Manipulator für Schmiedemaschinen, insbesondere Mehr-Stössel-Schmiedemaschinen

Abstract

 Manipulator für Schmiedemaschinen, z.B. Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen, bei denen das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge rotorisch in Umfangsrichtung bewegt wird. Der Drehantrieb des Manipulators erfolgt mittels eines Motors, der über einen Schneckentrieb auf die Drehachse des Manipulators wirkt, wobei die angetriebene Schnecke axial verschiebbar gelagert ist. Auf die Schnecke 13 des Schneckengetriebes 11 wirkt ein steuerbarer, axial wirksamer Überlagerungsantrieb 28 ein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator für Schmiedemaschinen, z.B. Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößeln, wobei das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge rotorisch in Umfangsrichtung bewegt wird und der Drehantrieb mittels eines min vorgewählter konstanter Drehzahl laufenden Motors erfolgt, der über einen Schneckentrieb auf die Drehachse des Manipulators wirkt.

[0002] Die rotorische Bewegung des Schmiedestückes wird vor der Druckberührungsphase, d.h. dem Eingriff der Schmiedebacken an dem Werkstück, zum Stillstand gebracht und während der Druckberührungsphase im Stillstand gehalten. Solche Schmiedemaschinen sind im allgemeinen mit hohen bzw. unveränderbaren Hubfrequenzen ausgestattet. Die Schmiedemaschinen dienen vornehmlich zum Schmieden von langen Werkstücken.

[0003] Bei Schmiedemaschinen der beschriebenen Art bewegen die Manipulatoren das Werkstück entsprechend der Schmiedefolge sowohl in axialer Richtung als auch rotorisch in Umfangsrichtung. Der Drehantrieb erfolgt bei diesen Manipulatoren mittels eines konstant laufenden Elektromotors, der über einen Schneckentrieb auf die Drehachse wirkt. Die rotorische Bewegung wird entsprechend der notwendigen Funktion durch Überlagerung von konstantem Schneckentrieb und Brems-Feder-System während der Druckberührungsphase zum Stillstand gebracht. Bei der bekannten Ausführung ist die angetriebene Schnecke axial verschiebbar gelagert und wird axial über Federpakete abgestützt, so daß die Schnecke axial in beiden Richtungen ausweichen kann. Um das Drehmoment an der Manipulatorachse aus der Federwirkung während der Druckberührungsphase zu vermeiden, ist eine Scheibenbremse angeordnet, mit der die konstante Drehbewegung der Manipulatorachse des Schneckenrades vor Beginn der Druckberührungsphase abgebremst und damit festgehalten wird. Der konstant weiterlaufende Motorantrieb führt dazu, daß sich die Schnecke an dem festgebremsten Schneckenrad fegen die Federspannung herausschraubt. Nach Beendigung der Druckberührungsphase wird die Bremse gelöst, wodurch die Schnecke über die gespannte Feder wieder zurückgestellt wird. Es entsteht an dem Schneckenrad und damit an der Manipulatorzange eine gegenüber der konstanten Geschwindigkeit erhöhte Geschwindigkeit. Der durch die Bremsung entstandene Drehwinkelrückstand wird wieder aufgeholt.

[0004] Im Verlauf der Schnecken-Rückstellbewegung und in Wirkzusammenhang mit den zusätzlich beschleunigten Massen wird rückstellend nicht nur die Mittelstellung erreicht, sondern das System schwingt in das gegenüberliegende Federpaket hinein und auch teilweise dann wieder zurück. Die Bremse fällt ein, bevor die neue Druckberührungszeit des nächsten Arbeitsspiels beginnt.

[0005] Bei dem schwingenden System stehen die Federspannung, die Massenkräfte und die Geschwindigkeiten in direktem physikalischen Zusammenhang. Bei diesem System kann ein ordnungsgemäßes Funktionieren nur sichergestellt werden, wenn die konstruktiv festgelegten Parameter eingehalten werden. Schon bei den unterschiedlichen Bear beitungsarten (Schruppen, Feinbearbeitung) bildet das Verhältnis von Berührungszeit und Leerzeit eine Variable, wodurch sich unterschiedliche Parameter für das Schwingsystem ergeben.

[0006] Das Schwingsystem erfordert die Bindung an eine feste Hubfrequenz der Schmiedemaschine. Da die Drehmasse, abhängig von der Werkstückgröße, unterschiedlich ist, ergibt sich eine nachteilige Wirkung durch Massenveränderung auf das Schwingsystem. Hinzu kommt, daß im laufenden Betrieb sich Reibung und Dämpfung verändern. Die notwendige Bremse im Drehantrieb erzeugt darüber hinaus Verschleiß. Die Bremswege einer Reibungsbremse sind nicht konstant, was die Beeinträchtigung der Funktion der Maschine zur Folge hat.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Manipulator für Schmiedemaschinen der anfangs genannten Art, den Nachteil des Schwingsystems bei der axial verschiebbar gelagerten angetriebenen Schnecke auszuschalten und stattdessen aktiv und positiv auf die axiale Verschiebbarkeit der Schnecke einzuwirken. Der Manipulator der eingangs erwähnten Bauart zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß auf die Schnecke des Schneckentriebs ein steuerbarer axial wirksamer Überlagerungsantrieb einwirkt.

[0008] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist am freien Ende der Schneckenwelle eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet. Ein Teil der Kolbenzylinder-Einheit, vornehmlich der Kolben, ist mit der axial verschiebbaren Schneckenwelle starr verbunden, während der andere Teil der Kolbenzylinder-Einheit, vornehmlich der Zylinder, ortsfest angebracht ist.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines steuerbaren Überlagungsantriebes für die Axialbewegung der Schneckenwelle kann die Schnecke selbst über einen mit vorwählbarer Geschwindigkeit umlaufenden motorischen Antrieb gedreht werden, wobei der Axialbewegung der Schnecke eine zugeordnete Bewegungscharakteristik wirksam mitgeteilt wird. Eine solche aktive Steuerung des Systems bewirkt, daß vor Erreichen der Druckberührungsphase die Manipulator-Drehachse zum Stillstand kommt, und nach der Druckberührungsphase durch zusätzliche Beschleunigung und Geschwindigkeit der entstandene Nachlauf bis zum nächsten Arbeitsspiel eingeholt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß sowohl die Schmiedemaschine mit unterschiedlichen Hubfrequenzen arbeiten kann, als auch die Stillstandzeiten der Drehachse entsprechend der Druckberührungszeiten angepaßt werden können. Es ist ermöglicht, daß die Manipulatordrehachse in vorgegebener gesteuerter Weise harmonische Bewegungen ausführen kann, insbesondere harmonisch beschleunigt und verzögert und auch der Stillstand während der Druckberührungsphase der Schmiedemaschine bewirkt wird, ohne daß hierzu sonstige mechanische Einrichtungen, wie Bremsen, Federn, Dämpfungselemente usw. erforderlich sind. Der mechanische Bauaufwand wird hierdurch vermindert und die Funktionstüchtigkeit erhöht.

[0010] Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit als Servo-Steuerungs-Vorrichtung ausgebildet ist. Mittels der Servosteuerung kann eine vorher bestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Schnecke erzeugt werden.

[0011] Bevorzugt ist die Verwendung einer Servosteuerungs-Vor richtung mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte.

[0012] Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert:

Figur 1

neigt eine Ausführungsform eines Manipulators zur Bewegung des Werkstückes in axialer Richtung und rotorisch in Umfangsrichtung im Längsschnitt und im Schema.

Figur 2

stellt einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 durch das Schneckengetriebe zum Teil in Ansicht, zum Teil im Schnitt im Schema dar.

Figur 3

veranschaulicht eine Ausführungsform einer Servo-Steuervorrichtung für die Steuerung der Axialbewegung der Schnecke prinzipmäßig und im Schema.

[0013] Der Manipulator 1 der Figur 1 bewegt das Werkstück 2 entsprechend der Schmiedefolge sowohl in axialer Richtung als auch rotorisch in Umfangsrichtung. Die Rotation erfolgt über eine Zentralachse 3, die im Manipulatorgehäuse 4 gelagert ist; die Einleitung des Drehmoments erfolgt über die mit der Zentralachse 3 fest verbundene Nabe 5. Am vorderen freien Ende der Zentralachse 4 ist an einem vorstehenden Bund 6 eine vorbestimmte Anzahl von Zangenhebeln angeordnet, die um Zapfen 8 schwenkbar gelagert sind und am freien Ende Zangenbacken 9 tragen, die mit dem Werkstück 2 in Eingriff kommen. Die Steuerung richtet sich nach der Schmiedefolge.

[0014] Für den Drehantrieb der Zentralachse 3 des Manipulators 1 dient ein mit vorwählbarer Drehzahl konstant laufender Motor. Dieser wirkt über einen Schneckentrieb 11 auf die Zentralachse 3 des Manipulators. Der Schneckentrieb 11 setzt sich aus dem Schneckenrad 12 und der Schnecke 13 zusammen. Das Schneckenrad 12 ist mit der Drehachse 4 des Manipulators drehfest verbunden. Die mit dem Schneckenrad 12 in Eingriff stehende Schnecke 13 ist axial verschieblich gelagert. Über die Schnecke 13 wird der Drehachse 4 des Manipulators der rotorische Antrieb vermittelt. Als Antriebsmotor für die Schnecke 13 treibt ein drehzahlgeregelter Motor mittels eines Übertragungsgliedes, z.B. eines Zahnriemens 15, eine Riemenscheibe 16 an, durch die die Schnecke 13 in Rotation gebracht wird.

[0015] Die Schnecke 13 ist axial verschiebbar gelagert. Das eine Ende 18 der Schnecke 13, greift mit einer drehbar gelagerten Buchse 19 zusammen, welche mit der Riemenscheibe 16 starr verbunden ist. Am anderen Ende 20 der axial verschiebbaren Schnecke 13 ist eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit 22 angeordnet. In einem in einer Gestellwand 23 oder dergleichen ortsfest gelagerten Zylinder 24 ist ein Kolben 25 hydraulisch verschiebbar, der mittels Buchsen 26 oder dergleichen mit dem Wellenende 20 in axialer fester Verbindung steht, wobei die Schneckenwelle 13 mit den Endteilen 18 und 20 ungehindert drehbar und zugleich axial verschiebbar gelagert ist.

[0016] Die hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit 22 ist vorteilhaft als Servo-Steuerungsvorrichtung ausgebildet, so daß mittels der Steuerungsvorrichtung 28 eine vorbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Schnecke 13 erzeugt werden kann. Die Servo-Steuerungsvorrichtung 28 mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte erlaubt es, die Axialverschiebung der Schnecke 13 so zu beeinflussen, daß vor Erreichen der Druckberührungsphase durch die Stößel die Manipulatordrehachse 4 zum Stillstand kommt.

[0017] In diesem Falle wird die angetriebene, axial bewegliche Schneckenwelle 13 mit entsprechender konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung 29 verschoben, so daß sich die Schnecke 13 aus dem Schneckenrad 12 so herausschraubt, daß das Schneckenrad 12 und somit die Manipulator-Drehachse 3 trotz des konstant bleibenden Antriebs 14 bis 18 stillsteht. Nach Beendigung der Druckberührphase durch die Stößel der Schmiedemaschine wird mittels der Servo-Steuerung 28 die axial verschiebbare Schneckenwelle 13 in Pfeilrichtung 30 zurückgestellt, hierdurch wird die Drehachse 3 zusätzlich zum konstant laufenden Antrieb beschleunigt, so daß der entstandene Nachlauf bis zum nächsten Arbeitsspiel eingeholt ist. Mittels der auf die Axialverschiebung der Schneckenwelle 13 zusätzlich einwirkenden programmierbaren Steuerungsvorrichtung als Überlagerungsantrieb wird aktiv in die axiale Kinematik der drehbaren Schneckenwelle eingegriffen. Es ist mit einfachen Mitteln ermöglicht, daß die Schmiedemaschine nunmehr mit unterschiedlichen Hubfrequenzen arbeiten kann, wobei die Stillstandzeiten der Drehachse des Manipulators entsprechend der Druckberührungszeiten durch die Stößel vorher bestimmbar angepaßt werden können. Sonstige mechanische Einrichtungen, wie Bremsen, Federn, Dämpfungselemente u.dgl. entfallen. Der mechanische Bauaufwand wird erheblich vermindert und die Funktionstüchtigkeit der Gesamtanlage erhöht.

[0018] Anhand der Figur 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Sorvosteuerungsvorrichtung erläutert. Die Kolben-Zylinder-Einheit 22 wird mittels eines servo-hydraulischen Ventils 28 gesteuert. Der Sollwert-Eingang erfolgt rotorisch - mit kleinster Leistung - z.B. mit einem Schrittmotor 31, der mittels eines Übertragungsgliedes, z.B. eines Zahnriemens 32, eine Riemenscheibe 33 antreibt und auf ein Spindel-Mutter-System 34 des servohydraulischen Ventils 28 wirkt, wodurch die rotorische Bewegung der Eingangswelle in eine Linearbewegung so umgesetzt wird, daß die Bewegung des Ventils 35 entgegengesetzt zur gewünschten Bewegungsrichtung des Kolbens 25 öffnet. Durch die drehfeste Anbindung der Gewindespindel 36 mit dem Kolben 25 ist das Ventil 35 linear direkt mit dem Kolben 25 verbunden, so daß die Ist-Stellung des Kolbens 25 durch den geschlossenen mechanischen Regelkreis auf das Ventil 35 wirkt und somit bei Erreichen des vorgegebenen Sollwertes das Ventil 35 wieder geschlossen ist. Zur Kontrolle der Kolbenstellung wird der Ist-Wert des Kolbens 25 über ein separates Wegmeßsystem 37 erfaßt und in der elektrischen Steuerung mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen.

Ansprüche

1. Manipulator für Schmiedemaschinen, z.B. Mehr-Stößel-Schmiedemaschinen, mit mehreren auf das Schmiedestück radial wirkenden Stößeln, bei denen das Werkstück (2) entsprechend der Schmiedefolge rotorisch in Umfangsrichtung bewegt wird, wobei der Drehantrieb (12,13) des Manipulators (1) mittels eines mit vorgewählter konstanter Drehzahl laufenden Motors (14) erfolgt, der über einen Schneckentrieb (12,13) auf die Drehachse des Manipulators (1) wirkt, und wobei die rotorische Bewegung vor der Druckberührungsphase durch die Stößel zum Stillstand gebracht und während der Druckberührungsphase im Stillstand gehalten wird, wobei die angetriebene Schnecke (13) axial verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schnecke (13) des Schneckengetriebes (11) ein steuerbarer axial wirksamer Überlagerungsantrieb (28) einwirkt.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende (20) der Schneckenwelle (13) eine hydraulisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit (22) angeordnet ist, und daß ein Teil der Kolben-Zylinder-Einheit (22), vornehmlich der Kolben (25), mit der axial verschiebbaren Schneckenwelle (13) starr verbunden und der andere Teil der Kolben-Zylinder-Einheit (23), vornehmlich der Zylinder (24), ortsfest vorgesehen sind.

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (22) als Servo-Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, und daß mittels der Servo-Steuerungsvorrichtung (28) eine vorbestimmbare Bewegungscharakteristik für die Axialbewegung der Schnecke (13) erzeugbar ist.

4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Servo-Steuerungsvorrichtung (28) mit Rückkopplung durch Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte.

Zeichnung