WO1991017004A1 - Verfahren zur steuerung der umlauf-bahnbewegungen der drückrolle einer drückmaschine und drückmaschine zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur steuerung der umlauf-bahnbewegungen der drückrolle einer drückmaschine und drückmaschine zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Eckehart Schulze
Hans Hartmann
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Eckehart Schulze
Hans Hartmann
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45152—Forming workpiece by pressing tool against metal on model

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the orbital movements of the spinning roller of a spinning machine according to the preamble of claim 1 and a spinning machine suitable for carrying out the method.
  • a method of the type mentioned can be found in EP 0 061 AI.
  • the known method is a path repetition (playback) method, according to which, in at least one, as a rule, several sample pressing processes carried out by a pressing specialist for the positions of the pressing roller that are run through, characteristic coordinate data, which are obtained with the aid of are determined by position transmitters, stored in an electronic NC or CNC control unit and processed by the latter to output data, by means of serial retrieval of the X and Y coordinate drive units of the spinning machine in the sense of tracking the path course determined in the pattern spinning process the spinning roller can be controlled.
  • the contour of the chuck is scanned in advance and a set of coordinate
  • ATZ SHEET Data is entered into the NC or CNC control unit, from which a safety curve is determined, for example by interpolation, which marks the limit of the closest possible approach of the spinning roller to the spinning chuck.
  • a safety curve is determined, for example by interpolation, which marks the limit of the closest possible approach of the spinning roller to the spinning chuck.
  • the contour of the spinning roller itself is used as a safety curve.
  • AI also stores data characteristic of the operating pressures associated with the respective coordinates, which data are used in the later repeated pressure processes to control the corresponding pressures in the coordinate drive units - hydraulic cylinders.
  • the known method thus works with a three-dimensional set of web tracking data, which is associated with considerable technical effort and - because of the processing time required - is associated with additional time required for the printing process.
  • REPLACEMENT LEAF can be associated with considerable errors, which can manifest itself in clearly recognizable quality differences in the surface properties of the pressed parts produced in this way.
  • "scatter" in the quality of the pressed parts produced can be kept fairly low by ensuring that the operating pressures are taken into account when carrying out the sample pressing process are kept constant overall, in the sense that the forces acting on the sheet metal workpiece are kept largely constant over the various rotations, which, however, places considerable demands on the printing specialist entrusted with the implementation of the sample printing process, since this during he controls the sample pressing process "by hand", not only has to monitor the workpiece and the pressing roller, but also the pressure displays for the coordinate drive cylinders, which is difficult and exhausting and generally requires that a sample pressing process be repeated must be carried out until finally an optim al set of coordinate and print data has been determined.
  • a sample pressing process which enables the known method to be used with the result of
  • the object of the invention is therefore to improve a method of the type mentioned at the outset such that both the implementation of the pattern pressing process is simplified and the execution of the pressing processes required for the production of pressed parts can be controlled using simpler technical means.
  • the increase above a threshold value ⁇ S max is an indication that the forces required for the deformation of the workpiece material are greater than it is favorable for a "smooth" deformation of the material as well as by an exceeding of this threshold value of this overtravel triggered measures of lowering the path tracking speed of the spinning roller and / or the transition to a path curve of the spinning roller, which corresponds to an increase in the distance of the spinning roller rolling point, measured normally to the outer contour of the spinning chuck, relative to its previously decisive setpoint curve until a value of the caster path compatible with good quality of the spinning part is reached again is a path control of the spinning roller is achieved in a simple manner, which, even if only an approximately optimal path has been determined in the pattern spinning process
  • the spinning roller as a "probe” it is ensured in a simple manner that if the position coordinates associated with its system at the sampling support points are used as a "safety curve", possibly incorrect conversion processes are avoided, i.e. the risk that the safety curve could be "exceeded” with very thin material thicknesses of a spinning part to be produced, with the result that damage to the spinning chuck is reliably excluded.
  • the drive cylinders of which, as specified in more detail in accordance with claim 2 can also be used for scanning the outer contour of the chuck.
  • the procedure provided according to claim 3 allows an optimal course of the movement path of the spinning roller to be achieved in a few steps of the path correction.
  • "self-programming" of the electronic control unit is easily possible, which leads to an optimal path for the spinning roller both in pre-printing processes and in a final spinning process.
  • the safety measure provided in accordance with claim 5 ensures optimal protection of the chuck.
  • a type of scanning the outer contour of the chuck is specified by means of the coordinate drive unit, which also provides data on the development of the caster path along the trajectory curves, which can be evaluated in a simple manner, a constant during the pressing process or to be able to maintain an almost constant amount of the overtravel, which in turn includes the possibility of controlling the movement control of the spinning roller in a simple manner as a function of a value of a maximum overtravel ⁇ S max .
  • REPLACEMENT BL ATT Follow-up travel can be carried out in a simple manner, for example with the aid of end position switches which respond from a minimum deflection of the valve actuators of the follow-up control valves of the coordinate drive units.
  • REPLACEMENT LEAF 2 shows the X-coordinate drive unit of the spinning machine according to FIG. 1 in a likewise simplified, schematic sectional illustration
  • Fig. 3 shows the arrangement of the spinning chuck and the spinning roller of the spinning machine according to FIG. 1 on an enlarged scale, to explain the function of the spinning machine and
  • FIG. 4 shows different arrangements of the spinning roller and the and 5 spinning chuck according to FIG. 1 to one another to explain scanning processes and phases of the movement control of the spinning roller of the spinning machine according to FIG. 1.
  • the press machine according to the invention shown overall at 10 in FIG. 1, to the details of which is expressly referred to, is suitable in the illustrated special design for producing a rotationally symmetrical, bell-shaped hollow body, the inner contour of which is defined by the outer contour 11 of a chuck 12 is determined, which is rotatably mounted about a horizontal axis 14 on the only schematically indicated machine frame, generally designated 13, and can be rotatably driven by means of an electric or hydraulic drive motor 16.
  • the pressing part 17, the final outer contour 18 of which is shown in dashed lines in the FIG., Is produced from an originally flat, circular-disk-shaped or annular sheet-metal blank 19, a so-called round blank, which is made by means of a counter-holder 21, which, around the horizontal axis 14 is rotatably mounted on a quill 22, is pressed against the flat end face 23 of the spinning chuck 12 facing the counter-holder 21 and is held frictionally on the latter, so that the round blank 19
  • a TZBLATT also performs the rotary movements of the chuck 12 during the pressing process.
  • the counter-holder 21 is provided with a centering pin 24 which passes through a centering hole 26 of the same diameter of the round blank 19 and projects into a blind hole 27 of the same diameter of the spinning chuck 12.
  • the sleeve 22 can be displaced along the horizontal axis 14 by means of a hydraulic linear cylinder 28, as a result of which the counter-holder 21 can be pressed onto the round blank 19 and this against the spinning chuck 12 with sufficient force.
  • a truncated cone-shaped press roller 29 is provided as the press tool, which is mounted on a stable bearing block 32 so as to be freely rotatable about an axis 31, which is also horizontal and about the axis of rotation 14 of the chuck 12 and at an acute angle of approximately 25 ° , in such a way that the larger diameter of the base surface 33 of the pressure roller 29 is arranged pointing towards the round blank 19 and the pressure roller 29 with the convexly curved edge region 34, via which this larger base surface 33 connects into the conical jacket surface 36, on the the roller chuck 12 facing away from - outer - surface 37 of the round blank 19.
  • the bearing block 32 on which the pressure roller 29 is rotatably mounted, is fastened to the cross slide 38 of a cross slide support, designated overall by 39, the longitudinal slide 41 of which is reciprocated parallel to the axis of rotation 14 by means of an X coordinate drive motor 42. is movable.
  • the relevant shift directions are illustrated by the double arrow 43 representing the X coordinate direction.
  • the cross slide 38 designed as the upper slide of the cross slide 39 in the illustrated embodiment is guided in its slide guide 44 at right angles to the axis of rotation 14 of the chuck 12, that is to say it can be moved back and forth in the Y coordinate direction marked by the double arrow 46.
  • a Y-coordinate drive motor provided for this purpose, which also carries out the movements of the longitudinal slide 41, is designated by 47.
  • the cross slide 39 is fixed with respect to the arrangement of the spinning chuck 12 on the machine frame 13 such that when the spinning roller 29 moves in Y coordinate 46, its rolling point 48 on the outer surface 37 of the round blank 19 is exactly radial to the axis of rotation 14 of the spinning chuck 12 or the blank 19 moves.
  • the coordinate drive motors 42 and 47 like the clamping cylinder 28, by means of which the counter-holder 21 can be pressed onto the round blank 19 and can thereby be fixed on the spinning chuck 12, are designed as hydraulic linear cylinders.
  • the coordinate drive units 52 and 53 are each provided with a position transmitter 54 or 46, which for the positions of the longitudinal slide 41 and the cross slide 38 generate characteristic - electrical - output signals which are fed as inputs to an electronic CNC control unit 57 which, at control outputs 58 and 59, output the position setpoint value signals for the overrun control valves 49 and 51 of the drive units 52 and 53, the linear movements of which control the path movement of the pressure roller 29.
  • the position transmitters 54 and 56 are designed in a preferred embodiment as so-called absolute transmitters, the output signals of which - in digital format - are a direct measure of the instantaneous positions of the longitudinal slide 41 and the transverse slide 38 related to - machine-fixed - basic positions of the longitudinal slide 41 and of the cross slide 38 are.
  • Such a design of the position sensors 54 and 56 as an absolute sensor requires that along the slide guides 44 and 45 of the cross slide 38 and the longitudinal slide 41, e.g.
  • markings which are recognizable when they are passed over are arranged, in the geometric arrangement of which the respective Y or X coordinate value is coded, which "recognized” by the position sensors 54 and 56 and converted into pulse-shaped electrical output signals, which in turn are processed as coordinate values in the electronic CNC control unit 57.
  • markings which are not shown for the sake of simplicity, can be implemented in known technology as optically scannable or inductively scannable markings or marking groups.
  • incremental encoders can also be used as position encoders 54 and / or 56, which emit signals which are characteristic of the sense of change - forwards / backwards - and of incremental amounts of the position change - pulse sequences - by their adding or subtracting end Processing in the CNC control unit 57 also provides the position information about the arrangement of the spinning roller 29 relative to the spinning chuck 12 of the spinning machine 10 with sufficient reliability.
  • Position sensors 54 and 56 of both types which are suitable in the context of the printing press 10 are known in a variety of designs and therefore do not appear to require further explanation.
  • FIG. 2 will therefore use the example of the X-coordinate drive unit 52 to design a special design of its follow-up control valve 49 and that coupled to it
  • REPLACEMENT LEAF Measuring system 63 explained, which are realized in the Y-coordinate drive unit 53 in an identical or equivalent manner.
  • the overrun control valve is designed as a 4/3-way valve, the "neutral" basic position 0 is its blocking position, in which both drive pressure spaces 66 and 67 of the linear cylinder 42 of the X-coordinate drive 52 both against the P supply connection 68 and the pressure (P) outlet as well as against the Tank.T) connection of the pressure supply unit 71 are shut off.
  • the overrun control valve 49 which - for the purpose of explanation - is required as a slide valve according to the semi-schematic representation of FIG. 2, the "piston" 72 of which is represented by the 4/3-way valve symbol formed as a pop-up valve which, seen from its blocking basic position 0, with an increasing displacement of its valve piston 72, according to the illustration in FIG. 2, downward, ie in the sense of acting on the hydraulic cylinder 42 in the direction of the arrow 73 to the "left", i.e. in the direction of movement referred to below as the forward direction, increasingly larger cross sections of the flow paths 74 and 76 are released and, with an increasing displacement of its valve piston 72 in the opposite direction, according to the illustration in FIG.
  • the functional position of the follow-up control valve linked to the "forward direction" is designated ⁇ at I
  • the functional position linked to the reverse direction is designated II.
  • a hollow shaft 84 is rotatably and axially displaceably mounted, which is provided with an internal thread 86 at its one end portion, as shown in FIG meshes with the external thread of a central threaded spindle 87, which is rotatably mounted on an end plate 88 of the valve housing 82 forming the lower end end wall of the housing 82, but is axially immovable.
  • the hollow shaft 84 can be driven - for specifying the position setpoint of the drive piston 64 of the linear cylinder 42 - by means of an electric motor designated overall by 89 - a stepper motor or an AC motor - the power supply of which in the sense of the position setpoint specification by electrical Output signals of the electronic CNC control unit 57 is controlled.
  • this electric motor has a stator 91 which is fixed to the housing and an axially reciprocable rotor 92, the rotor shaft of which is formed by a section of the hollow shaft 84 which is thus rotationally and displaceably fixed to the rotor 92 of the electric motor 89 is connected.
  • the rotor 92 of the electric motor 89 is on the one hand by means of the section of the hollow shaft 84 which axially penetrates the central bore 83 of the valve housing 82 and on the other hand by a further
  • the housing 82 is axially displaceable, but non-rotatably a generally designated 99, yoke-shaped valve actuator, which has two parallel Joe schenkei iul and 102, which by a parallel to the Central longitudinal axis 81 of the housing 82 extending guide rod 103, which passes through a radial lateral guide bore 104 of the overall block-shaped valve housing part 82 ', is firmly connected to one another and is axially connected to each other via an actuating pin 106 and 107 on the opposite sides of the Support the valve piston 72, the support of the yoke legs 101 and 102 being form-fitting.
  • the two yoke legs 101 and 102 have mutually aligned bores 108 and 109 which are coaxial with the central longitudinal axis 81 of the housing 82 and whose diameter is slightly larger than the outer diameter of the hollow shaft 84, so that the latter runs through with a play sufficient for its smooth rotation these bores 108 and 109 of the yoke legs 101 and 102 of the valve actuating member 99 can pass through.
  • valve actuating member 99 is mounted axially free of play between radial driving flanges 113 and 114 of the hollow shaft 84 via ball bearings 111 and 112, which impart smooth rotation of the hollow shaft 84 relative to the valve actuating member 99.
  • the threaded spindle 87 is provided on a free end portion arranged outside the housing 82 'with a pinion 116, with which a toothed rack 117 meshes, which is coupled to the piston 64 of the hydraulic linear cylinder 42 and whose forward and backward movements with aus ⁇ leads.
  • the linear cylinder 42 starting from a rest position in which the overrun control valve 49 assumes its blocking position 0, one in the direction of arrow 79 to perform the "forward" movement.
  • the electric motor 89 which is designed as a motor with a reversible direction of rotation - controlled by output pulses from the CNC control unit 57 - is driven with the direction of rotation that its rotor 92 and with it the hollow shaft 84 - because of their thread engagement with that initially in Steady lead screw 87 - undergoes an axial displacement in the direction of arrow 118, as shown in FIG.
  • REPLACEMENT LEAF rotates the threaded spindle 87 in the same direction.
  • a "swinging-in" of the control which requires only a short period of time, there is a steady state in which the hollow shaft 84 and the threaded spindle 87 have the same speed and thus axial dislocations of these two elements 84 and 87 stop each other, at least when the frequency of the control pulses is kept constant and the piston 64 of the linear cylinder 42 carries out its forward movement at a constant speed.
  • the actual position value of the piston 64 lags the input position setpoint in the stationary operating state by this overtravel distance ⁇ S.
  • the measuring system 63 comprises a total of three, basically rotationally symmetrical encoder elements 121, 122 and 123, which, with the arrangement shown in FIG. 2, are axially spaced apart from one another in a rotationally and displaceably fixed manner on the end section 84 "of the hollow shaft projecting into the receiving space 98 84.
  • the first mechanical transmitter element 121 has the shape of a gearwheel with teeth 124 running parallel to the central longitudinal axis 81 of the hollow shaft 84, which trigger pulse-shaped alternating voltage output signals of these sensor elements 126 and 127 when entering electronic sensor elements 126 and 127 which are fixed to the housing , ie, sequences of voltage pulses varying between a maximum and a minimum level, the pulse shape at a given speed of the hollow shaft 84 or the rotor 92 of the electric motor 89 corresponds in a very good approximation to a sine wave.
  • So-called field plate sensors of known type, in which the amplitudes are used, are used as sensor elements 126 and 127
  • REPLACEMENT LEAF of the output signals are independent of the speed of rotation of the mechanical transmitter element 121, ie the signal level of their output signals varies between defined - upper and lower - extreme values, so that the output signals of the two sensor elements 126 and 127 can also be well evaluated in terms of their level.
  • the two sensor elements 126 and 127 are arranged at such an azimuthal distance ⁇ ⁇ that there is a phase shift of 90 ° or an odd multiple of 90 "between their output signals, so that continuous monitoring of the time course of the output signals of the two sensor elements 126 and 127 and the changes over time (time differential quotients), the same also the direction of rotation of the hollow shaft 84 can be detected.
  • This evaluation of the sensor output signals takes place according to known algorithms in the electronic CBC control unit 57, to which the output signals of the two sensor elements 126 and 127 are fed.
  • the gear-shaped encoder element 121 and the sensor elements 126 and 127 associated therewith thus form an angular position measuring system, the accuracy of which is greater, the greater the number of teeth 124 distributed equidistantly over the circumference of the encoder element 121 and the higher the accuracy which the output signal amplitudes of the two sensor elements 126 and 127 can be measured.
  • the relevant measuring accuracy allows the angular distance between two successive teeth to be recorded to 1/100 of its amount.
  • the second mechanical encoder element 122 rotating with the hollow shaft 84 is designed as an annular flange-shaped element which has only a single, e.g. V-shaped slot
  • REPLACEMENT LEAF or has a pointed projection 128, by its passing a reference pulse is triggered in each case at an electronic sensor element 129 which is assigned to this transmitter element 122 and is arranged fixed to the housing.
  • the desired position value for the drive piston 64 of the hydraulic cylinder 42 is thus set in a simple manner controllable, ie
  • the set position or X coordinate setpoint in the case of the drive unit 53, the Y coordinate setpoint can be determined.
  • the gear-shaped sensor element 121 and the ring-flange-shaped sensor element 122 and the associated electronic sensor elements 126 and 127 and 129 are arranged and designed so that the output signals of at least the two sensor elements 126 and 127 of the angular position measuring system 121, 126, 127 by the Axial displacements of the hollow shaft 84 and thus of the transmitter elements 121 and 122 which are possible during operation are not influenced, since the output signals of the two sensor elements 126 and 127 should also be able to be evaluated as precisely as possible with regard to the amounts of their amplitudes (signal level).
  • REPLACEMENT LEAF This is not absolutely necessary for the reference measuring system 122, 129, although it is also expedient here if the amplitudes of the output signals generated by the sensor element 129 do not vary at least drastically with axial displacements of the ring-flange-shaped transmitter element 122.
  • the subsystem of the measuring system 63 comprising the third rotating sensor element 123 and at least one further electronic sensor element 131, which is also arranged fixed to the housing, is designed such that the output signal level of the output signal generated by the sensor element 131 of this subsystem 123, 131 SiiyiiiüikanL and in a linear relationship as exactly as possible with axial displacements of the encoder element 123 or the hollow shaft 84, in order to use the relevant variation or the respective level of the output signal of the sensor element 123 to operate the coordinate drive unit 52 to be able to determine the relevant overtravel distance As with sufficient accuracy.
  • its mechanical transmitter element 123 is designed as an annular rib with conical flanks 132 and 133, which abut one another along a sharp annular edge 134 connect, whose axial displacements relative to the sensor element 131 influence the output signal level in a defined manner.
  • An element of the type is again provided as sensor element 131, as already explained for the angular position measuring system 121, 126, 127.
  • the mechanical transmitter element 123 is linked to the - blocking - basic position 0 of the overrun control valve 49, in
  • REPLACEMENT LEAF __ • ⁇ which corresponds to the output signal of the sensor element 131 of the overtravel measurement system 123, 131 - a high or low - extreme value, so that changes in the output signal level of the sensor element 131 are in a monotonous connection with the overtravel distance AS in one direction or the other .
  • a necessary adjustability of the overtravel measuring system 123, 131 is realized in the illustrated embodiment in that the encoder element 131 can be screwed onto a thread 134 of the hollow shaft end section 84 "and is thus arranged in a defined manner in the axial direction and can be fixed by means of a lock nut (not shown).
  • the contour 11 is scanned of the spinning chuck 12 and ⁇ 02 '•••' x 0n ⁇ 0n a ⁇ s support points entered a this representing set of position coordinates (X ni 'YQI. ⁇ 2' in the electrostatic ⁇ African CNC control unit 57 and in this stored.
  • This CNC control unit 57 is explained below only with regard to its function, with the knowledge of which a specialist in CNC control technology can implement this control unit 57 using common computer and data processing technology means, so that an explanation of the structural and circuitry-related details of the CNC Control unit 57 does not appear to be necessary.
  • the spinning roller 29, including its X and Y coordinate drives 52 and 53, is itself used as a probe.
  • the scanning takes place in the X direction parallel to the longitudinal axis 14 - the axis of rotation - of the chuck 12 in discrete increments ⁇ x, which can be varied if necessary.
  • scanning begins at that point ⁇ the outer contour 11 of the chuck 12 from which a deformation of the round blank 19 is necessary in order to adapt it to the course of the outer surface or contour 11 of the chuck 12 nestle.
  • the contour 11 to be scanned lies in its IVth quadrant.
  • this is located "somewhere" in the I-th quadrant of this coordinate system, e.g. in the position shown in broken lines, the clear axial distance of the pressure roller 29 from the end face 23 of the pressure chuck 12 being significantly greater than the maximum thicknesses of the workpieces 19 that can be processed.
  • the starting point of the scan which has the coordinates XQI and YQI, w ill be approached in such a manner that the pressing roller 29 from its broken-line starting position by - the Y-coordinate drive unit 53 dash-dotted line activation in the drawn - for example, "hand-operated" Position is moved, in which the center of curvature of the rolling surface 137 of the pressure roller 29, which is assumed to be curved in a circular arc, has the Y coordinate value Ygi. While the Y coordinates
  • the output signals of the X position sensor 54 and the Y position sensor 56 linked to this position of the pressing tool 29 are in turn stored as coordinate input Q 2 ' ⁇ 02 ⁇ - n of the electronic control unit 57.
  • the change step ⁇ Y, by which the coordinate scanning is changed in the Y direction, is initially kept constant.
  • the Y step size is reduced, for example to the value £ Y / 2 and then the scanning is continued in an analogous manner until, in the example shown with the eighth scanning step, the outer contour has a course in which the slope has the value 0, ie the outer contour 11 runs parallel to the X-axis 14 and accordingly the rolling point 48 of the pressure roller 29, as shown in FIG.
  • the scanning interval ⁇ in the Y direction is further reduced, e.g. continues to 1/10 of the initial value and then the sampling as explained above. This makes it possible, as it were, to "skip" relatively large sections in the X direction without losing scanning accuracy.
  • a step size can be selected in the Y direction, e.g. 1/100 corresponds to the step size ⁇ which is selected for the scanning if the outer contour 11 runs very steeply to the X axis, i.e. the slope of the outer contour 11 is greater than 1.
  • the Y-step widths of the scanning can be selected analogously on the basis of the criteria explained above.
  • the CNC control unit 57 uses interpolation to determine the complete path curve 11 "along which the center of curvature 136 of the rolling surface 137 of the pressure roller 29 moves from the positions of the pressure roller 29 which have been approached successively and the coordinate data stored for these positions this is guided directly along the outer contour 11 of the chuck 12.
  • the chuck 12 is not driven in rotation.
  • HE HE are obtained, with d ⁇ the nominal thicknesses at the support points with the coordinates Xi, Yü of the web running through in the last printing cycle and with ⁇ - ⁇ the coordinate values correspondingly assigned with "i" from the X axis 14 from the measured pitch angle of the outer contour 11 of the chuck 12 are designated.
  • These angles ⁇ ⁇ are calculated by the control unit 57 from the coordinate data X ⁇ i ' ⁇ 0 ⁇ of the path curve 11 "of the center of curvature of the pressure roller 29. Since the path curve 11' is calculated, for example as an interpolation polynomial of a predetermined order, for example 6.
  • the pitch angles ⁇ ⁇ can also be determined for path points between the sampling points.
  • the prerequisite for this, of course, is that the step sizes of the sampling in X and Y-direction are sufficiently small In practice, the relevant step sizes will be 1 mm, but can also be selected smaller or be much larger in areas in which the path 11 runs "" parallel "to the X-axis 14.
  • the path movements of the pressure roller 29 required for the execution of pre-pressure revolutions of the pressure roller 29 are entered in the manner m into the electronic control unit 57 and "learned" from it, as it were, that a pressing specialist can perform the pressing operation in a sample pressing operation, for example by means of a manually operable hydraulic Control device which provides feedback on the opposing forces that occur or controls them “by hand", ie in a conventional manner, and that, depending on the given step sizes X and / or Y, the movement in the course of the advancing movements (index "v” ) reached coordinate pairs (Xi v , i v >'which are generated as output signals of the X and Y position transmitters 54 and 56, read into the CNC control unit 57 and in this in the series
  • a characteristic trajectory 11 "" is schematically indicated in FIG. 4.
  • the repetition of the pre-pressure movements of the spinning roller 29 takes place according to the so-called "play-back" method, according to which the coordinate data determined in the manual spinning method and which have been stored in the CNC control unit 57 are used to control the coordinate drive units 52 and 53 suitable position setpoint signals are converted.
  • a suitable combination of the above measures is to apply them in the order mentioned, i.e. first to reduce the path tracking speed and only then to extend the movement path radially. If in this case the path radii related to the central axis 14 are equal to the arithmetic mean of the target rates relating to the central axis 14 of the path started last, the one in the course of which the threshold value ⁇ Smax was exceeded, and the - before - as last trouble-free, ie without
  • the trajectory obtained in this way converges very quickly against a path that can be traversed without exceeding the threshold value ⁇ smax 3 .
  • ERSA TZB LATT Whenever - automatically controlled - one or both of the aforementioned measures - used one or more times - are used: around the pressure roller 29 in a path course deviating from a pre-programmed, learned path over the entire coordinate variation range of a round, the preprogrammed round, which was not possible "straight away", is then switched on again, after which, if this round could be carried out, the control of the movement path operates again according to the next preprogrammed path, otherwise the The above-described procedure is repeated again automatically in a controlled manner until conditions are reached which enable the pressing process to be continued according to the “learned” method.
  • the size ⁇ S formed according to the relationship (3) only varies within narrow limits of, for example, ⁇ 20%.
  • the pressure roller 29 becomes , without a workpiece 19 to be machined being clamped into the press machine 10, controlled by the CNC control unit 57 with constant path tracking speed v B along the optimum path guide data, both of which follow.
  • _ ⁇ f-Re # elkrei se of the coordinate drive units 52 and 53 are operated with a very low circular gain and the overtravel components ⁇ s x and ASy and the comparison variable ⁇ S are continuously determined and / or recorded.
  • ERSA T ZBLATT by reducing or increasing the temporal rate at which the position setpoint specification data are output from the electronic CNC control unit 57, is possible in a simple manner.
  • the path of the pressure roller 29 along the programmed target contours takes place at variable speed, but with a constant or almost constant total overtravel, so that exceeding a threshold value ⁇ S max is also a sufficiently reliable indication that that the spinning process does not run optimally, which, however - with regard to the work result - can be easily corrected or avoided by the measures mentioned under 1. and 2.
  • the programming of the path movements of the pressure roller 29 can, in principle, be continuously improved in that changes in the path movements made in a pressure process are detected by means of the position sensors 54 and 56 even during a series production of pressure parts and in the CNC control ⁇ unit 57 can be used when pressing the next part and the other as a basis for controlling the path movements.
  • a design of the spinning machine 10 with this ability to "remember" the path movements of the spinning roller in the previous phase of a spinning process, after a fairly inexpensive pattern spinning process is a reasonably favorable movement sequence, as it were in the sense of a first approximation
  • REPLACEMENT LEAF has been possible to "self-program” the spinning machine for the optimal movement sequence.
  • REPLACEMENT LEAF 3 Drawing of an acoustic and / or optical warning signal.
  • the scanning of the outer contour 11 of the printing chuck 12 can be carried out in such a way that one of the two coordinate drive units 52 or 53 with a constant, low, during a first revolution of the printing roller 29 leading over the coordinate variation range Drive pressure is applied, while the other coordinate drive unit 53 or 52 is controlled with a defined, preferably time-constant output rate of the coordinate setpoint data which are to be achieved in one revolution of the pressure roller.
  • the other of the two coordinate drive units 53 and 52 is subjected to constant, low drive pressure, while one coordinate drive unit 52 and 53 is operated with the relatively higher circular gain and is controlled with a defined, for example time-constant output rate of the coordinate solv value data which are to be achieved in one revolution of the pressure roller 29.
  • the overtravel ⁇ S (x) or ⁇ S (y) occurring in the control circuit 52 or 53 operated with the higher circuit gain are recorded and stored.
  • the overtravel measuring system 123, 131 provided in combination with the angular position measuring system 121, 126 and the reference measuring system 122, 129 has the ability to generate an output signal which is directly proportional to the overtravel and which
  • the measuring system 63 comprising these three measuring systems is also suitable for detecting the actual position value of the pressure roller 29, which then results from subtracting the overtravel output of the overtravel measuring system 123, 131 from the position setpoint output of the combined angular position and reference measuring system 121, 126, 127 b_. 122, 129 can be obtained.
  • the contour 11 of the spinning chuck 12 can be determined in a follow-up controlled scanning process by moving to the support points provided for scanning by starting from a position of the spinning roller 29 in which is arranged at a radially and axially clear minimum distance from the support point of the chuck 12 to be detected first, first one of the two coordinate drive units, for example the X drive unit 52, while the Y drive unit 53 is held, for execution an incremental scanning stroke x is controlled, then in turn is stopped and then the Y drive unit 53 at a predetermined speed, which is determined by the output rate of incrementally stepped position setpoint data by the CNC control unit 57, radially until the pressure roller 29 is in contact with it the chuck 12 is driven, and as soon as the impact of the spinning roller 29 on the chuck 12, the overtravel As v reached a predetermined value ⁇ s vr ⁇ , the setpoint data output ended, the Y drive unit 53 stopped and as a Y coordinate value for the contour support point of the
  • ERS ATZ SHEET Reduced setpoint on which the approach to this position is based is then stored, after which the Y coordinate drive unit 53 is actuated with the Y position setpoint assigned to the support point and is stopped in this position, and the pressure roller 29 by actuation of the X drive unit 52 is expressed from this position and then in turn is moved at a constant speed v x to the support point with the X coordinate to be determined, and, after the overtravel ⁇ S X in the X direction has reached the value corresponding to the value ⁇ s y , as The X coordinate value of the interpolation point is again the setpoint of the control which is reduced by the overtravel distance ⁇ S xm measured in the direction.

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Abstract

Verfahren zur Steuerung der Umlauf-Bahnbewegungen der Drückrolle (29) einer Drückmaschine (10) wobei die Ansteuerung der als ventilgesteuerte (49, 51) Hydrozylinder (42, 47) ausgebildeten Koordinaten-Antriebseinheiten (52, 53) nach einem Bahn-Wiederholungs (Play-back)-Verfahren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten-Antriebseinheiten (52, 53) nach einem mit elektrisch gesteuerter Positions-Sollwertvorgabe und mechanischer Istwert-Rückmeldung arbeitenden Nachlaufregelverfahren betrieben werden, wobei mindestens während des letzten Umlaufs der Drückrolle (29) fortlaufend der Nachlaufweg ΔS (Schleppfehler) gemessen wird, so dass bei einer Überschreitung eines Schwellenwertes ΔSmax entweder eine Erniedrigung der Bahn-Verfolgungsgeschwindigkeit VB oder ein Übergang zu einer Zwischen-Bahnverlaufskurve erfolgt, und Drückmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zur Steuerung der Umlauf-Bahnbewegungen der υrückroii einer Drückmaschine und Drückmaschine zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Umlauf- Bahnbewegungen der Drückrolle einer Drückmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Drückmaschine.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der EP 0 061 AI entnehmbar. Das bekannte Verfahren ist ein Bahn- Wiederholungs-(Play-back)-Verfahren, wonach in mindestens einem in aller Regel mehreren, von einem Drückfachmann ausgeführten Muster-Drückprozeß für die hierbei durchlaufenen Positionen der Drück-rolle charakteristische Koordinaten-Daten, die mit Hilfe von Positionsgebern ermittelt werden, in einer elektronischen NC- oder CNC-Steuereinheit gespeichert und von dieser zu Ausgabe-daten verarbeitet werden, durch deren seriellen Abruf X- und Y-Koordinaten-Antriebseinheiten der Drückmaschine im Sinne einer Verfolgung des im Muster- Drückprozeß ermittelten Bahnverlaufs der Drückrolle ansteuerbar sind. Vorab wird die Kontur des Drückfutters abgetastet und ein für dessen Verlauf charakteristischer Satz von Koordinaten-
ATZBLATT Daten in die NC- bzw. CNC-Steuereinheit eingegeben, aus denen, z.B. durch Interpola-tion, eine Sicherheitskurve ermittelt wird, welche die Grenze der engstmögliehen Annäherung der Drückrolle an das Drückfutter markiert. Bei dem bekannten Verfahren wird hierbei die Kontur der Drückrolle selbst als Sicherheitskurve benutzt.
Um bekannten Bahn-Wiederholungsverfahren, die lediglich mit einer Speicherung der Bahn-Koordinaten unter Ausnutzung derselben als Soll-Daten für die Bahn-Bewegungssteuerung der Drückrolle ausgenutzt werden, anhaftende Nachteile zu ver¬ meiden, die darin gesehen werden, daß schon geringfügige Abweichungen der Form der der Druck-Bearbeitung zu unter¬ werfenden Ronde von einer Soll-Form dazu führen können, daß eine genaue Verfolgung der gespeicherten Umlauf-Bahnen nicht möglich ist und dadurch Drückteile sehr unterschiedlicher Qualität entstehen können, werden nach dem bekannten Verfahren gemäß der EP 0 061 AI zusätzlich zu den Koordinaten-Daten auch für die mit den jeweiligen Koordinaten verknüpften Betriebsdrücke charakteristische Daten gespeichert, die bei den später in Vielfachheit wiederholten Drückprozessen zur Einsteuerung entsprechender Drücke in die Koordinaten-Antriebs- Einheiten - Hydrozylindern - ausgenutzt werden. Das bekannte Verfahren arbeitet somit mit einem dreidimensionalen Satz von Bahn-Verfolgungsdaten, was schon mit einem erheblichen technischen Aufwand verknüpft ist und - wegen der erforderliche Verarbeitungszeit - mit zusätzlichem Zeitbedarf für den Druck- Vorgang verbunden ist.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist weiter, daß sowohl die Erfassung der Betriebsdrücke der Koordinaten-Antriebs¬ zylinder während des Muster-Drückprozesses als auch deren Einsteuerung während der zur Herstellung einer größeren Serie möglichst identischer Drückteile durchgeführten Druckprozesse
ERSATZBLATT mit erheblichen Fehlern behaftet sein können, was sich in deutlich erkennbaren Qualitätsunterschieden der Oberflächen- Beschaffenheit der solchermaßen hergestellten Drückteile äußern kann. Zwar können durch Ungenauigkeiten der Druckerfassung und -zumessung beim "Erlernen" der Bahnverläufe wie auch bei deren Steuerung bedingte "Streuungen" der Qualität der hergestellten Drückteile dadurch leidlich gering gehalten werden, daß bei der Durchführung des Muster-Drückprozesses darauf geachtet wird, daß die Betriebsdrücke insgesamt konstant gehalten werden, in dem Sinne, daß die auf das Blech-Werkstück wirkenden Kräfte über die verschiedenen Umläufe hinweg weitgehend konstant gehalten werden, was aber erhebliche Anforderungen an den mit der Durchführung des Muster-Drückprozesses betrauten Druck- Fachmann stellt, da dieser während er den Muster-Drückprozess "von Hand" steuert, nicht nur das Werkstück und die Drückrolle, sondern auch die Druckanzeigen für die Koordinaten-Antriebs¬ zylinder überwachen muß, was schwierig und anstrengend ist und in aller Regel bedingt, daß ein Muster-Drückprozeß mehrfach durchgeführt werden muß, bis schließlich ein optimaler Satz von Koordinaten- und Druck-Daten ermittelt worden ist. Ein Muster-Drückproze , der eine Anwendung des bekannten Verfahrens mit dem Ergebnis ordentlich gleichmä iger Qualität der Drückteile ermöglicht, ist daher sehr zeitaufwendig und nur unter Einsatz eines hochqualifizierten und sehr erfahrenen Drückfachmanns überhaupt durchführbar.
Zusätzlicher Programmier- und Steuerungsaufwand ist bei einem Arbeiten nach dem bekannten Verfahren auch dann gegeben, wenn zur Abtastung der Außenkontur des Drückfutters als Sicherheits¬ kurve ein üblicher Tastkopf verwendet wird, der eine in zwei zueinander senkrechten Richtungen auslenkbare Tastkugel kleinen Durchmessers umfaßt, die - nach definierten Auslenkhüben - alternativ je einen von zwei Schaltern öffnet, wodurch das Erreichen einer bestimmten Position signalisiert wird, da dann
ERSATZBLATT insbesondere bei geringen Materialdicken des fertigen Drückteils schon sehr geringfügige Ungenauigkeiten in der Bahnsteuerung der Drückrolle, deren Krümmungsradius im Abwälzpunkt vom Krümmungsradius der Tastkugel deutlich verschieden sein kann, ausreichen, um unerwünscht hohe relative Abweichungen von der Soll-Dicke des Drückteils zu verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sowohl die Durch¬ führung des Muster-Drückprozesses vereinfacht wird und eine Durchführung der zur Herstellung von Drückteilen erforderlichen Drückprozesse mit einfacheren technischen Mitteln steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sowie in weiteren Ausgestaltungen durch die Merkmale der Verfahrensansprüche 2 bis 7 und hinsichtlich der zur Durchführung des - erfindungsgemäßen - Verfahrens geeigneten Drückmaschine durch die Merkmale der Patentansprüche 8 und 9 gelöst.
Durch die hiernach vorgesehene Art der Betriebssteuerung der Koordinaten-Antriebseinheiten nach einem mit elektrisch gesteuerter Positions-Sollwert-Vorgabe und mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung arbeitenden Nachlauf-Regelver¬ fahren, das die Überwachung des Nachlauf-Weges - des soge¬ nannten Schleppfehlers - der Koordinaten-Antriebseinheiten ermöglicht und die Überwachung dieses Nachlauf eges, dessen Anwachsen über einen Schwellenwert ΔSmax ein Indiz dafür ist, daß die zur Verformung des Werkstück-Materials erforderlichen Kräfte größer werden als es für eine "glatte" Verformung des Materials günstig ist sowie die durch ein Überschreiten dieses Schwellenwertes dieses Nachlaufweges ausgelösten Maßnahmen der Erniedrigung der Bahnverfolgungsgeschwindigkeit der Drückrolle und/oder des Übergangs zu einer Bahnverlaufs-Kurve der Drückrolle, die einer Vergrößerung des normal zur Außenkontur des Drückfutters gemessenen Abstandes des Drückrollen- Abwälzpunktes gegenüber dessen zuvor maßgeblichem Sollwert- Verlauf entspricht bis wieder ein mit guter Qualität des herzustellenden Drückteiles verträglicher Wert des Nachlaufweges erreicht ist, wird auf einfache Weise eine Bahnsteuerung der Drückrolle erzielt, die selbst dann, wenn im Muster-Drückprozeß nur ein annähernd optimaler Bahnverlauf ermittelt worden ist, zu einer schonenden Bearbeitung des Werkstückes und damit im Ergebnis auch zu einer guten Qualität seiner öberfiächenbeschaffenheit führt, die mit guter Reproduzierbarkeit erreicht werden kann. Der "Lernvorgang" kann daher mit wesentlich geringerem Zeitaufwand erfolgen.
Durch die Ausnutzung der Drückrolle als "Tastkopf" wird auf einfache Weise sichergestellt, daß bei Ausnutzung der mit ihrer Anlage an den Abtast-Stützstellen verknüpften Positions- Koordinaten als "Sicherheitskurve" möglicherweise fehlerbehaftete Umrechnungsvorgänge vermieden werden, d.h. die Gefahr, daß bei sehr dünnen Materialdicken eines herzustellenden Drückteils die Sicherheitskurve "überschritten" werden könnte mit der Folge einer Beschädigung des Drückfutters, zuverlässig ausgeschlossen wird.
In Kombination hiermit können dank der - erfindungsgemäß - vorgesehenen Art der Betriebssteuerung der Koordinaten- Antriebseinheiten, deren Antriebszylinder auch, wie gemäß Anspruch 2 näher spezifiert, für das Abtasten der Außenkontur des Drückfutters ausgenutzt werden.
Die gemäß Anspruch 3 vorgesehene Verfahrensweise erlaubt es, in wenigen Schritten der Bahnkorrektur einen optimalen Verlauf der Bewegungsbahn der Drückrolle zu erzielen. In Kombination it einer selbsttätigen Steuerung dieser Verfahrensvariante ist ohne weiteres eine "Selbstprogrammierung" der elektronische Steuereinheit möglich, die zu einem optimalen Bahnverlauf für die Drückrolle sowohl in Vordruck-Vorgängen als auch in einem abschließenden Drückprozeß führt.
Es ist dann auch möglich, wie gemäß Anspruch 4 vorgesehen, den Soll-Verlauf einer Kontur des Drückteils, an der sich die Drückrolle abwälzt, allein durch deren numerische Vorgabe zu bestimmen.
Die gemäß Anspruch 5 vorgesehene Sicherheitsmaßnahme gewährleistet einen optimalen Schutz des Drückfutters.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 ist eine Art der Abtastung der Außenkontur des Drückfutters mittels der Koordinaten- Antriebseinheit angegeben, die auch Daten über die Entwicklung des Nachlauf-Weges entlang der Bahnverfolgungskurven liefert, die auf einfache Weise dahingehend ausgewertet werden können, beim Drückvorgang einen konstanten oder nahezu konstanten Betra des Nachlaufweges einhalten zu können, was wiederum auf einfach Weise die Möglichkeit beinhaltet, die Bewegungssteuerung der Drückrolle in Abhängigkeit von im wesentlichen einem Wert eines maximalen Nachlaufweges Δ Smax zu steuern.
Entsprechendes gilt sinngemäß für die gemäß Anspruch 7 vorgesehene, hierzu alternative Verfahrensweise der Erfassung des Nachlaufweges und dessen Auswertung im Hinblick auf eine Steuerung des Bahnverlaufes mit im wesentlichen konstantem Nachlaufweg.
In der gemäß Anspruch 8 vorgesehenen Gestaltung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Drückmaschine kann die Überwachung von Grenzwerten des
ERSATZBLATT Nachlaufweges auf einfache Weise, z.B. mit Hilfe von Endlagen- Schaltern erfolgen, die ab einer Mindest-Auslenkung _ der Ventilbetätigungsglieder der Nachlauf-Regelventile der Koordinaten-Antriebseinheiten ansprechen.
In der gemäß Anspruch 9 vorgesehenen Gestaltung einer solchen Drückmaschine ist eine kontinuierliche Erfassung des Nachlaufweges möglich, so daß für verschiedene Phasen des Drückprozesses auch verschiedene Grenzwerte des Nachlaufweges gewählt werden können, bei deren Überschreiten Änderungen der Bahnverfolgungsgeschwindigkeit und/oder Änderungen der Bahngeometrie ausgelöst werden können .
Für den Fall, daß zur Herstellung eines Drückteils mehrere Drückrollen mit unterschiedlicher Geometrie ihrer Abwälzschultern vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, wenn das Drückfutter mit jeder dieser verschiedenen Drückrollen abgetastet und somit für jede dieser Drückrollen gleichsam eine eigene Sicherheitskurve ermittelt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zu seiner Durchführung geeigneten Drückmaschine ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels einer solchen Drückmaschine anhand der Zeichnung und der Erläuterung ihrer Funktion. Es zeigen:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Drückmaschine mit elektrohydraulischen X- und Y-Koordinaten- Antriebseinheiten, in vereinfachter, schematischer Draufsicht,
ERSATZBLATT Fig. 2 die X-Koordinaten-Antriebseinheit der Drückmaschine gemäß Fig. 1 in ebenfalls vereinfachter, schematischer Schnittdarstellung,
Fig. 3 die Anordnung des Drückfutters und der Drückrolle der Drückmaschine gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, zur Erläuterung der Funktion der Drückmaschine und
Fig. 4 verschiedene Anordnungen der Drückrolle und des und 5 Drückfutters gemäß Fig. 1 zueinander zur Erläuterung von Abtast-Vorgängen und Phasen der Bewegungssteuerun der Drückrolle der Drückmaschine gemäß Fig. 1.
Die in der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiese sei, dargestellte insgesamt mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Drückmaschine ist in der dargestellten, speziellen Gestaltung für die Herstellung eines rotationssymmetrischen, glockenför¬ migen Hohlkörpers geeignet, dessen Innenkontur durch die Außen¬ kontur 11 eines Drückfutters 12 bestimmt wird, das an dem ledig lich schematisch angedeuteten, insgesamt mit 13 bezeichneten Maschinengestell um eine horizontale Achse 14 drehbar gelagert ist und mittels eines elektrischen oder hydraulischen Antriebs¬ motors 16 rotierend antreibbar ist.
Das Drückteil 17, dessen endgültige Außenkontur 18 in der Fig. gestrichelt eingezeichnet ist, wird aus einem ursprünglich ebenen, kreisscheiben- bzw. kreisringförmigen Blech- Zuschnitt 19, einer sogenannten Ronde hergestellt, die mittels eines Gegenhalters 21, der, um die horizontale Achse 14 drehbar an einer Pinole 22 gelagert ist, an die dem Gegenhalter 21 zugewandte ebene Stirnfläche 23 des Drückfutters 12 angepreßt und reibungsschlüssig an dieser gehalten, so daß die Ronde 19
ATZBLATT während des Drückvorganges die Drehbewegungen des Drück¬ futters 12 mit ausführt.
Der Gegenhalter 21 ist mit einem Zentrierzapfen 24 versehen, der durch eine Zentrierbohrung 26 gleichen Durchmessers der Ronde 19 hindurchtritt und in eine Sackbohrung 27 ebenfalls gleichen Durchmessers des Drückfutters 12 hineinragt. Die Pinole 22 ist mittels eines hydraulischen Linearzylinders 28 entlang der horizontalen Achse 14 verschiebbar, dadurch der Gegenhalter 21 an die Ronde 19 und diese an das Drückfutter 12 mit hinreichender Kraft anpreßbar.
Als Drückwerkzeug ist beim dargestellten Aus ührungsbeispiel der Drückmaschine 10 eine kegelstumpfförmige Drückrolle 29 vorgesehen, die um eine ebenfalls horizontale, zur Drehachse 14 des Drückfutters 12 unter einem spitzen Winkel von etwa 25° verlaufende Achse 31 frei drehbar an einem stabilen Lager¬ block 32 gelagert ist, derart, daß die dem Durchmesser nach größere Basisfläche 33 der Drückrolle 29 zu der Ronde 19 hin¬ weisend angeordnet ist und die Drückrolle 29 sich mit dem konvex gewölbten Randbereich 34, über den diese größere Basisfläche 33 in die konische Mantelfläche 36 anschließt, an der dem Drück¬ futter 12 abgewandten - äueren - Fläche 37 der Ronde 19 abwälzen kann.
Der Lagerblock 32, an dem die Drückrolle 29 drehbar gelagert ist, ist an den Querschlitten 38 eines insgesamt mit 39 bezeich¬ neten Kreuzschlitten-Support befestigt, dessen Längsschlitten 41 mittels eines X-Koordinaten-Antriebsmotors 42 parallel zur Drehachse 14 hin- und her-verschiebbar ist. Die diesbezüglichen Verschieberichtungen sind durch den die X-Koordinatenrichtung repräsentierenden Doppelpfeil 43 veranschaulicht. Der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als oberer Schlitten des Kreuzschlittens 39 ausgebildete Querschlitten 38 ist in seiner Schlittenführung 44 rechtwinklig zur Drehachse 14 des Drückfutters 12, d.h. in der durch den Doppelpfeil 46 markierten Y-Koordinatenrichtung hin- und her-verschiebbar geführt. Ein zum diesbezüglichen Antrieb vorgesehener Y-Koordinaten-Antriebs- motor, der die Bewegungen des Längsschlittens 41 mit ausführt, ist mit 47 bezeichnet.
Der Kreuzschlitten 39 ist bezüglich der Anordnung des Drück¬ futters 12 derart am Maschinengestell 13 festgelegt, daß sich bei einer in Y-Koordinatenπchtung 46 erfolgenden Bewegung der Drückrolle 29 deren Abwälzpunkt 48 an der Außenfläche 37 der Ronde 19 genau radial zur Drehachse 14 des Drückfutters 12 bzw. der Ronde 19 bewegt.
Die Koordinaten-Antriebs-Motoren 42 und 47 sind, wie auch der Spannzylinder 28, mittels dessen der Gegenhalter 21 an die Ronde 19 andrückbar und diese dadurch am Drückfutter 12 fest¬ legbar ist, als hydraulische Linearzylinder ausgebildet.
Zur Steuerung der - bei rotierendem Drückfutter 12 - zur Druck- Bearbeitung des rondenförmigen Werkstückes 19 erforderlichen Bewegungsbahnen der Drückrolle 29, die sich aus der Überlagerung der X- und Y-Kolbenhübe der Linearzylinder 42 und 47 ergeben, sind diesen je einzeln zugeordnete Nachlauf-Regelventile 49 und 51 zugeordnet, die mit elektromechanisch steuerbarer Posi¬ tions-Sollwert-Vorgabe und mechanischer Positions-Istwert-Rück¬ führung für die beweglichen Elemente - die Kolben - der beiden Linearzylinder 42 und 47 arbeiten.
Die je einen Linearzylinder 42 bzw. 47 und ein Nachlauf-Regel¬ ventil 49 und 51 umfassenden, insgesamt mit 52 bzw. 53 bezeich¬ neten Koordinaten-Antriebseinheiten werden, der Vollständigkeit
ERSATZBLATT halber hinsichtlich ihres prinzipiellen Aufbaus und ihrer Funk¬ tion anhand der Fig. 2 näher erläutert:
Die Koordinaten-Antriebseinheiten 52 und 53 sind mit je einem Positionsgeber 54 bzw. 46 versehen, welche für die Positionen des Längsschlittens 41 und des Querschlittens 38 charakteri¬ stische - elektrische - Ausgangssignale erzeugen, die als Ein¬ gaben einer elektronischen CNC-Steuereinheit 57 zugeleitet sind, welche an Steuer-Ausgängen 58 und 59 die Positions-Soll¬ wert-Vorgabe-Signale für die Nachlauf-Regelventile 49 und 51 der Antriebseinheiten 52 und 53 abgibt, durch deren Linear¬ bewegungen die Bahnbewegung der Drückrolle 29 gesteuert wird.
Die Positionsgeber 54 und 56 sind in bevorzugter Gestaltung als sogenannte Absolut-Geber ausgebildet, deren - in digitalem Format abgegebene - Ausgangssignale ein direktes Maß für die auf - maschinenfeste - Grundstellungen des Längsschlittens 41 und des Querschlittens 38 bezogene Momentan-Positionen des Längsschlittens 41 bzw. des Querschlittens 38 sind. Eine derar¬ tige Ausbildung der Positionsgeber 54 und 56 als Absolut-Geber setzt allerdings voraus, daß entlang der Schlittenführungen 44 bzw. 45 des Querschlittens 38 bzw. des Längsschlittens 41, z.B. innerhalb streifenförmiger Bereiche 61 bzw. 62 von den Positionsgebern 54 bzw. 56, die in diesem Falle als Leseköpfe ausgebildet sind, beim überfahren erkennbare Markierungen ange¬ ordnet sind, in deren geometrische Anordnung der jeweilige Y- bzw. X-Koordinatenwert codiert ist, die durch die Positions¬ geber 54 und 56 "erkannt" und in impulsförmige elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden, die ihrerseits in der elek¬ tronischen CNC-Steuereinheit 57 als Koordinatenwerte verarbeitet werden. Diese Markierungen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, können in für sich bekannter Technik als optisch abtastbare oder als induktiv abtastbare Markierungen oder Markierungsgruppen realisiert sein.
ERSATZBLATT Anstelle von Absolut-Gebern können als Positionsgeber 54 und/oder 56 auch Inkremental-Geber verwendet werden, die für den Änderungssinn - vorwärts/rückwärts - und für inkrementale Beträge der Positionsänderung charakteristische Signale - Impulsfolgen - abgeben, durch deren addierende bzw. subtrahie¬ rende Verarbeitung in der CNC-Steuereinheit 57 ebenfalls die Positions-Information über die Anordnung der Drückrolle 29 relativ zu dem Drückfutter 12 der Drückmaschine 10 mit hinrei¬ chender Zuverlässigkeit gewinnbar ist.
Im Rahmen der Druckmaschine 10 geeignete Positionsgeber 54 und 56 beider Typen sind in vielfältigen Ausführungsarten bekannt und erscheinen daher nicht weiter erläuterungsbedürftig.
Entsprechendes gilt sinngemäß für den Aufbau der hydraulischen Linearzylinder 42 und 47 der Kooridnaten-Antriebseinheiten 52 und 53 sowie für Aufbau, Funktion und Art der Ansteuerung der Nachlauf-Regelventile 49 und 51 der beiden Koordinaten-Antriebs¬ einheiten 52 und 53, wobei deren Nachlauf-Regelventile 49 sich von vorbekannten Ventilen dieser Art dadurch unterscheiden, daß sie, je für sich, mit einem insgesamt mit 63 bezeichneten Mess-System zur Erfassung des Positions-Sollwertes sowie zur Überwachung des Nachlau -Weges ΔS ausgerüstet sind, um den der Kolben 64 des jeweiligen Linearzylinders 42 bzw. 47 der X- Antriebseinheit 52 bzw. der Y-Antriebseinheit 53 dem Positions- Sollwert, der durch Ausgangssignale der CNC-Steuereinheit 57 eingesteuert wird, während der Bearbeitung des Werkstückes 19 nacheilt.
Der Vollständigkeit halber werden daher anhand der Fig. 2, auf deren Einzelheiten nunmehr Bezug genommen sei, am Beispiel der X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 eine spezielle Gestaltung deren Nachlauf-Regelventils 49 und des mit diesem gekoppelten
ERSATZBLATT Meßsystems 63 erläutert, die bei der Y-Koordinaten-Antriebs- einheit 53 auf identische oder äquivalente Weise realisiert sind.
Das Nachlauf-Regelventil ist als 4/3-Wege-Ventil ausgebildet, dessen "neutrale" Grundstellung 0 seine Sperrstellung ist, in welcher beide Antriebsdruckräume 66 und 67 des Linearzylin¬ ders 42 des X-Koordinatenantriebs 52 sowohl gegen den P-Versor- gungsanschluß 68 als auch den Druck(P)-Ausgang als auch gegen den Tank.T)-Anschluß des Druckversorgungsaggregates 71 abge¬ sperrt sind.
Das Nachlauf-Regelventil 49, das - zum Zweck der Erläuterung - gemäß der halbschematischen Darstellung der Fig. 2 als Schie¬ ber-Ventil vorausgesetzt ist, dessen "Kolben" 72 durch das 4/3-Wege-Ventil-Symbol repräsentiert ist, ist als Poportional- ventil ausgebildet, das, von seiner sperrenden Grundstellung 0 aus gesehen, mit einer zunehmenden Verschiebung seines Ventil- kolbens 72, gemäß der Darstellung der Fig. 2 nach "unten", d.h. im Sinne einer Beaufschlagung des Hydrozylinders 42 in Richtung des Pfeils 73 nach "links", d.h. in der nachfolgend als Vorwärtsrichtung bezeichneten Bewegungsrichtung, zunehmend größere Querschnitte der Durchflußpfade 74 und 76 freigibt und bei einer zunehmenden Verschiebung seines Ventilkolbens 72 in der Gegenrichtung, gemäß der Darstellung der Fig. 2 nach "oben" zunehmend größere Querschnitte der Druchflußpfade 77 und 78 freigibt, wobei sich in dieser Funktionsstellung des Ventil¬ kolbens 72 der Kolben 64 des Linearzylinders 42 in Richtung des Pfeils 79 bewegt, die nachfolgend als "Rückwärtsrichtung" bezeichnet wird.
Die mit der "Vorwärtsrichtung" verknüpfte Funktionsstellung des Nachlauf-Regelventils wirdπat I bezeichnet, die mit der Rückwärtsrichtung verknüpfte Funktionsstellung mit II.
ERSATZBLATT Um das insoweit erläuterte Nachlauf-Regelventil 49 im Sinne der Bewegungssteuerung des Kolbens 64 des Linearzylinders 42 und des mit diesem in der X-Richtung angetriebenen Werk¬ stückes 19 bedarfsgerecht in seine verschiedenen Funktions- stellungen 0 und I bzw. II steuern zu können, sind weiter die folgenden Funktionselemente vorgesehen:
In einer zentralen, mit der Längsachse 81 des Ventilgehäuses 82 koaxialen Bohrung 83 ist drehbar und axial verschiebbar eine Hohlwelle 84 gelagert, die an ihrem einen, gemäß der Darstellung der Fig. 2 unteren Endabschnitt mit einem Innengewinde 86 ver¬ sehen ist, über das sie mit dem Außengewinde einer zentralen Gewindespindel 87 kämmt, welche an einem die untere Endstirnwand des Gehäuses 82 bildenden Abschlußplatte 88 des Ventilge¬ häuses 82 drehbar, jedoch axial unverrückbar gelagert ist.
Die Hohlwelle 84 ist - zur Vorgabe des Positions-Sollwertes des Antriebskolbens 64 des Linearzylinders 42 - mittels eines insgesamt mit 89 bezeichneten Elektromotors - eines Schritt¬ motors oder eines AC-Motors - antreibbar, dessen Stromversorgung im Sinne der Positions-Sollwert-Vorgabe durch elektrische Aus¬ gangssignale der elektronischen CNC-Steuereinheit 57 gesteuert wird.
Dieser Elektromotor hat beim dargestellten, speziellen Ausfüh¬ rungsbeispiel einen gehäusefest angeordneten Stator 91 und einen axial hin- und her-verschiebbaren Rotor 92, dessen Rotor¬ welle durch einen Abschnitt der Hohlwelle 84 gebildet ist, welche solchermaßen dreh- und verschiebefest mit dem Rotor 92 des Elektromotors 89 verbunden ist. Der Rotor 92 des Elektro¬ motors 89 ist mittels des die zentrale Bohrung 83 des Ventil- gehäueses 82 axial durchsetzenden Abschnittes der Hohlwelle 84 einerseits und andererseits mit einem weiterführenden Ab-
ERSATZBLATT schnitt 84' der Hohlwelle 84 in einer zentralen, mit der Längs¬ achse 81 koaxialen Bohrung 94 einer Zwischenwand 96 des Gehäu¬ ses 82 drehbar gelagert, welche den im wesentlichen von dem Motor 89 und dem Nachlauf-RegeIventil 49 eingenommenen Raum 97 gegen einen für die Aufnahme des MeßSystems 63 vorgesehenen Gehäuseraum 98 abgrenzt.
In dem das Nachlauf-Regelventil 49 aufnehmenden Teil 82' des Gehäuses 82 ist axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar ein insgesamt mit 99 bezeichnetes, der Grundform nach jochförmiges Ventilbetätigungsglied gelagert, das zwei parallel zueinander verlaufende Joe schenkei iul und 102 hat, die durch einen parallel zur zentralen Längsachse 81 des Gehäuses 82 verlau¬ fenden Führungsstab 103, der durch eine radial seitliche Führungsbohrung 104 des insgesamt blockförmigen Ventilgehäuse¬ teils 82' hindurchtritt, fest miteinander verbunden sind und sich über je einen Betätigungsstift 106 bzw. 107 axial an den einander gegenüberliegenden Seiten des Ventilkolbens 72 ab¬ stützen, wobei die Abstützung der Jochschenkel 101 und 102 satt-formschlüssig ist.
Die beiden Jochschenkel 101 und 102 haben miteinander fluch¬ tende, mit der zentralen Längsachse 81 des Gehäuses 82 koaxiale Bohrungen 108 und 109, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Hohlwelle 84, so daß diese mit einem für ihre leichtgängige Drehbarkeit hinreichenden Spiel durch diese Bohrungen 108 und 109 der Jochschenkel 101 und 102 des Ventilbetätigungsgliedes 99 hindurchtreten kann.
Das Ventilbetätigungsglied 99 ist über Kugellager 111 und 112, die eine leichtgängige Drehbarkeit der Hohlwelle 84 relativ zu dem Ventilbetätigungsglied 99 vermitteln, axial spielfrei zwischen radialen Mitnahmeflanschen 113 und 114 der Hohlwelle 84 gelagert.
e_ SATZBLATT Die Gewindespindel 87 ist an einem freien, außerhalb des Gehäuses 82' angeordneten Endabschnitt mit einem Ritzel 116 versehen, mit dem eine Zahnstange 117 kämmt, welche mit dem Kolben 64 des hydraulischen Linearzylinders 42 bewegungsgekop¬ pelt ist und dessen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen mit aus¬ führt.
Zum Zweck der Erläuterung der Funktion der insoweit dem Aufbau nach beschriebenen Komponenten der Koordinaten-Antriebseiheit 52 sei zunächst angenommen, daß der Linearzylinder 42, ausgehend von einer Ruhelage, in welcher das Nachlauf-Regelventil 49 seine Sperrstellung 0 einnimmt, eine in Richtung des Pfeils 79 erfolgende "Vorwärts"-Bewegung ausführen soll. Hierzu wird der als Motor mit umkehrbarer Drehrichtung ausgebildete Elektro¬ motor 89 - gesteuert durch Ausgangsimpulse der CNC-Steuerein¬ heit 57 - mit derjenigen Drehrichtung angetrieben, daß sein Rotor 92 und mit diesem die Hohlwelle 84 - wegen deren Gewinde- Eingriff mit der zunächst in Ruhe bleibenden Gewindespindel 87 - eine axiale Verschiebung in Richtung de's Pfeils 118, gemäß der Darstellung der Fig. 2 "nach unten" erfährt, die über das Ventilbetätigungsglied 99, das diese einleitende Verschiebung der Hohlwelle 84 mit ausführt, auch auf den Ventilkolben 72 des Nachlauf-Regelventils 49 übertragen wird, welches dadurch in seine dem Vorwärts-Betrieb des Hydrozylinders 42 zugeordnete Funktionsstellung I gelangt. Durch die hieraus resultierende - zunehmende - Druckbeaufschlagung des einen, gemäß Fig. 2 rechten Antriebsdruckraumes 66 des Linearzylinders 42 und gleichzeitige Druckentlastung seines anderen, gemäß Fig. 2 linken Antriebsdruckraumes 67 erfährt der Kolben 64 des Linear¬ zylinders 42 nunmehr eine Verschiebung in Vorwärtsrichtung 73, die sich wegen des formschlülssig-kämmenden Eingriffes der die Bewegungen des Kolbens 64 mit ausführenden Zahnstange 117 mit dem Ritzel 116 zu einer mit der Drehrichtung der Hohlwelle 84
ERSATZBLATT gleichsinnig gerichteten Drehbewegung der Gewindespindel 87 führt. Nach einem nur eine kurze Zeitspanne benötigenden "Ein¬ schwingen" der Regelung ergibt sich ein stationärer Zustand, in welchem die Hohlwelle 84 und die Gewindespindel 87 gleiche Drehzahl haben und damit axiale Verrückungen dieser beiden Elemente 84 und 87 gegeneinander aufhören, dies jedenfalls dann, wenn die Frequenz der Ansteuerimpulse konstant gehalten wird und der Kolben 64 des Linearzylinders 42 seine Vorwärts¬ bewegung mit konstanter Geschwindigkeit auführt. In diesem stationären, d.h. konstanter Geschwindigkeit der Kolbenbewegung entsprechenden Betriebszustand der Koordinaten-Antriebsein¬ heit 52 ist somit das Ventilbetätigungsglied 99 "in Ruhe" und das Nachlauf-Regelventil 49 in seiner Funktionsstellung I so weit geöffnet, daß der öl-Volumenstrom dV/dt, der in den druck¬ beaufschlagten Antriebsdruckraum 66 des Linearzylinders 42 eingeleitet bzw. aus dessen druckentlastetem Antriebsdruck¬ raum 67 abgeführt wird, genau den Wert F • dS/dt hat, wobei mit F der Wert der druckbeaufschlagten Fläche des Kolbens 64 und mit dS/dt die Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des Pfeils 73 bezeichnet sind.
Die Wirkunsweise der Koordinaten-Antriebseinheit 52 im Rück¬ wärtsbetrieb des Linearzylinders 42 - bei Ansteuerung des Elek¬ tromotors 89 in der entgegengesetzten Drehrichtung - ist analog, wobei lediglich die wirksame Querschnittsfläche des Kolbens 64 beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel um die Quer¬ schnittsfläche der Kolbenstange 118 kleiner ist, mit der die Zahnstange 117 fest verbunden ist. In dem im vorstehend erläu¬ terten Sinne stationären Betriebszustand der Antriebseinheit 52 besteht Gleichheit von Ist- und Sollwert der Bewegungsgeschwin¬ digkeit des Kolbens 64. Zwischen dem jeweils momentan maßgeb¬ lichen Sollwert der Position des Kolbens 64 und deren Istwert besteht jedoch ein Unterschied Δs, der sogenannte Nachlaufweg, der zu dem für die Aufrechterhaltung des stationären Zustandes
ERSATZBLATT erforderlichen Auslenkungshub des Nachlauf-Regelventilkol¬ bens 72 aus seiner Grundstellung 0 proportional ist und beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Beziehung
Δ s = ε • i
gegeben ist, wobei mit i der Übersetzungsfaktor des Zahnstangen¬ triebes 116, 117 bezeichnet ist, der beim dargestellten, spe¬ ziellen Ausführungsbeispiel durch das Verhältnis R/r des wirk¬ samen Radius R des Zahnritzels 116 zum Radius r der Gewinde¬ spindel 87 gegeben ist.
Um diesen Nachlaufweg Δ S eilt der Positions-Istwert des Kol¬ bens 64 dem eingesteuerten Positions-Sollwert im stationären Betriebszustand nach.
Das Meßsystem 63 umfaßt insgesamt drei, der Grundform nach im wesentlichen rotationssymmetrische Geberelemente 121, 122 und 123, die mit der aus der Fig. 2 ersichtlichen Anordnung in axialem Abstand voneinander dreh- und verschiebefest auf dem in den Aufnahmeraum 98 hineinragenden Endabschnitt 84" der Hohlwelle 84 angeordnet sind. Das erste mechanische Geberele¬ ment 121 hat die Form eines Zahnrades mit parallel zur zentralen Längsachse 81 der Hohlwelle 84 verlaufenden Zähnen 124, die beim Vorbeitreten an gehäusefest angeordneten elektronischen Sensorelementen 126 und 127 impulsförmige Wechselspannungs- Ausgangssignale dieser Sensorelemente 126 und 127 auslösen, d.h. Folgen von zwischen einem maximalen und einem minimalen Pegel variierenden Spannungsimpulsen, der Impulsform bei vorge¬ gebener Drehzahl der Hohlwelle 84 bzw. des Rotors 92 des Elek¬ tromotors 89 in sehr guter Näherung einer Sinuswelle entspricht.
Als Sensorelemente 126 und 127 sind sogenannte Feldplattenfühle für sich bekannter Bauart ausgenutzt, bei denen die Amplituden
ERSATZBLATT der Ausgangssignale unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des mechanischen Geberelementes 121 sind, d.h. der Signalpegel ihrer Ausgangssignale zwischen definierten - oberen und unte¬ ren - Extremwerten variiert, so daß die Ausgangssignale der beiden Sensorelemente 126 und 127 auch dem Pegel nach gut aus¬ wertbar sind.
Die beiden Sensorelemente 126 und 127 sind in einem solchen azimutalen Abstand Λ^ voneinander angeordnet, daß zwischen ihren Ausgangssignalen eine Phasenverschiebung von 90° bzw. einem ungeradzahligen vielfachen von 90" besteht, so daß aus einer fortlaufenden Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Ausgangssignale der beiden Sensorelemente 126 und 127 und der zeitlichen Änderungen (zeitlichen Differentialquotienten) der¬ selben auch der Drehsinn der Hohlwelle 84 erfaßt werden kann.
Diese Auswertung der Sensor-Ausgangssignale erfolgt nach bekann¬ ten Algorithmen in der elektronischen CBC-Steuereinheit 57, der die Ausgangssignale der beiden Sensorelemente 126 und 127 zugeleitet sind.
Das zahnradförmige Geberelement 121 und die diesem zugeordneten Sensorelemente 126 und 127 bilden somit ein Winkelstellungs- Meßsystem, dessen Genauigkeit umso größer ist, je größer die Zahl der über den Umfang des Geberelementes 121 äquidistant verteilten Zähne 124 ist, und je höher die Genauigkeit ist, mit der die Ausgangssignalamplituden der beiden Sensorele¬ mente 126 und 127 gemessen werden können. Die diesbezügliche Meßgenauigkeit erlaubt es, den Winkelabstand zweier aufeinander folgender Zähne auf 1/100 seines Betrages genau zu erfassen.
Das zweite mit der Hohlwelle 84 rotierende mechanische Geber¬ element 122 ist als ringflanschförmiges Element ausgebildet, das an seinem Umfang nur einen einzigen, z.B. V-förmigen Schlitz
ERSATZBLATT oder einen spitzen Vorsprung 128 aufweist, durch dessen Vorbei¬ treten an einem diesem Geberelement 122 zugeordneten, gehäuse¬ fest angeordneten elektronischen Sensorelement 129 jeweils ein Referenzimpuls ausgelöst wird.
Durch das Auftreten des Referenzimpulses dieses elektronischen Sensorelements 129, dessen Aufbau demjenigen der Sensorele¬ mente 126 und 127 des Winkelstellungs-Meßsystems 121, 126, 127 analog ist, wird gleichsam eine Referenzebene markiert, auf welche die mittels der beiden Sensorelemente 126 und 127 inner¬ halb einer Umdrehung der Hohlwelle 84 erfaßbaren Winkelstel- lungen dieser Hohlwelle 84 bezogen werden können. Durch die bei einer bestimmten Drehrichtung der Hohlwelle 84 auftretenden Winkelstellungs- und Umdrehungszahl-Impulse, die von den Sensor¬ elementen 126 und 127 sowie gegebenenfalls 129 abgegeben werden, ist somit auf einfache Weise die Positions-Sollwert-Vorgabe für den Antriebskolben 64 des Hydrozylinders 42 kontrollierbar, d.h. mittels des Winkelstellungsmeßsystems 121, 126, 127 und des Referenz-MeßSystems 122, 129 ist der eingesteuerte Positions-Sollwert bzw. X-Koordinaten-Sollwert, im Falle der Antriebseinheit 53 der Y-Koordinaten-Sollwert erfaßbar.
Das zahnradförmige Geberelement 121 und das ringflanschförmige Geberelement 122 sowie die diesen zugeordneten elektronischen Sensorelemente 126 und 127 bzw. 129 sind so angeordnet und gestaltet, daß die Ausgangssignale mindestens der beiden Sensor¬ elemente 126 und 127 des Winkelstellungs-Meßsystems 121, 126, 127 durch die im Betrieb möglichen axialen Verschiebungen der Hohlwelle 84 und damit auch der Geberelemente 121 und 122 nicht beeinflußt werden, da die Ausgangssignale der beiden Sensor¬ elemente 126 und 127 auch hinsichtlich der Beträge ihrer Ampli¬ tuden (Signalpegel) möglichst genau auswertbar sein sollen.
ERSATZBLATT Für das Referenz-Meßsystem 122, 129 ist dies nicht zwingend erforderlich, gleichwohl ist es auch hier zweckmäßig, wenn die Amplituden der von dem Sensorelement 129 erzeugten Ausgangs¬ signale zumindest nicht drastisch mit axialen Verrückungen des ringflanschförmigen Geberelements 122 variieren.
Im Unterschied dazu ist das das dritte rotierende Geberele¬ ment 123 und mindestens ein weiteres, ebenfalls gehäusefest angeordnetes elektronisches Sensorelement 131 umfassende Teil¬ system des Meßsystems 63 so gestaltet, daß der Ausgangssignal- pegel der von dem Sensorelement 131 dieses Teilsystems 123, 131 εzeugten Äusgar_yS5iy_aie siyiiiüikanL und in einer möglichst exakt linearen Relation mit axialen Verrückungen des Geberele¬ mentes 123 bzw. der Hohlwelle 84 variiert, um aus der diesbe¬ züglichen Variation bzw. dem jeweiligen Pegel des Ausgangs¬ signals des Sensorelements 123 den im Betrieb der Koordinaten- Antriebseinheit 52 jeweils maßgeblichen Nachlaufweg As mit hinreichender Genauigkeit bestimmen zu können.
Zu diesem Zweck ist in der der Fig. 2 entnehmbaren, einfachen Gestaltung des Nachlaufweg-Me Systems 123, 131 dessen mechani¬ sches Geberelement 123 als eine Ringrippe mit konischen Flan¬ ken 132 und 133 ausgebildet, die entlang einer scharfen Ring¬ kante 134 aneinander anschließen, durch deren axiale Ver¬ rückungen relativ zu dem Sensorelement 131 dessen Ausgangssig¬ nalpegel definiert beeinflußt wird.
Als Sensorelement 131 ist wiederum ein Element desjenigen Typs vorgesehen, wie für das Winkelstellungs-Meßsystem 121, 126, 127 schon erläutert. Im Sinne einer einfachen Auswertbarkeit des Pegels der Ausgangssignale des Sensorelements 131 in Ein¬ heiten des Nachlaufweges As ist es günstig, wenn mit der - sperrenden - Grundstellung 0 des Nachlauf-Regelventils 49 eine Position des mechanischen Geberelements 123 verknüpft ist, in
ERSATZBLATT __• ^ der das Ausgangssignal des Sensorelements 131 des Nachlaufweg- MeßSystems 123, 131 einem - hohen oder niedrigen - Extremwert entspricht, so daß Änderungen des Ausgangssignalpegels des Sensorelements 131 jeweils in einem monotonen Zusammenhang mit dem Nachlaufweg AS in der einen oder der anderen Richtung stehen.
Eine diesbezüglich erforderliche Justierbarkeit des Nachlaufweg- Meßsystems 123, 131 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, daß das Geberelement 131 auf einem Gewinde 134 des Hohlwellen-Endabschnitts 84" schraubbar und dadurch in axialer Richtung definiert verschiebbar angeordnet und mittels einer nicht dargestellten Sicherungsmutter fixierbar ist.
Anhand der Fig. 3, auf deren Einzelheiten nunmehr Bezug genommen sei, wird nachfolgend ein Steuerungsverfahren für die Bahnbewe¬ gungen der Drückrolle 29 der Drückmaschine 10 erläutert, das ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.
Zweck dieses Verfahrens ist es, bei einer Serienfertigung mehre¬ rer, gleich geformter Gegenstände, z.B., wie dargestellt, glockenförmiger Lampenschirme, eine exakte Reproduzierbarkeit der Form dieser Lampenschirme sowie eine gleichmäßig gute Qualität der inneren und äußeren Oberflächen dieser Schirme zu erzielen, deren Verläufe durch die Außenkontur 11 des Drück¬ futters 12 und die Bewegungsbahn des Abwälzpunktes 48 der Drück¬ rolle 29 an der Außenseite 18 des Drückteils 17 bestimmt sind, die im letzten Umlauf der Drückrolle 29 durchlaufen wird, in dem das Drückteil 17 seine endgültige Form erhält. Mit "Umlauf" wird dabei ein Bearbeitungszyklus verstanden, in dessen Verlauf die Drückrolle 29 einmal über den gesamten X-Koordinaten-Varia- tionsbereich verfahren wird, innerhalb dessen eine Verformung des Drückteils 17 erforderlich ist, um dieses in gegebenenfalls
ATT mehreren vorläufigen Umläufen so weit vorzudrücken, daß schlie߬ lich in einem letzten Umlauf die endgültige Form mit der Außen¬ kontur 18 erzielt wird. In praxi werden zahlreiche Umläufe durchgeführt, um das Drückteil mehr und mehr an seine endgültige Form anzunähern, bevor es sich schließlich mit seiner Innen¬ fläche 11* an die Außenfläche 11 des Drückfutters 12 anschmiegt und danach in gegebenenfalls wiederum mehreren Umläufen unter Verringerung seiner Dicke soweit gestreckt wird, bis es schlie߬ lich seine endgültige Form erhalten hat.
Zur Erläuterung eines einfachen Programmierverfahrens, nach weichem die für den Drückprozeß erforderlichen Bewegungsabläuf der Drückrolle 29 in die CNC-Steuereinheit 57 eingegeben werden können, wonach diese die an einer Vielzahl von Werkstücken zu wiederholenden Drückprozesse selbsttätig steuern kann, wird nunmehr auch auf die Einzelheiten der Fig. 4 Bezug genommen.
Vorab wird die Kontur 11 des Drückfutters 12 abgetastet und ein diese repräsentierender Satz von Positionskoordinaten (Xni' YQI. θ2 ' ^02' •••' x0n γ0n a^s Stützstellen in die elektro¬ nische CNC-Steuereinheit 57 eingegeben und in dieser gespei¬ chert.
Diese CNC-Steuereinheit 57 wird nachfolgend lediglich hinsicht¬ lich ihrer Funktion erläutert, bei deren Kenntnis ein Fachmann der CNC-Steuerungstechnik diese Steuereinheit 57 mit gängigen Mitteln der Computer- und Datenverarbeitungstechnik realisieren kann, so daß eine Erläuterung baulicher und schaltungstechni¬ scher Details der CNC-Steuereinheit 57 nicht erforderlich er¬ scheint.
Bei der Abtastung der Kontur 11 des Drückfutters 12 wird die Drückrolle 29 einschließlich ihrer X- und Y-Koordinatenantriebe 52 und 53 selbst als Tastkopf ausgenutzt.
ERSATZBLATT Um die Zahl der zu speichernden Koordinaten-Daten begrenzt zu halten, erfolgt die Abtastung in der zur Längsachse 14 - der Drehachse - des Drückfutters 12 parallelen X-Richtung in diskreten Schrittweiten Δx, die erforderlichenfalls variiert werden können.
In einem - willkürlich gewählten - Koordinatensystem, in welchem die X-Achse mit der zentralen Längsachse 14 - der Drehachse - des Drückfutters 12 zusammenfällt und die Y-Achse in der - ebenen -Stirnfläche 23 des Drücklfutters 12 radial, d.h. rechtwinklig zur X-Koordmatenachse 14 verläuft, wird mit der Abtastung an demjenigen Punkt ^er Außenkontur 11 des Drückfut¬ ters 12 begonnen, ab welchem eine Verformung der Ronde 19 erfor¬ derlich ist, um diese an den Verlauf der Außenfläche bzw. -kontur 11 des Drückfutters 12 anzuschmiegen.
Bei dieser Wahl des X-Y-Koordinatensystems liegt die abzu¬ tastende Kontur 11 in dessen IV-ten Quadranten. In der für die Abtastung vorgesehenen Ausgangsstellung der Drückrolle 29 befin¬ det sich diese - "irgendwo" - im I-ten Quadranten dieses Koor¬ dinatensystems, z.B. in der gestrichelt eingezeichneten Posi¬ tion, wobei der lichte axiale Abstand der Drückrolle 29 von der Stirnfläche 23 des Drückfutters 12 deutlich größer ist als die maximalen Dicken der verarbeitbaren Werkstücke 19.
Der Anfangspunkt der Abtastung, der die Koordinaten XQI und YQI hat, wird in der Weise angefahren, daß die Drückrolle 29 aus ihrer gestrichelt eingezeichneten Ausgangsstellung durch - z.B. "handgesteuerte" - Aktivierung der Y-Koordinaten-Antriebs- einheit 53 in die strichpunktiert eingezeichnete Position ge¬ fahren wird, in welcher der Krümmungsmittelpunkt der als kreis¬ bogenförmig gekrümmt vorausgesetzten Abwälzfläche 137 der Drück¬ rolle 29 den Y-Koordinatenwert Ygi hat. Während die Y-Koordi-
ERSATZBLATT naten-Antriebseinheit 53 in dieser Position des Kolbens 64 ihres Linearzylinders 47 - durch hydraulische oder mechanische -
"Verriegelung" gehalten wird, wird der Linearzylinder 42 der X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 mit mäßigem, zwischen 1/20 und 1/8 seines maximalen Betriebsdruckes betragenem Druck beauf¬ schlagt und dadurch die Drückrolle 29 im Punkt (0, Yoi> i-n Anlage mit der Stirnfläche 23 des Drückfutters 12 gedrängt. Die für diese Position der Drückrolle 29 charakteristischen Positions-Ausgangssignale des X-Positionsgebers 54 und des Y- Positionsgebers 56 werden als Koordinaten-Eingabe (Xoi' Y01 } in der elektronischen CNC-Steuereinheit 57 gespeichert, wobei dieses Koordinatenpaar (Xni. γoi> die Position des Krümmungs- mittelpunktes 136 der Drückrolle 29 repräsentiert. Als nächstes wird, während die X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 in der dem Koordinatenwert Xgi des Krümmungsmittelpunktes 136 der Drück¬ rolle 29 entsprechenden Wert "verriegelt" wird, durch Aktivie¬ rung der Y-Koordinaten-Antriebseinheit 53 die Position XQI , YQ2 des Krümmungsmittelpunktes 136 der Drückrolle 29 angefahren, hierauf die Y-Koordinaten-Antriebseinheit 53 in ihrer dieser Position des Krümmungsmittelpunktes 136 der Drückrolle 29 ent¬ sprechenden Position ihres Kolbens 64 verriegelt und danach wieder die X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 im Sinne eines Vorschubes in X-Richtung, d.h. auf das Drückfutter 12 zu druck¬ beaufschlagt, bis wieder Stillstand des Kolbens 64 des Linear¬ zylinders 42 der X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 erreicht ist. Die mit dieser Position des Drückwerkzeugs 29 verknüpften Ausgangssignale des X-Positionsgebers 54 und des Y-Positions- gebers 56 werden wiederum als Koordinaten-Eingabe Q 2 ' ^02 ^-n der elektronischen Steuereinheit 57 gespeichert. Dabei wird der Änderungsschritt ΔY, um den die Koordinaten-Abtastung in Y-Richtung verändert wird, zunächst konstant gehalten.
Wird im Zuge der Abtastung der Außenkontur 11 ein Bereich der¬ selben erreicht, in dem die Steigung der Außenkontur 11 in den
ERSATZBLATT X-/Y-Koordinatensystem dem Betrage nach kleiner als 1 wird, was gemäß der schematischen stark vereinfachten Darstellung der Fig. 4 ab dem fünften Abtastschritt der Fall ist, so wird die Y-Schrittweite reduziert, z.B. auf den Wert £ Y/2 und danach die Abtastung analog weitergeführt, bis, beim Darstel¬ lungsbeispiel mit dem achten Abtastschritt ein Verlauf der Außenkontur erreicht ist, bei der deren Steigung den Wert 0 hat, d.h. die Außenkontur 11 parallel zur X-Achse 14 verläuft und demgemäß der Abwälzpunkt 48 der Drückrolle 29, gemäß der Darstellung der Fig. 4 genau "unterhalb" des Krümmungsmitte1- punktes 136 der Abwälzfläche 137 angeordnet ist, während am Beginn der Abtastung der Abwälzpunkt 48 der Abwälzfläche 137 der Drückrolle 29 in seitlichem, dem Krümmungsradius R entspre¬ chenden Abstand vom Krümmungsmittelpunkt 136 der Abwälz¬ fläche 137 angeordnet war.
Sobald die Abtastung der Kontur 11 des Drückfutters 12 einen Bereich erreicht hat, in welchem deren Steigung dem Betrage nach 0 oder von 0 nur sehr wenig verschieden ist, wird das Abtastintervall Δϊ in Y-Richtung weiter verringert, z.B. auf 1/10 des anfänglichen Wertes und danach die Abtastung wie vor¬ stehend erläutert, fortgesetzt. Dadurch ist es möglich, relativ große Abschnitte in X-Richtung gleichsam zu "überspringen", ohne an Abtastgenauigkeit zu verlieren.
Je nach dem Betrag des Krümmungsradius R der Abwälzfläche 137 der Drückrolle 29 kann, nachdem ein Bereich der Abtastkontur 11 erreicht ist, in der diese "horizontal", d.h. parallel zur X- Achse verläuft, in Y-Richtung eine Schrittweite gewählt werden, die z.B. 1/100 derjenigen Schrittweite Δ entspricht, die für die Abtastung gewählt wird, wenn die Außenkontur 11 sehr steil zur X-Achse verläuft, d.h. die Steigung der Außenkontur 11 größer als 1 ist.
ERSATZBLÄTT Je nachdem, wie sich im weiteren Verlauf der Abtastung die Steigung der Außenkontur 11 des Drückfutters entwickelt, können - anhand der vorstehend erläuterten Kriterien - die Y-Schritt- weiten der Abtastung sinngemäß gewählt werden.
Aus den solchermaßen sukzessive angefahrenen Positionen der Drückrolle 29 und den für diese Positionen gespeicherten Koor¬ dinaten-Daten ermittelt die CNC-Steuereinheit 57 durch Inter¬ polation die komplette Bahnkurve 11" entlang derer sich der Krümmungsmittelpunkt 136 der Abwälzfläche 137 der Drückrolle 29 bewegt, wenn diese unmittelbar entlang der Außenkontur 11 des Drückfutters 12 geführt wird.
Bei der vorstehend erläuterten Abtastung ist das Drückfutter 12 nicht rotierend angetrieben ist.
Die in der Fig. 4 und in der Fig. 5, auf deren Einzelheiten ergänzend verwiesen sei, strichpunktiert eingezeichnete Bahn 11'' ', entlang welcher die Drückrolle 29 bzw. deren Abwälz¬ flächen-Krümmungsmittelpunkt 136 im "letzten" Druck-Umlauf geführt werden mu , durch den der fertige Gegenstand seine endgültige Außenkontur 18 erhält, wird aus der - gestrichelt eingezeichneten - durch Abtastung der Außenkontur 11 des Drück¬ futters 12 gewonnenen Bahn 11' ' dadurch gewonnen, daß zu jedem Punkt dieser "Abtast-Bewegungsbahn" 11" die senkrecht zur Außen¬ kontur 11 des Drückfutters 12 gemessene Soll-Dicke - senkrecht zu der Verlaufskurve 11" - addiert wird, so daß sich aus deren Punktkoordinaten Xni, Yoi? i = 1,2, ...n) für die einzelnen Punkte der Bahnkurve 11' deren Punktkoordinaten (X^, Y^) gemäß den folgenden Beziehungen ergeben:
'li X'Oi - d- sinαj (1) und
:lι •0i sinα, (2)
SATZBLATT
ER ergeben, wobei mit d^ die Solldicken an den Stützstellen mit den Koordinaten Xi , Yü der im letzten Druck-Umlauf durch¬ laufenden Bahn und mit α-^ die den entsprechend mit "i" indi¬ zierten Koordinatenwerten zugeordneten, von der X-Achse 14 aus gemessenen Steigungswinkel der Außenkontur 11 des Drückfut¬ ters 12 bezeichnet sind. Diese Winkel α^ werden von der Steuer¬ einheit 57 aus den Koordinaten-Daten Xθi' ^0ι der Bahnkurve 11" des Krümmungsmittelpunktes der Drückrolle 29 rechnerisch ermittelt. Da die Bahnkurve 11' rechnerisch, z.B. als Interpo¬ lationspolynom vorgegebener Ordnung, z.B. 6. Ordnung, ermittelt wird, das mit glatt gekrümmtem Verlauf über die Abtast-Stütz¬ stellen gelegt ist, können die Steigungswinkel α^ auch für Bahnpunkte zwischen den Abtaststellen ermittelt werden. Voraus¬ setzung dafür ist natürlich, daß die Schrittweiten der Abtastung in X- und Y-Richtung hinreichend klein sind. In praxi werden die diesbezüglichen Schrittweiten um 1 mm betragen, können aber auch kleiner gewählt werden oder in Bereichen, in denen die Bahn 11" "parallel" zur X-Achse 14 verläuft, sehr viel größer sein.
Die für die Durchführung von Vordruck-Umläufen der Drückrolle 29 erforderlichen Bahnbewegungen derselben werden in der Weise m die elektronische Steuereinheit 57 eingegeben und von dieser gleichsam "erlernt", daß ein Drückfachmann in einem Muster- Drückvorgang den Drückvorgang, z.B. mittels einer von Hand betätigbaren hydraulischen Steuereinrichtung, die eine Rück¬ meldung über die auftretenden Gegenkräfte vermittelt oder allein "von Hand", d.h. auf konventionelle Weise, steuert, und daß hierbei in Abhängigkeit von gegebenen Schrittweiten X und/oder Y fortlaufend die im Zuge der Vordrückbewegungen (Index "v" ) erreichten Koordinatenpaare (Xiv, iv> ' die als Ausgangssignale der X- und Y-Positionsgeber 54 und 56 erzeugt werden, in die CNC-Steuereinheit 57 eingelesen und in dieser in der Reihen-
ERSATZBLATT folge, in der sie durchlaufen worden sind, gespeichert und zum Wiederabruf abgelegt werden.
Um hierbei den günstigsten Bewegungsablauf im Hinblick auf die kurze Dauer des Drückvorganges und optimale Oberflächenqualität am fertigen Gegenstand 17 zu ermitteln, werden in aller Regel mehrere Muste-Drückprozesse durchgeführt.
Zur Veranschaulichung eines solchen Vordruck-Prozesses ist in der Fig. 4 eine dafür charakteristische Bewegungsbahn 11"" schematisch angedeutet.
Die Wiederholung der Vordruck-Bewegungen der Drückrolle 29 erfolgt nach dem sogenannten "Play-back"-Verfahren, wonach die im Hand-Drückverfahren ermittelten Koordinatendaten, die in der CNC-Steuereinheit 57 gespeichert worden sind, in zur Ansteuerung der Koordinaten-Antriebseinheiten 52 und 53 geeig¬ nete Positions-Sollwert-Vorgabesignale umgewandelt werden.
Spätestens in dem letzten Umlauf der Drückrolle 29, durch den das Drückteil 17 zwar seine endgültige Form erhält, zweckmäßi¬ gerweise auch schon in den vorausgehenden Umläufen, in denen das Drückteil 17 schon an der Außenkontur 11 des Drückfutters 12 anliegt, jedoch noch nicht seine endgültige äußere Kontur 18 hat, deren endgültige Form oftmals erst nach einer Vielzahl von weiteren Umläufen erzielt wird, werden im Verlauf solcher Umläufe auch der mittels des Geberelements 123 und des Sensor¬ elements 131 des Me Systems 63 erfaßte Nachlaufweg Δsχ des Linearzylinders 42 der X-Koordinaten-Antriebseinheit 52 sowie der Nachlaufweg Sy des Linearzylinders 47 der Y-Koordinaten- Antriebseinheit 53 überwacht und für deren Werte charakteri¬ stische Signale der CNC-Steuereinheit zugeleitet, die aus diesen Eingaben Δsx und y eine mit diesen monoton anwachsende Vergleichsgröße ΔS bildet, diese mit einem Schwellenwert
ERSATZBLATT Δ"Smax fortlaufend vergaleicht und, wenn die Vergaleichsgaröße *-S den Referenz-Schwellenwert^S übersteigt, Steuersignale für eine Änderung der Bahnbewegungen der Drückrolle dahingehend auslöst, daß die Vergleichsgröße ΔS den Schwellenwer esm3x wieder unterschreitet, wobei als diesbezüglich geeignete Ma߬ nahmen die folgenden vorgesehen sind, die alternativ oder in Kombination ausgenutzt werden können:
1. Reduzierung der Bahngeschwindigkeit, der Drückrolle 29 durch Verringerung der zeitlichen Rate, mit der die Posi¬ tions-Sollwert-Vorgabe für die beiden Koordinaten-Antriebs¬ einheiten 52 und 53 erfolgt und
2. Umschaltung der Bahnbeweguπg der Drückrolle 29 auf eine Bahn, die zwischen der im vorausgegangenen Umlauf durchlau fenen Bahn und derjenigen Bewegungsbahn liegt, bei deren
Durchlaufen der Nachlaufweg °-Schwellenwert Δ max über- schritten worden ist, bis der Schwellenwert ΔSmax wieder um eine definierte Sicherheitsmarge Δs' unterschritten wird.
Eine geeignete Kombination der vorstehend genannten Maßnahmen besteht darin, diese in der erwähnten Reihenfolge anzuwenden, d.h. zuerst die Bahnverfolgungsgeschwindigkeit zu reduzieren und dann erst die Bewegungsbahπ radial zu erweitern. Wenn hier¬ bei die auf die zentrale Achse 14 bezogenen Bahnradien jeweils gleich dem arithmetischen Mittel der auf die zentrale Achse 14 bezogenen Soll-Raten der als letzter begonnenen Bahn, derjenigen in deren Verlauf der Schwelllenwert ΔSmax überschritten worden ist, und der -davor - als letzter störungsfrei, d.h. ohne
Überschreitung des Schwellenwertes ΔSmax durchlaufenen Bahn gewählt werden, so konvergieren die solchermaßen gewonnenen Bahnverläufe sehr schnell gegen eine Bahn, die ohne Überschrei¬ tung3 des Schwellenwertes Δsmax durchlaufen werden kann.
ERSATZBLATT Wann immer - selbsttätig gesteuert - eine oder beide der vorge¬ nannten Maßnahmen - ein- oder mehrmals - zur Anwendung gebrach: werden, um die Drückrolle 29 in einem von einer vorprogran- mierten, erlernten Bahn abweichenden Bahnverlauf über den gesan- ten Koordinaten-Variationsbereich eines Umlaufs zu führen, wird anschließend der vorprogrammierte Umlauf, der "auf Anhieb" nicht möglich gewesen ist, wieder eingesteuert, wonach dann, wenn dieser Umlauf durchgeführt werden konnte, die Steuerung der Bewegungsbahn gemäß dem nächsten vorprogrammierten Bahn¬ verlauf wieder arbeitet, andernfalls die vorstehend erläuterte Prozedur noch einmal selbsttätig gesteuert wiederholt wird, bis wieder Verhältnisse erreicht sind, die eine Fortsetzung des Drückprozesses nach dem "erlernten" Verfahren ermöglichen.
Diese "Rückkehr" zu den durch den Muster-Drückprozeß erlernten Bahnverläufen ist zweckmäßig, da Änderungen solcher Bahnverläufe im allgemeinen die Ausnahme bleiben werden. Gleichwohl ist es ebenfalls zweckmäßig, einmal vorgenommene Änderungen auch für weitere Drückprozesse zu berücksichtigen und diese Änderungen in das im Muster-Drückprozeß erlernte Programm einzufügen und beizubehalten.
Um mit einem einzigen Schwellenwert Asmax auskommen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die CNC-Steuereinheit 57 die Nachlauf- weg-Eingaben Asx und ΔSy gemäß der Beziehung
Figure imgf000033_0001
verarbeitet.
Des weiteren ist es zum vorgenannten Zweck günstig, wenn die Bahnbewegungen für die aufeinanderfolgenden Umläufe dahingehen.; programmiert bzw. im Muster-Drückprozeß so "erlernt" werde)., daß , eine exakte Reproduzierbarkeit des erlernten Drückprozesse:
ERSATZBLATT unterstellt und gleiche Beschaffenheit der der Bearbeitung zu unterwerfenden Ronde vorausgesetzt, die gemäß der Beziehung (3) gebildete Größe Δ S nur noch innerhalb enger Grenzen von z.B. ± 20 % variiert.
Eine derartige Programmierung aufeinanderfolgender Druck-Umläufe auf gleichsam "konstanten" Gesamt-Nachlaufweg beider Koordi¬ naten-Antriebseinheiten 52 und 53 kann - dem Grundgedanken nach - wie folgt durch geführt werden:
Nachdem durch einen Muster-Drückprozeß eine optimale Bahnführung der Drückrolle 29 sowohl für die Vordruck-Umläufe als auch für den letzten Umlauf ermittelt worden ist, oder diese optimale Bahnführung durch Mittelung über mehrere solcher Muster-Druck¬ prozesse erzielt worden ist, wird die Drückrolle 29, ohne daß in die Drückmaschine 10 ein zu bearbeitendes Werkstück 19 ein¬ gespannt ist, gesteuert durch die CNC-Steuereinheit 57 mit konstanter Bahn-Verfolgungsgeschwmdigkeit vB entlang der opti¬ malen Bahn-Führungsdaten geführt, wobei beide Nach. _πf-Re#elkrei se der Koordinaten-Antriebseinhe.ten 52 und 53 mit sphr geringer Kreisverstärkung betrieben werden und fortlaufend die Nachlauf- Wegkomponenten Δsx und ASy sowie die Vergleichsgröße ΔS ermit¬ telt und/oder aufgezeichnet werden.
Hierdurch wird - wegen der Konstanthaltung der Bahngeschwindig¬ keit - im Ergebnis ein wegabhängiges Profil des Nachlauf-Weges im Bearbeitungsbereich gewonnen.
Aus diesem weg- bzw. ortsabhängigen Profil des Nachlauf eges S kann, da dieser der Bahngeschwindigkeit proportional ist, ein ortsabhängiges Profil der Bahn-Verfolgungsgeschwmdigkeit er¬ rechnet werden, das im Ergebnis einen konstanten oder nahezu konstanten Nachlaufweg S ergibt, wenn die Geschwindigkeit entsprechend dem Geschwindigkeitsprofil gesteuert wird, was
ERSATZBLATT durch Reduktion oder Anhebung der zeitlichen Rate, mit der die Positions-Sollwert-Vorgabedaten aus der elektronischen CNC- Steuereinheit 57 ausgegeben werden, auf einfache Weise möglich ist.
Die hierzu erforderliche Gestaltung und Auslegung der CNC- Steuereinheit 57 ist dem einschlägigen Fachmann bei Kenntnis der Problemstellung ohne weiteres möglich, so daß die Erläute¬ rung diesbezüglicher schaltungstechnischer Einzelheiten nicht erforderlich ist.
Nach einer solchen Programmierung erfolgt somit die Bahnbe egung der Drückrolle 29 entlang der programmierten Sollkonturen mit variabler Geschwindigkeit, dafür aber mit kontantem oder nahezu konstantem Gesamt-Nachlaufweg, so daß ein überschreiten eines Schwellenwertes ΔSmax desselben auch ein hinreichend zuverläs¬ siges Indiz dafür ist, daß der Drückprozeß nicht optimal ab¬ läuft, was jedoch - im Hinblick auf das Arbeitsergebnis - durch die unter 1. und 2. genannten Maßnahmen auf einfache Weise korrigierbar bzw. vermeidbar ist.
Die Programmierung der Bahnbewegungen der Drückrolle 29 kann, im Prinzip dadurch fortlaufend verbessert werden, daß in einen Drückprozeß erfolgte Änderungen der Bahnbewegungen, die mittels der Positionsgeber 54 und 56 auch während eines im Zuge seriel¬ ler Fertigung von Drückteilen erfaßt und in die CNC-Steuerein¬ heit 57 eingegeben werden können, beim Drücken des nächsten Teils und der weiteren als Basis für die Steuerung der Bahnbe¬ wegungen ausgenutzt werden. Bei einer Gestaltung der Drück¬ maschine 10 mit dieser Fähigkeit zur "Erinnerung" an die Bahn¬ bewegungen der Drückrolle in der jeweils vorausgegangenen Phas^ eines Drückprozesses ist, nachdem in einem relativ wenig auf¬ wendigen Muster-Drückprozeß ein leidlich günstiger Bewegungs¬ ablauf, gleichsam im Sinne einer ersten Näherung, ermittelt
ERSATZBLATT worden ist, eine "Selbstprogrammierung" der Drückmaschine auf den optimalen Bewegungsablauf möglich.
Es ist daher nicht erforderlich, schon den Muster-Drückprozeß zu optimieren, was sehr zeitaufwendig wäre, sondern es ist gleichsam ausreichend, einen leidlich günstigen Verlauf der Bahnbewegungen der Drückrolle 29 vorzugeben und der Drückma¬ schine 10 selbst die Programmierung auf optimale Bahnverläufe der Drückrolle 29 zu überlassen.
In spezieller Gestaltung der Drückmaschine 10 und Ver ahrensweise zu ihrer Be riebssteuerung ist vorgesehen, daß aus dem durch Abtastung der Außenkontur 11 des Druckfutters 12 gewonnenen Satz von Koordinaten-Daten durch Hinzufügung von axialen Koordinaten-Inkrementen und radialen Koordinaten- Inkrementen δ X bzw. δ Y ein Satz von Koordinaten-Daten erzeugt wird, der einer in einem Mindest-Abstand von der Außenkontur 11 des Drückfutters 12 und innerhalb der Soll-Kontur des herzustellenden Drückteils 17 verlaufenden Sicherheitskontur entspricht, bei deren Überquerung durch den Abwälzpunkt 48 der Druckrolle 29 ein Steuersignal ausgelöst wird, das mindestens eine der folgenden Sicherheitsmaßnahmen auslöst:
1. Abschaltung der Koordinaten-Antriebseinheiten 52 und 53
2. Erniedrigung der Kreisverstärkung Kv der Nachlauf- Regelkreise der Koordinaten-Antriebseinheiten 52 und 53, die durch die Beziehung
κv = v/ Δ s
gegeben ist und/oder
ERSATZBLATT 3. Auslosung eines akustischen und/oder optischen Warnsignals.
In weiterer spezieller Betriebsart der Druckmaschine 10 kann die Abtastung der Außenkontur 11 des Druckfutters 12 in der Weise durchgeführt werden, daß wahrend eines ersten über den Koordinaten-Variationsbereich fuhrenden Umlaufs der Druckrolle 29 die eine deer beiden Koordinaten-Antriebseinheiten 52 oder 53 mit konstantem, niedrigem Antriebsdruck beaufschlagt ist, wahrend die andere Koordinaten-Antriebseinheit 53 bzw. 52 mit einer definierten, vorzugsweise zeitlich konstanten Ausgaberate der Koordmaten-Sollwert-Daten angesteuert wird, die in einem Umlauf der Druckrolle erreicht werden sollen. Danach wird im Verlauf eines zweiten über den Koordinaten-Variationsbereich führenden Umlaufs der Druckrolle die andere der beiden Koordinaten-Antriebseinheiten 53 bzw. 52 mit konstantem, niedrigem Antriebsdruck beaufschlagt, wahrend die eine Koordinaten-Antriebseinheit 52 bzw. 53 mit der relativ höheren Kreisverstärkung betrieben und mit einer definierten, z.B. zeitlich konstanten Ausgabe-Rate der Koordmaten-SolIwert-Daten angesteuert wird, die in einem Umlauf der Druckrolle 29 erreicht werden sollen. Hierbei werden permanent die in dem mit der höheren Kreisverstärkung betriebenen Regelkreis 52 bzw. 53 auftretenden Nachlaufwege ΔS(x) bzw. ΔS(y) erfaßt und gespeichert. Aus den solchermaßen ermittelten Koordinaten- abhangigen Nachlaufwegen ^S(x) und Δs(y) wird ein ortsabhangiges Profil der Bahnverfolgungsgeschwindigkeit VB( xy) der Druckrolle 29 ermittelt, das, über die Bahnbewegung hinweg gesehen, einem mindestens annähernd konstanten Wert des Nachlaufwegesds( x ,y) = "|/ΔS(y)2 +ΔS( x ) 2 entspricht.
ERSATZBLATT Wenn, wie anhand der Figur 2 erläutert, das in Kombination mit dem Winkelstellungs-MeßSystem 121, 126 und dem Referenz- Meßsystem 122, 129 vorgesehene Nachlaufweg-Meßsystem 123, 131, die Fähigkeit hat, ein dem Nachlaufweg direkt proportionales Ausgangssignal zu erzeugen, das somit in Einheiten des Koordinatensystems geeicht werden kann, so ist das diese drei Meßsysteme insgesamt umfassende Meßsystem 63 auch für die Erfassung des Positions-Ist-Wertes der Drückrolle 29 geeignet, der dann aus einer Subtraktion der Nachlaufweg-Ausgabe des Nachlaufweg-MeßSystems 123, 131 von der Positions-Sollwert- Ausgabe des kombinierten Winkelstellungs- und Referenz- Meßsystems 121, 126, 127 b_ . 122, 129 gewinnbar ist.
Die Positionsgeber 54 und 56 werden dann nicht mehr benötigt, und es kann in einem nachlaufgeregelten Abtast-Vorgang die Kontur 11 des Drückfutters 12 dadurch ermittelt werden, daß die zur Abtastung vorgesehenen Stützstellen angefahren werden, indem, ausgehend von einer Position der Drückrolle 29, in der diese in einem radialen und axialen lichten Mindest-Abstand von der als erster zu erfassenden Stützstelle des Drückfutters 12 angeordnet ist, zunächst eine der beiden Koordinaten- Antriebseinheiten, z.B. die X-Antriebseinheit 52, während die Y-Antriebseinheit 53 festgehalten wird, zur Ausführung eines inkrementalen Tasthubes x angesteuert wird, sodann ihrerseits stillgesetzt wird und darauf die Y-Antriebseinheit 53 mit vorgegebener Geschwindigkeit, die durch die Ausgaberate inkremental gestufter Positions-Sollwert-Daten durch die CNC- Steuereinheit 57 bestimmt ist, radial bis in Anlage der Drückrolle 29 mit dem Drückfutter 12 gefahren wird, und, sobald der mit dem Auftreffen der Drückrolle 29 auf das Drückfutter 12 ansteigenden Nachlaufweg Asv, einen vorgegebenenWert Δsvrι erreicht, die Sollwert-Datenausgabe beendet, die Y- Antriebseinheit 53 stillgesetzt und als Y-Koordmatenwert für die Konturen-Stützstelle der um den Nachlaufweg ΔSyn
ERSATZBLATT verminderte, dem Anfahren dieser Position zugrunde gelegte Sollwert gespeichert wird, wonach sodann die Y-Koordinaten- Antriebseinheit 53 mit dem der Stützstelle zugeordneten Y- Positions-Sollwert angesteuert und in dieser Position still¬ gesetzt wird und die Drückrolle 29 durch Ansteuerung der X- Antriebseinheit 52 aus dieser Position ausgedrückt und sodann ihrerseits mit konstanter Geschwindigkeit vx auf die Stützstelle mit der zu bestimmenden X-Koordinate hinzubewegt wird, und, nachdem der Nachlaufweg ΔSX in der X-Richtung den betragsmäßig im Wert Δsy entsprechenden Wert erreicht hat, als X- Koordinaten-Wert der Stützstelle wiedeer der um den in Richtung gemessenen Nachlaufweg ΔSxm verminderte Sollwert der Ansteuerung gespeichert wird.
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung der Umlauf-Bahnbewegungen der
Drückrolle einer Drückmaschine, mit der ein rondenförmiges Blech-Werkstück durch Andrücken an ein rotierend antreib¬ bares Drückfutter zu einem sich an eine Formgebungsfläche des Drückfutters einseitig anschmiegenden Drückteil ver¬ formbar ist, wobei die Drückrolle an einem mittels je einer Koordinaten-Antriebseinheit in zwei zueinander ortho¬ gonalen (X- und Y-)Richtungen verschiebbar antreibbaren Lagerblock um eine blockfeste Achse frei drehbar gelagert ist und die Ansteuerung der als ventilgesteuerte Hydrozy¬ linder ausgebildeten Koordinaten-Antriebseinheiten nach einem Bahn-Wiederholungs(Play-back)-Verfahren erfolgt, wonach in mindestens einem von einem Drückfachmann ausge¬ führten Muster-Drückprozeß für die hierbei durchlaufenen Positionen der Drückrolle charakteristische mit Hilfe von Positionsgebern ermittelte Koordinaten-Daten in einer elektronischen NC- bzw. CNC-Steuereinheit gespeichert und von dieser zu Ausgabedaten verarbeitet werden, durch deren seriellen Abruf die X- und Y-Koordinaten-Antriebsemheiten im Sinne einer Verfolgung des im Muster-Drückprozesses ermittelten Bahnverlaufes der Drückrolle ansteuerbar sind.
:RSATZBLATT und wobei vorab die Kontur des Drückfutters abgetastet und ein für deren Verlauf charakteristischer Satz von Koordinaten-Daten in die NC- bzw. CNC-Steuereinheit einge¬ geben wird, aus denen eine Sicherheitskurve ermittelt wird, die die Grenze der engstmöglichen Annäherung der Drückrolle an das Drückfutter markiert,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Koordinaten-Antriebseinheiten (52 und 53) nach einem mit elektrisch gesteuerter Positions-Sollwertvorgabe und mechanischer Istwert-Rückmeldung arbeitenden Nachlauf- Regelverfahren betrieben werden,
b) zur Abtastung der Außenkontur (11) des Drückfutters (12) die Drückrolle (29) und die für deren Bewegungssteuerung vorgesehenen Antriebseinheiten (52 und 53) ausgenutzt werden, wobei diese nur mit einem kleinen Bruchteil der maximal ausnutzbaren Regelkreis-Verstärkung betrieben werden und c) mindestens während des letzten Umlaufs der Drückrolle (29), durch den das Drückteil (17) seine endgültige Form erhält, fortlaufend der dem Unterschied zwischen dem eingesteuerten Positions-Sollwert und dem Positions-Istwert der Drückrolle (29) entsprechende Nachlaufweg Δs (Schleppfehler) gemessen wird, wobei, wenn dieser Nachlaufweg Δs einen Schwellen¬ wert Asmax überschreitet, mindestens eine der folgenden Maßnahmen getroffen wird:
1. Erniedrigung der Bahn-Verfolgungsgeschwindigkeit vB der Drückrolle (29) durch Verminderung der Steuer¬ daten-Ausgaberate und
2. Übergang zu einer Bahnverlaufskurve der Drückrolle (29) und damit ihres Abwälzpunktes (48), die einer Vergrößerung des normal zur Außenkontur (11) des
TZBLATT Drückfutters (12) gemessenen Abstandes des Drück¬ rollen-Abwälrpunktes (48) gegenüber dessen zuvor maßgeblichem Sollwert-Verlauf entspricht,
bis der SchwellenwertΔsmax um einen definierten Betrag tfs unterschritten ist.
2. Verf hren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Abtastung der Kontur (11) des Drückfutters (12) vorgesehenen Stützstellen ange¬ fahren werden, in dem, ausgehend von einer Position der Drückrolle (29), in der diese in einem radialen und einem axialen lichten Mindestabstand von der zu erfassenden Stützstelle des Drückfutters (12) angeordnet ist, zunächst einer der beiden Koordinaten-Antriebseinheiten, z.B. die X-Antriebseinheit (52), während die Y-Antriebeinheit (53) festgehalten bleibt, zur Ausführungs eines inkrementalen Tasthubes A^ angesteuert wird, sodann ihrerseits still¬ gesetzt wird und darauf die andere Koordinaten-Antriebs¬ einheit, die Y-Antriebseinheit (53) mit vorgegebener Ge¬ schwindigkeit Vy - radial - bis in Anlage der Drückrolle (29) mit dem Drückfutter (12) gefahren wird, und, sobald der mit dem Auftreffen der Drückrolle (29) auf das Drück¬ futter (12) ansteigende Nachlauf eg Sy einen vorgegebenen Wert ΔSγm erreicht, die Sollwert-Datenausgabe beendet, die Y-Antriebeinheit (53) stillgesetzt und als Y-Koordi- natenwert für die Kontur-Stützstelle der um den Nachlaufweg Sym verminderte, dem Anfahren dieser Position zugrunde¬ gelegte Sollwert gespeichert wird, wonach sodann die Y- Antriebseinheit (53) mit dem der Stützstelle zugeordneten Y-Positions-Sollwert angesteuert und in dieser Position stillgesetzt wird und die Drückrolle (29) durch Ansteuerung der X-Antriebeinheit (52) aus dieser Position ausgeruckt und sodann ihrerseits mit konstanter Geschwindigkeit vv auf
ERSATZBLATT die Stützstelle mit der nun bestimmten Y-Koordmate hinzu bewegt wird, und, nachdem der NachlaufwegΔ Sx in der X- Richtung einen betragsmäßig dem Wert ΔSy„entsprechenden Wert erreicht hat, als X-Koordinatenwert der Stützstelle wieder der um den in X-Richtung gemessenen Nachlaufweg sχm verminderte Sollwert Xs der Ansteuerung gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn-Verlaufskoordinaten eines Umlaufs der Drückrolle (29), in dessen Bahnverfolgung von einem vorprogrammierten Bahnverlauf auf einen radial erweiterten Bahnverlauf des Drückrollen-Abwälzpunktes (48) übergegangen worden ist, für einen nachfolgenden Drückpro¬ zeß als Bahn-Sollkoordinaten benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem durch Abtastung der Außenkontur (11) des Drückfutters (12) gewonnenen und in die NC- bzw. CNC-Steuereinheit (57) eingegeben en Satz von Koordinaten-Daten durch Hinzufügen von axialen (± X)- und radialen (± Y)-Komponentendaten ein Satz von Koor¬ dinaten-Daten erzeugt wird, der dem Verlauf einer Soll- Kontur (18) entspricht, die mit einer vorgegebenen, gegebe¬ nenfalls variierenden Ausgaberate der sie repräsentierenden Positions-Sollwertdaten angesteuert werden muß, damit das fertige Drückteil (17) die vorgegebene Außenkontur erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch Abtastung der Außenkontur (11) des Drückfutters (12) gewonnenen Satz von Koordinaten-Daten durch Hinzufügung von axialen Koor- dinaten-Inkrementen ( ± 6 ) und radialen Koordmaten-Inkre- menten ( ± Y)ein Satz von Koordinaten-Daten erzeugt wird,
ERSATZBLATT der einer in einem Mindest-Abstand von der Außenkontur (11) des Drückfutters (12) und innerhalb der Soll-Kontur des herzustellenden Drückteils (17) verlaufenden Sicherheits¬ kontur entspricht, bei deren überquerung durch den Abwälz¬ punkt (48) der Drückrolle (29) ein Steuersignal ausgelöst wird, das mindestens eine der folgenden Sicherheitsma߬ nahmen auslöst:
1. Abschaltung der Koordinaten-Antriebseinheiten (52 und 53)
2. Erniedrigung der Kreisverstärkung der Nachlauf-Regel¬ kreise der Koordinaten-Antriebseinheiten (52 und 53)
3. Auslösung eines akustischen und/oder optischen Warn¬ signals.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastung der Außen¬ kontur (11) des Drückfutters (12) während eines ersten über den Koordinaten-Variationsbereich führenden Umlaufes der Drückrolle (29) die eine der beiden Koordinaten- Antriebseinheiten (52 oder 53) mit konstantem, niedrigem Antriebsdruck beaufschlagt ist, während die andere Koordi¬ naten-Antriebseinheit (53 bzw. 52) mit einer relativ höheren Kreisverstärkung betrieben wird und mit einer definierten, vorzugsweise zeitlich konstanten Ausgabe- Rate der Koordinaten-Sollwertdaten angesteuert wird, die in einem Umlauf der Drückrolle (29) erreicht werden sollen, und danach im Verlauf eines zweiten über den Koordinaten- Variationsbereich führenden Umlaufes der Drückrolle (29) die andere beiden Koordinaten-Antriebseinheiten (53 oder 52) mit konstantem, niedrigem Antriebsdruck beaufschlagt ist, während die eine Koordinaten-Antriebsemheit (53 bzw. 52) mit der relativ höheren Kreisverstärkung betrieben wird und mit einer definierten, vorzugsweise zeitlich
ERSATZBLATT konstanten Ausgabe-Rate der Koordinaten-Sollwertdaten angesteuert wird, die in einem Umlauf der Drückrolle (29) erreicht werden sollen, und dabei permanent die in dem mit der höheren Kreisverstärkung betriebenen Regelkreis (52 bzw. 53) auftretenden Nachlauf ege ΔS(x) bzw. Δs(y) erfaßt und gespeichert werden, und daß aus den solchermaßen ermittelten Koordinaten-abhängigen Nachlaufwegen As(y) und Δs(x ) ein ortsabhängiges Profil der Bahnverfolgungs¬ geschwindigkeit vB (x, y) der Drückrolle (29) ermittelt wird, das, über die Bahnbewegung hinweg gesehen, einem mindestens annähernd konstanten Wert des Nachlaufweges ΔS(x,y) = "/Δs( ) 2 + ΔS(x ) 2' entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem ohne Werk¬ stück (19) und mit niedriger Kreisverstärkung der Nachlauf- Regelkreise der Koordinaten-Antriebseinheiten (52 und 53) durchgeführten Umlauf, bei dem die Bahn des Abwälzpunk¬ tes (48) der Drückrolle (29) dem Soll-Konturenverlauf (18) der dem Drückfutter (12) abgewandten Fläche des Drück¬ teils (17) entspricht, bei kontant gehaltener Bahngeschwin¬ digkeit vB die Ortsabhängigkeit des Nachlaufweges ΔS(x,y) um den die Ist-Positionen der Kolben (64) der Linearzylin¬ der (42 und 47) der Koordinaten-Antriebseinheiten (52 und 53) den Soll-Positionen nacheilen, gemessen wird, daß aus dem sich hieraus ergebenden ortsabhängigen Profil s(x, y) des Nachlaufweges Δs das ortsabhängige Profil vB(x, y) der Bahngeschwindigkeit vB ermittelt wird, das über den Bahnverlauf hinweg konstantem Nachlaufweg Δs entspricht, und daß nach diesem Geschwindigkeitsprofil v (x, y) min¬ destens im letzten Umlauf der Drückrolle (29) die Bahnver¬ folgungsgeschwindigkeit der Drückrolle (29) gesteuert wird.
ERSATZBLATT Drückmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bahnbewe¬ gungskomponenten mittels der Koordinaten-Antriebsein¬ heiten (52 und 53) vorgesehene Nachlauf-Regelventile (49 und 51) als Proportionalventile ausgebildet sind, bei denen die Auslenkungen ihrer Ventilkörper (72) aus einer neutralen Grundstellung (0) ein Maß für den Nachlaufweg Δs des jeweiligen Koordinaten-Antriebs-Regelkreises sind.
Drückmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten-Antriebsein¬ heiten (52 und 53) mit je einem Nachlaufweg-MeßSystem versehen sind, das für die Auslenkungen der Ventilbetäti¬ gungsglieder (99) der Nachlauf-Regelventile (49 und 51) aus deren Grundstellung (0) charakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugt.
ERSATZBLATT
PCT/EP1991/000847 1990-05-04 1991-05-04 Verfahren zur steuerung der umlauf-bahnbewegungen der drückrolle einer drückmaschine und drückmaschine zur durchführung des verfahrens WO1991017004A1 (de)

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