest einem weiteren Schlitz verfahren werden.
Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird sowohl bei der Anschnittphase als auch der Arbeitsphase ein Arbeitshub angesteuert, bei welchem zumindest drei Hubphasen vorgesehen sind, wobei vorzugsweise eine rückhubfreie Ansteuerung der Hubbewegung während den zumindest drei Hubphasen angesteuert wird. Vorzugsweise wird eine kontinuierliche Hubbewegung entlang der Hubachse 14, insbesondere Z-Achse, angesteuert, wobei zwischen der ersten und dritten Hubphase eine Überlagerung der Hubbewegung entlang der Hubachse 14 durch eine davon abweichende Verfahrbewegung erfolgt. Insbesondere ist eine Seitwärtsbewegung vorgesehen, die beispielsweise in Richtung der Y-Achse oder einer Positionierachse 16, 25 der Werkzeugmaschine 1 erfolgt.
Dadurch ist ermöglicht, dass sowohl die Durchführung eines Schlitzhubes zum Freischneiden eines Materialstreifens 58 als auch das darauf folgende Abtrennen des freigeschnittenen Materialstreifens 58 ohne eine zusätzliche Verfahrbewegung des Werkstücks 1 relativ zum Schlitzwerkzeug 31 erfolgt.
In Figur 11 ist eine alternative Ausführungsform eines Werkzeuges bestehend aus dem Stempel 11 und der Matrize 9 dargestellt. Der Stempel 11 entspricht der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform. Die Matrize 9 weicht gegenüber der Ausführungsform zu Figur 6 dahingehend ab, dass ergänzend ein Auswerferelement 91 vorgesehen ist. Dieses Auswerferelement 91 ist zwischen der vorderen Querschneide 42 und der Kappkante 48 vorgesehen. Das Auswerferelement 91 umfasst eine Auswerferplatte 92, welche vorzugsweise an die vordere Querschneide 42 der Matrize 9 anschließt. Gegenüberliegend ist die Auswerferplatte 92 bevorzugt bündig zur Kappkante 48. Zur Positionierung der Auswerferplatte 92 in einer Auflagefläche 52 der Matrize 9 ist bevorzugt zumindest eine Rückstellelement 93 vorgesehen, welches federnd nachgiebig in Richtung auf den Grundkörper 45 der Matrize 9 ist. Beispielsweise können Druckfedern oder gummielastische Dämpfer vorgesehen sein.
Dieses Auswerferelement 91 bewirkt, dass ausgehend von der Figur 9/5 für eine darauffolgende Endphase der Bearbeitung des Schlitzes 50 die in Richtung auf die Öffnung geneigte Anscherfahne auf eine Werkstückebene bzw. auf die Ebene der Auflagefläche 52 angehoben wird, so dass darauffolgend eine verhakungsfreie Drehbewegung der Matrize um 180° erfolgen kann, wie dies in Figur 10/1 dargestellt ist. Bei der Anordnung eines Auswerferelementes 91 in der unteren Matrize kann diese während einer Drehung der Matrize um 180° auf demselben Niveau gehalten werden.

Claims

Verfahren zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken (10), insbesondere von Blechen, mittels eines Schlitzwerkzeuges (31), welches einen Stempel (11) und eine Matrize (9) umfasst, zwischen denen das zu bearbeitende Werkstück (10) positioniert wird, die jeweils zwei in Schlitzrichtung (33) verlaufende Längsschneiden (43, 41) und an den Längsenden der Längsschneiden (43, 41) zwischen diesen quer zu der Schlitzrichtung (33) verlaufende Querschneiden (36, 37; 41, 42) aufweisen, wobei die Längsschneiden (34) an dem Stempel (11) in Schlitzrichtung (33) gegenüber dem Werkstück (10) ansteigen und eine vordere Querschneide (36) des Stempels (11) höher als eine hintere Querschneide (37) des Stempels (11) liegt und wobei im Laufe des Verfahrens der Stempel (11) und die Matrize (9) relativ zueinander aufeinander zu bewegt und das Werkzeug (31) und das Werkstück (10) relativ zueinander in Vorschubrichtung (39) bewegt werden und der Stempel (11) und die Matrize (9) bei ihrer Relativbewegung Hübe in Form von Schlitzhüben und wenigstens einen Kapphub ausführen, wobei bei den Schlitzhüben mittels dem Stempel (11) und der Matrize (9) ein Materialstreifen (58) mit in Schlitzrichtung (33) gelegener Verbindung mit dem restlichen Werkstück (10) freigeschnitten und diese Verbindung mit dem Kapphub mittels dem Stempel (11) und der Matrize (9) gekappt wird und wobei bei einem Anschnitt-Schlitzhub in einer Anschnittphase ein Anschnitt am Werkstückrand oder mit Abstand von dem Werkstückrand hergestellt und vor dem Kapphub nach dem Anschnitt-Schlitzhub wenigstens ein nachfolgender Schlitzhub ausgeführt wird und das Werkstück (10) bei dem Anschnitt-Schlitzhub und dem wenigstens einen nachfolgenden Schlitzhub über eine Schlitzlänge geschlitzt wird, welche die bei dem Kapphub maximal erzielbare Schlitzlänge übersteigt und wobei das Werkstück (10) und das Schlitzwerkzeug (31) zwischen den Hüben des Stempels (11) und der Matrize (9) mit wenigstens einer Vorschubbewegung relativ zueinander in Vorschubrichtung (39) bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Arbeitsphase das Schlitzwerkzeug (31) einen Schlitzhub zum Freischneiden des Materialstreifens (58) und einen Kapphub zum Abtrennen des Materialstreifens (58) durchführt, in welcher der Stempel (11) und/oder die Matrize (9) mit einer Hubbewegung entlang einer Hubachse (14, 30) und einer weiteren Verfahrbewegung entlang einer Bewegungsachse abweichend zur Hubbewegung überlagert angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Arbeitsphase die Position des Werkstücks (10) zum Stempel (11) oder der Matrize (9) beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsphase das Schlitzwerkzeug (31) mit einem rückhubfreien Arbeitshub angesteuert wird, bei dem durch einen Schlitzhub der Materialstreifen (58) freigeschnitten und einen darauf folgenden Kapphub der Materialstreifen (58) vom Werkstück (10) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsphase ein Arbeitshub in einer ersten Hubphase für den Schlitzhub mit einer einachsigen Hubbewegung angesteuert wird, in welcher der Stempel (11) und die Matrize (9) aufeinander zu bewegt werden und dass nach dem Freischneiden des Materialstreifens (58) zumindest eine zweite Hubphase eingeleitet wird, bei der die einachsige Hubbewegung des Stempels (11) oder der Matrize (9) mit einer zweiten Bewegungsrichtung entlang einer Bewegungsachse abweichend zur Hubbewegung überlagert wird, durch welche eine Positionsachse (55) des Stempels (11) und eine Positionsachse (53) der Matrize (9) zueinander verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hubphase des Arbeitshubes beendet wird, sobald eine vordere Querschneide (36) des Stempels (11) auf eine Höhe einer vorderen Querschneide (42) der Matrize (9) übergeführt ist oder im Abstand der Materialstärke des Werkstücks (10) zur Matrize (9) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrbewegung des Stempels (11) und/oder der Matrize (9) in der zweiten Hubphase des Arbeitshubes beendet wird, sobald die vordere Querschneide (36) des Stempels (11) einer innenliegenden und gegenüber der vorderen Querschneide (42) der Matrize (9) tiefer liegenden Kappkante (48) in der Matrize (9) gegenüber liegt.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer sich an die zweite Hubphase des Arbeitshubes anschließenden dritte Hubphase wieder eine einachsige Hubbewegung des Stempels (11) und/oder der Matrize (9) angesteuert und der freigeschnittene Materialstreifen (58) vom Werkstück (10) an der Kappkante (48) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschnittphase einen ersten Arbeitshub umfasst, bei welchem ein Materialstreifen (58) freigeschnitten wird, wobei die Hubbewegung des Stempels (11) zur Matrize (9) beschränkt ist, so dass nur ein Teil der Längsschneide (34) des Stempels (11) in die Öffnung (46) der Matrize (9) eintritt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den ersten Arbeitshub der Anschnittphase die Hubphasen eines Arbeitshubes in der Arbeitsphase anschließen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Arbeitsphase eine Endphase angesteuert wird, bei der das Schlitzwerkzeug (31) unter Beibehaltung der Position des Werkstücks (10) um 180° um die Positionsachse (55) gedreht wird und darauf folgend ein Endhub durchgeführt wird, bei welchem ein Teil des Materialstreifens (58) aus dem vollen Material des Werkstücks (10) freigeschnitten wird.
Werkzeugmaschine zum mehrhubig fortschreitenden Schlitzen von plattenförmigen Werkstücken (10), insbesondere von Blechen, mit einem Schlitzwerkzeug (31) und einer Vorschubeinrichtung (22), mittels derer das Schlitzwerkzeug (31) und das Werkstück (10) in Vorschubrichtung relativ zueinander bewegbar sind und die von einer Steuerung gesteuert ist, wobei das Schlitzwerkzeug (31) einen Stempel (11) und eine Matrize (9) umfasst, zwischen denen das zu bearbeitende Werkstück (10) positioniert wird, die jeweils zwei in Schlitzrichtung (33) verlaufende Längsschneiden (43, 41) und an den Längsenden der Längsschneiden (43, 41) zwischen diesen quer zu der Schlitzrichtung (33) verlaufende Querschneiden (36, 37; 41, 42) aufweisen, wobei die Längsschneiden (34) an den Stempel (11) in Schlitzrichtung (33) gegenüber dem Werkstück (10) ansteigen und eine vordere Querschneide (36) des Stempels (11) höher als eine hintere Querschneide (37) des Stempels (11) liegt und wobei der Stempel (11) und die Matrize (9) mittels einer von eine Steuerung (15) gesteuerten Hubantriebsvorrichtung (13, 27) relativ zueinander aufeinander zu bewegbar und das Werkzeug (31) und das Werkstück (10) relativ zueinander in Vorschubrichtung (39) bewegbar sind und der Stempel (11) und die Matrize (9) bei ihrer Relativbewegung Hübe in Form von Schlitzhüben und wenigstens einen Kapphub ausführen, wobei bei den Schlitzhüben mittels dem Stempel (11) und der Matrize (9) ein Materialstreifen (58) mit in Schlitzrichtung (33) gelegener Verbindung mit dem restlichen Werkstück (10) freigeschnitten und diese Verbindung bei dem Kapphub mittels dem Stempel (11) und der Matrize (9) gekappt wird und wobei bei einem Anschnitt-Schlitzhub in einer Anschnittphase ein Anschnitt am Werkstückrand oder mit Abstand von dem Werkstückrand herstellbar und vor dem Kapphub nach dem Anschnitt-Schlitzhub wenigstens ein nachfolgender Schlitzhub ausführbar und das Werkstück bei dem Anschnitt-Schlitzhub und dem wenigstens einen nachfolgenden Schlitzhub über eine Schlitzlänge schlitzbar ist, welche die bei dem Kapphub maximal erzielbare Schlitzlänge übersteigt und wobei das Werkstück (10) und das Schlitzwerkzeug (31) zwischen den Hüben des Stempels (11) und der Matrize (9) mit wenigstens einer Vorschubbewegung relativ zueinander in Vorschubrichtung (39) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (11) und/oder die Matrize (9) zumindest an einer Hubantriebsvorrichtung (13, 27) angeordnet und aufeinander zu bewegbar sind und dass die zumindest eine Hubantriebsvorrichtung (13, 27) an einer vom Maschinenrahmen (2) gehaltenen oberen und/oder unteren Positionierachse (16, 25) verfahrbar vorgesehen ist, welche senkrecht zur Hubachse (14) des Stempels (11) und der Matrize (9) vorgesehen ist und jede Positionierachse (16, 25) unabhängig von der anderen durch die Steuerung (15) ansteuerbar ist, so dass der Stempel (11) und/oder die Matrize (9) zumindest für einen Arbeitshub in einer Arbeitsphase ansteuerbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlitzwerkzeug (31) zwischen der Anschnittphase, der Arbeitsphase und der Endphase, sowie zwischen dem wenigstens einen Arbeitshub in der Arbeitsphase durch eine obere und untere Antriebsanordnung (16, 25) bewegbar ist.
Schlitzwerkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Stempel (11) und einer Matrize (9), wobei der Stempel (11) zwei in Schlitzrichtung (33) verlaufende Längsschneiden (34) und an den Längsenden der Längsschneiden (34) mit zwischen diesen quer zu der Schlitzrichtung (33) verlaufenden Querschneiden (36, 37), wobei die Längsschneiden (34) an dem Stempel (11) in Richtung auf die vordere Querschneide (36) gegenüber der hinteren Querschneide (37) ansteigen und wobei die Matrize (9) zwei in Schlitzrichtung (33) verlaufende Längsschneiden (41) aufweist und an den Längsenden der Längsschneiden (41) mit einer zwischen diesen quer zu der Schlitzrichtung (33) verlaufenden vorderen und hinteren Querschneide (42, 43) versehen ist, und eine Öffnung (46) in einer Anlagefläche (52) der Matrize (9) länger als die Längsschneide (34) des Stempels (11) ist, und an die Öffnung (46) angrenzend eine innenliegende Kappkante (48) vorgesehen ist, welche gegenüber der vorderen Querschneide (42) der Matrize (9) vertieft und in Richtung auf die hintere Querschneide (43) der Matrize (9) zurückversetzt ist, und die hintere Querschneide (37) und die Kappkante (48) die Länge einer Durchbrechung (47) in der Matrize (9) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Längsschneiden (34) des Stempels (11) der Länge der Durchbrechung (47) in der Matrize (9) entspricht.
Schlitzwerkezug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (11) mit seinen Längsschneiden (41, 43) einteilig ausgebildet ist.