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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Richten eines Werkstückes in einer Richtvorrichtung mit einer Biegeeinrichtung, welche eine um einen Richthub bewegbare Spindel aufweist, wobei das Werkstück zunächst in eine Halterung eingebracht und in seiner Relativlage zu einer Messeinrichtung zum Bestimmen der Fehlausrichtung fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (3) zur Messung an wenigstens einer Stelle des Werkstückes (1) aktiviert wird, dass das Ergebnis dieser Messung mit einem Sollwert verglichen wird, dass beim Ermitteln einer Abweichung die betragsmässige Höhe der Abweichung zur Festlegung eines Richthubes in Relation gesetzt wird zu einer vorbekannten, empirisch und/oder rechnerisch in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Werkstückes ermittelten Richtkonstante, welche dem Verhältnis von verbleibender Biegung zum Richthub entspricht,
dass das Werkstück sodann an der Stelle der Fehlausrichtung in einer der Fehlausrichtungen entgegengesetzten Richtung um eine Weglänge gebogen und dabei gerichtet wird, welche dem Richthub entspricht, dass das Werkstück nach dem erstmaligen Richten wenigstens ein zweites Mal gemessen und das Ergebnis mit dem Sollwert verglichen wird, und dass beim Ermitteln einer Abweichung Betrag und Vorzeichen dieser Abweichung zur Korrektur der beim ersten Richtvorgang zugrunde gelegten Richtkonstante verwendet werden, und dass das Werkstück sodann in einem weiteren Richtvorgang um eine Weglänge gebogen wird, welche dem aufgrund der korrigierten Richtkonstante sowie der verbleibenden Fehlausrichtung ermittelten Richthub entspricht.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 zum Richten eines Werkstückes an wenigstens zwei Richtstellen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Fehlausrichtung sämtlicher Richtstellen ermittelt wird und dass sodann jeweils ein Richthub für jede Richtstelle in Abhängigkeit vom relativen Fehler der einzelnen Richtstellen zueinander und zum Werkstück bestimmt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 zum Richten einer Vielzahl von Werkstücken aus einer Produktionsserie und mit Streuung der Fehlausrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtkonstante als Funktion der bleibenden Werkstückverformung in Abhängigkeit vom Richthub empirisch für den gesamten Toleranzbereich der Werkstücke festgelegt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuung des Elastizitätsmoduls der Einzelwerkstücke der Serie zunächst empirisch bestimmt wird, dass die Richtkonstante für den ersten Richthub in Abhängigkeit vom niedersten Wert einer verbleibenden Formänderung pro Längeneinheit des Richthubs festgelegt wird, dass nach dem ersten Richthub im Fall eines jeweils verbleibenden Restfehlers wenigstens zwei weitere Richthübe vorgesehen werden und dass die Richtkonstante der nachfolgenden Richthübe schrittweise auf einen Wert angehoben wird, welcher dem höchsten empirisch ermittelten Wert der verbleibenden Formänderung pro Längeneinheit des Richthubs entspricht.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Richtvorgangs die Durchbiegung des Werkstücks sowie die zur Durchbiegung erforderliche Biegekraft gemessen und aus diesen Messwerten auf die jeweilige Lage im Spannungs-Dehnungs-Diagramm des Werkstücks geschlossen und daraus eine spezifische Dehnungskonstante ermittelt wird und dass der Richthub während des Richtvorganges aufgrund der ermittelten Dehnungskonstante variierbar ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halterung (2) zur Aufnahme und Fixierung des Werkstückes (1), eine Messeinrichtung (3) zur Messung der Fehlausrichtung des Werkstücks an wenigstens einer Stelle, einen Sollwertgeber (12) und eine Vergleichseinrichtung (11) zum Vergleich von Istwert und Sollwert, welche an dem einen Eingang einer Rechen- und Steuereinrichtung (13) angeschlossen ist, deren zweiter Eingang mit einer Vorgabeeinrichtung (14) verbunden ist, sowie weiter gekennzeichnet durch eine mit dem Werkstück in Eingriff bringbare Biegeeinrichtung (5), welche zur Einstellung des Richthubes an die Steuereinrichtung (13) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinrichtung (5) einen Schrittmotor (8) aufweist, dass die Steuereinrichtung (13) einen Impulsgeber (15) aufweist und dass der Richthub der Biegeeinrichtung durch die von der Steuereinrichtung während eines Richtvorgangs abgegebene Anzahl von Ansteuerimpulsen für den Schrittmotor (8) bestimmbar ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten eines Werkstückes in einer Richtvorrichtung mit einer Biegeeinrichtung, welche eine um einen Richthub bewegbare Spindel aufweist, wobei das Werkstück zunächst in eine Halterung eingebracht und in seiner Relativlage zu einer Messeinrichtung zum Bestimmen der Fehlausrichtung fixiert wird.
Bei der Herstellung metallischer Werkstücke ergibt sich häufig die Notwendigkeit, vorhandene Ausricht-Fehler durch einen Richtvorgang zu korrigieren. Dies betrifft insbesondere auch wärmebehandelte Werkstücke, wie z. B. Wellen und dergleichen, welche sich bei der Wärmebehandlung leicht verziehen und anschliessend ausgerichtet werden müssen.
Der Richtvorgang wird bis heute bei anspruchsvollen Teilen hauptsächlich von Hand durchgeführt, wobei aufgrund von Erfahrung und Übung der mit dem Richtvorgang betrauten Person dem Werkstück ein dosierter Schlag versetzt wird oder aber eine gefühlsmässig bestimmte Durchbiegung mittels einer Presse erteilt wird. Demgemäss ist also das Kriterium für den Richtvorgang das Ausüben einer der Fehlausrichtung etwa proportionalen Kraft, um Deformierung und Ausrichtung zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisch durchführbares Verfahren und eine Vorrichtung zum schonenden Richten von elastisch verformbaren Werkstoffen zu schaffen, welches einfach und zuverlässig über einen den praktischen Gegebenheiten entsprechenden Toleranzbereich von Werkstücken hinweg einsetzbar ist, ohne dass dabei das Werkstück übermässig verformt und im Gefüge verändert wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Messgerät zur Messung an wenigstens einer Stelle des Werkstückes aktiviert wird, dass das Ergebnis dieser Messung mit einem Sollwert verglichen wird, dass beim Ermitteln einer Abweichung die betragsmässige Höhe der Abweichung zur Festlegung eines Richthubes in Relation gesetzt wird zu einer vorbekannten, empirisch und/oder rechnerisch in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Werkstückes ermittelten Richtkonstante, welche dem Verhältnis von verbleibender Biegung zum Richthub entspricht, dass das Werkstück sodann an der Stelle der Fehlausrichtung in einer der Fehlausrichtungen entgegengesetzten Richtung um eine Weglänge gebogen und dabei gerichtet wird, welche dem Richthub entspricht, dass das Werkstück nach dem erstmaligen Richten wenigstens ein zweites Mal gemessen und das Ergebnis mit dem Sollwert verglichen wird,
und dass beim Ermitteln einer Abweichung Betrag und Vorzeichen dieser Abweichung zur Korrektur der beim ersten Richtvorgang zugrunde gelegten Richtkonstante verwendet werden, und dass das Werkstück sodann in einem weiteren Richtvorgang um eine Weglänge gebogen wird, wel
che dem aufgrund der korrigierten Richtkonstante sowie der verbleibenden Fehlausrichtung ermittelten Richthub entspricht.
Ersichtlicherweise basiert die Erfindung auf der Verwendung eines Richthubs zur gezielten Deformierung des Werkstücks und geht nicht von einer Richtkraft aus, welche sowohl in der Anwendung als auch in der Ermittlung und Auswirkung auf die verschiedenen Werkstoffe und Werkstücke schwer beherrschbar ist. Der Richthub wird dabei erfindungsgemäss bei jedem Richtvorgang bestimmt durch eine Richtkonstante, die für jedes Werkstück und für jeden Werkstoff ohne weiteres empirisch und/oder rechnerisch vorher bestimmt werden kann.
Je nach der im Einzelfall Anwendung findenden Richtvorrichtung können dabei durch entsprechende Versuche die einer bestimmten Verformung durch den Richtvorgang entsprechenden Hubwerte für den gesamten Toleranzbereich einer bestimmten Serie von Werkstücken bestimmt werden. Durch den Einsatz von elektronischen Rechnern und Speichern sind dabei den Genauigkeitsanforderungen an die Bestimmung der Richtkonstante bzw. die Festlegung und Speicherung komplexer Richtwert-Funktionen keinerlei Grenzen gesetzt.
Gleiches gilt für die Korrektur des Richthubs beim zweiten oder darauffolgenden Hub, welcher in Abhängigkeit vom Restfehler erhöht oder reduziert werden kann. Eine Reduzierung wird dabei immer dann vorzunehmen sein, wenn bei einem Richtvorgang das Werkstück mit zu grossem Hub gebogen und dadurch ein Fehler in entgegengesetzter Richtung hervorgerufen wurde. In diesem Fall ist beim darauffolgenden Richtvorgang eine Biegung in entgegengesetzter Richtung vorzunehmen, wobei der Richthub einmal durch den Restfehler und zum anderen durch die korrigierte Richtkonstante bestimmt wird. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, den Richthub von Richtvorgang zu Richtvorgang um vorher bestimmte Stufen zu reduzieren oder zu erhöhen oder aber den Richthub nach einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit vom Grad des Restfehlers zu erhöhen oder zu reduzieren.
Beide Lösungen bereiten beim Einsatz von Kleinrechnern und elektronischen Regeleinrichtungen für den Fachmann keinerlei Schwierigkeiten.
Besonders einfach lässt sich die Erfindung in der Praxis realisieren, wenn das Werkstück durch eine Biegeeinrichtung mit einstellbarem Biegehub gerichtet wird und wenn dabei die Biegeeinrichtung einen Schrittmotor aufweist, welcher durch einen Impulsgenerator angesteuert wird, da sich durch Abgabe entsprechender Steuerimpulse an den Schrittmotor dabei der Richthub exakt bestimmen und digital steuern lässt.
Zum Richten von grösseren Serien von Werkstücken hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zunächst der Richthub bzw. die Richtkonstante als Funktion der bleibenden Werkstückverformung in Abhängigkeit vom Richthub empirisch für den gesamten Toleranzbereich der Werkstücke festgelegt wird. Ein derartiger Toleranzbereich ergibt sich z. B.
durch Unregelmässigkeiten des Materials, durch abweichende Härtetiefen und dergleichen. Besonders hohe Richtgenauigkeit bei geringer Anzahl von Richthüben lässt sich dann erreichen, wenn für den ersten Richtvorgang ein Richthub bzw. eine Richtkonstante verwendet wird, welche dem niedersten ermittelten Wert entspricht. Auf diese Weise wird erreicht, dass beim ersten Richthub alle Werkstücke mit der genannten niederen Richtkonstante endgültig gerichtet werden, während alle anderen Werkstücke mit einem verbleibenden Restfehler gerichtet weiden, ohne dass jedoch ein zu starkes Verbiegen und ein Fehler in entgegengesetzter Richtung zu erwarten ist.
Sobald nach dem ersten Richthub in der darauffolgenden Messung ein Restfehler ermittelt wird, ist es dann relativ einfach, die Richtkonstante auf einen zweiten, höheren Wert anzuheben, der innerhalb des gesamten Toleranzfelds der ermittelten Richtkonstanten liegt.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass sich beim Einsatz von Kleinrechnern sowohl die Richtkonstanten eines breiten Toleranzfelds einwandfrei speichern lassen als auch die jeweilige Berechnung des Richthubs keinerlei Probleme darstellt.
Ausserdem hat sich ergeben, dass sich mit nur 4 Richthüben praktisch sämtliche normalerweise auftretenden Fehlausrichtungen korrigieren lassen, da auch bei grosser Toleranzbreite der einzelnen Werkstücke mit jedem Ausrichtvorgang die Richtkonstante der Materialkonstante des individuellen Werkstücks angenähert wird.
Ersichtlicherweise lässt sich die Erfindung in der praktischen Realisierung auf vielfache Weise anwenden, wobei die erforderlichen Vorrichtungen, wie z. B. Messeinrichtungen, Halterungen, Transportvorrichtungen, Antriebe und Hubeinrichtungen dem Fachmann allgemein bekannt und gebräuchlich sind.
Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Seitenansicht einer Mess- und Biegeeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 die schematische Darstellung der wichtigsten Elemente eines Steuerkreises zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und
Fig. 3 ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Welle 1 als auszurichtendes Werkstück in einer Halterung 2 befestigt, welche während des Richtvorgangs in verschiedenen Positionen a bis c gezeigt wird. In der Position a befindet sich dabei die Welle 1 unter einer Messeinrichtung 3, welche in bekannter Weise durch Absenken eines Fühlers 4 an die Welle 1 angelegt werden kann. Im vorliegenden Fall soll die Welle 1 lediglich in der Mitte eine gewisse Masshaltigkeit zu den beiden Wellenenden aufweisen, weshalb die Messeinrichtung 3 ausschliesslich in der Wellenmitte angreift.
Selbstverständlich ist es jedoch ohne weiteres denkbar und auch praktisch realisierbar, die Halterung 2 in verschiedenen Einzelpositionen unter der Messeinrichtung 3 anhalten zu lassen und in Abhängigkeit von diesen Messwerten auch unter einer darauffolgenden Biegeeinrichtung 5 an verschiedenen Positionen zu stoppen und entsprechender Biegung zu unterwerfen.
An der Halterung 2 ist eine mit der Welle 1 in Eingriff bringbare Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen, welche die Welle 1 während des Messvorgangs unter der Messeinrichtung 3 derart in Drehung versetzt, dass durch die Messeinrichtung 3 die Stelle der grössten nach oben gerichteten Abweichung der Welle 1 ermittelt werden kann, worauf die Antriebsvorrichtung 6 gestoppt und die Welle 1 in dieser Lage fixiert wird.
In Position b ist dargestellt, wie die Welle 1 über eine Spindel 7, welche durch einen Schrittmotor 8 der Biegeeinrichtung 5 angetrieben und in einer der in Position a ermittelten Fehlausrichtung entgegengesetzter Richtung durchgebogen und dabei gerichtet wird. Der Richthub zl h wird dabei durch einen nicht dargestellten Rechner und eine Ansteuereinrichtung in Abhängigkeit von einer dem Werkstück spezifischen Richtkonstante sowie der Abweichung zl xi bestimmt.
In der Position c wird daraufhin durch eine zweite Messeinrichtung 9 der Messvorgang wiederholt. Sofern die Messeinrichtung 9 dabei ermittelt, dass die Welle 1 innerhalb des Toleranzbereichs liegt, erfolgt Auswurf der Welle 1. Sofern ein verbleibender Restfehler ermittelt wird, wird die Welle 1 erneut der Messeinrichtung 3 zugeführt, welche den verbliebenen Restfehler ermittelt und einen zweiten Richtvorgang einleitet.
Der Ablauf des Messvorgangs, bzw. des Richtvorgangs ist beim Ausführungsbeispiel nur schematisch dargestellt. Die An ordnung der Messeinrichtungen bzw. der Biegeeinrichtung kann selbstverständlich entweder linear oder aber auch an einem Drehtisch in bekannter Weise vorgesehen werden, wobei ersichtlicherweise sowohl die Halterung 2 als auch die Messeinrichtungen 3 und 9 bzw. die Biegeeinrichtung 5 verlagerbar angeordnet sein können. Ausserdem kann selbstverständlich je nach Anforderung an die Gesamtanlage entweder eine Vielzahl von Messeinrichtungen und Biegeeinrichtungen in einer der Anzahl der vorgesehenen Richtvorgänge entsprechenden Zahl hintereinander angeordnet werden, oder aber es kann, wie schematisch angedeutet, jeweils eine Rückführung der Wellen mit Restfehler zur ersten Messeinrichtung erfolgen.
Die Anordnung kann dabei im Einzelfall ohne weiteres durch den Fachmann bestimmt werden.
Fig. 2 zeigt die schematische Einbeziehung der Messeinrichtungen 3 und 9 sowie des Schrittmotors 8 in eine Steuerschaltung.
Wie dargestellt, wird dabei in einer Vergleichseinrichtung
11 der von der Messeinrichtung 3 ermittelte Istwert xil mit einem von einem Sollwertgeber 12 abgegebenen Sollwert xs verglichen. Die Sollwertabweichung xw, welche der Fehlausrichtung der Welle 1 entspricht, wird an eine Steuer- und Recheneinrichtung 13 abgegeben, welche anderseits durch einen Speicher 14 mit einer Konstante kl beaufschlagt wird, welche die Verformung der Welle 1 pro Längeneinheit des Hubs der Biegeeinrichtung 5 angibt. Der Speicher 14 ist dabei derart ausgebildet, dass für jeden Wert von xw die dazugehörige Konstante kl abgegeben wird.
Zweckmässigerweise werden diese Konstanten empirisch durch Versuche mit einer Vielzahl von Wellen 1 aus einer Produktionsserie festgestellt, wobei die Übertragung und Programmierung derartiger Daten dem Fachmann ohne weiteres bekannt und geläufig ist.
In der Steuer- und Recheneinheit wird daraufhin aus der Konstante kl und dem Wert xw der erforderliche Richthub ermittelt und in Abhängigkeit davon ein Impulsgenerator 15 angesteuert, welcher den Schrittmotor 8 antreibt und eine entsprechende Biegung der Welle 1 bewirkt.
Nach Abschluss dieses Vorganges wird durch die Messeinrichtung 9 mittels Fühler 4 erneut die Welle 1 überprüft und der dabei ermittelte Wert xi2 als verbleibender Fehler an einen zweiten Speicher 14a abgegeben. In Abhängigkeit vom Restfehler xi2 wird dort eine zweite Richtkonstante k2 ermittelt, deren Betrag von der Richtkonstante kl sowie vom Betrag und vom Vorzeichen des Restfehlers xi2 abhängt. Der für verschiedene Werte von Restfehlern xi2 vorzusehende Wert der Konstante k2 ist dabei wiederum empirisch aus einer Vielzahl von Messungen an Wellen 1 gleicher Beschaffenheit ermittelt und gespeichert worden.
Während der Ermittlung der Konstante k2 wird die Welle 1 - wie in Fig. 1 dargestellt - wiederum der Messeinrichtung 3 zugeführt und dort überprüft. Beim zweiten Durchlauf der Welle 1 wird zur Ansteuerung des Impulsgenerators 15 und des Schrittmotors 8 jedoch neben der Abweichung xw nunmehr die Konstante k2 zugrunde gelegt, so dass sich der Hub dh dem spezifischen Wert der Welle 1 annähert. Sodann erfolgt wiederum Messung durch die zweite Messeinrichtung 9, in welcher die Welle 1 entweder als gut befunden und zum Auswurf freigegeben wird oder aber auf der Basis des verbleibenden Restfehlers in der zuvor beschriebenen Weise eine neue Konstante k3 ermittelt wird, welche den spezifischen Eigenschaften der Welle 1 noch näher entspricht.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass mit vier Durchläufen und damit mit dreimaliger Korrektur der Konstante kl sämtliche Werkstücke innerhalb eines normalen Toleranzbereichs gerichtet werden können.
Werkstücke, welche nach dem vierten Durchgang immer noch einen verbleibenden Restfehler aufweisen, können demgemäss als fehlerhaft und nicht richtbar ausgeworfen werden.
Der Ablauf des gesamten Vorgangs wird durch eine Steuervorrichtung 16 ausgelöst, welche in bekannter Weise als Kleinrechner ausgebildet ist. Die Ausgestaltung und der Aufbau der Gesamtvorrichtung kann je nach Genauigkeitsanforderungen und speziellem Anwendungsfall sowie auch der Funktion der Richtkonstanten vom Fachmann geplant und konzipiert werden, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich noch weiter verbessern, wenn während des Richtvorgangs sowohl die Durchbiegung des Werkstücks als auch die Biegekraft überwacht werden. Wie Fig. 3 zeigt, nimmt die Spannung G, welche der angelegten Kraft proportional ist, nach dem Erreichen der Proportionalitätsgrenze P nur mehr leicht zu, um nach dem Erreichen der Fliessgrenze F wieder abzunehmen. Sofern deshalb während des Richtvorgangs die Kraftänderung überwacht wird, lassen sich die wesentlichen Punkte des Dehnungsverlaufs des jeweiligen Werkstücks bestimmen. Sofern die dabei ermittelten Angaben von den vorher empirisch ermittelten Werten der Richtkonstante abweichen, weil z.
B. ein bestimmtes Werkstück einer Serie einen grösseren Elastizitätsmodul aufweist, so kann durch Erhöhung des Richtwerts und damit Vergrösserung des Richthubs der Richtvorgang den individuellen Werten des Werkstücks angepasst werden.
Es wäre auch denkbar, den Richtvorgang zunächst mit einem unkontrollierten Hub einsetzen zu lassen, bis ein Rückgang des Anstiegs der Biegekraft das Erreichen der Proportionalitätsgrenze anzeigt, und nur den weiteren Richthub entsprechend einer jeweiligen Richtkonstante sowie in vorstehend geschildertem Verfahrensablauf zu steuern. Auf diese Weise würden Werkstoff-Toleranzen im Elastizitätsbereich unterdrückt und der Richtvorgang exakter und mit einem bekanntlich wünschenswerten Minimum an Biegebeanspruchung des Werkstücks durchführbar. Die Messung des Drucks während des Richtvorgangs oder die Bestimmung der einzelnen Kurvenpunkte, z. B. durch Differenzieren der Mess-Signale, lassen sich ohne weiteres mit herkömmlichen elektronischen Bausteinen durch den Fachmann realisieren.
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PATENT CLAIMS
1. A method for straightening a workpiece in a straightening device with a bending device which has a spindle which can be moved by a straightening stroke, the workpiece first being introduced into a holder and fixed in its relative position to a measuring device for determining the misalignment, characterized in that the Measuring device (3) is activated for measuring at least one point on the workpiece (1), that the result of this measurement is compared with a nominal value, that when a deviation is determined, the amount of the deviation for determining a straightening stroke is related to a previously known one , empirically and / or computationally determined as a function of the elasticity module of the workpiece, which corresponds to the ratio of the remaining bending to the straightening stroke,
that the workpiece is then bent at the location of the misalignment in a direction opposite to the misalignment by a distance which corresponds to the straightening stroke, that the workpiece is measured at least a second time after the initial straightening and the result is compared with the target value, and that when a deviation is determined, the amount and sign of this deviation are used to correct the straightening constant on which the first straightening process is based, and that the workpiece is then bent in a further straightening process by a distance which corresponds to the straightening stroke determined on the basis of the corrected straightening constant and the remaining misalignment corresponds.
2. The method according to claim 1 for straightening a workpiece at at least two straightening points, characterized in that first the misalignment of all straightening points is determined and that a straightening stroke is then determined for each straightening point depending on the relative error of the individual straightening points to each other and to the workpiece.
3. The method according to claim 1 for straightening a large number of workpieces from a production series and with scattering of the misalignment, characterized in that the straightening constant is empirically determined as a function of the remaining workpiece deformation as a function of the straightening stroke for the entire tolerance range of the workpieces.
4. The method according to claim 3, characterized in that the scatter of the modulus of elasticity of the individual workpieces of the series is first determined empirically that the straightening constant for the first straightening stroke is determined depending on the lowest value of a remaining change in shape per unit length of the straightening stroke that after the first Straightening stroke in the event of a remaining residual error, at least two further straightening strokes are provided and that the straightening constant of the subsequent straightening strokes is gradually increased to a value which corresponds to the highest empirically determined value of the remaining shape change per unit length of the straightening stroke.
5. The method according to claim 1, characterized in that during the straightening process, the deflection of the workpiece and the bending force required for deflection are measured and the respective position in the stress-strain diagram of the workpiece is deduced from these measured values and a specific elongation constant is determined therefrom and that the straightening stroke can be varied during the straightening process based on the elongation constant determined.
6. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a holder (2) for receiving and fixing the workpiece (1), a measuring device (3) for measuring the misalignment of the workpiece at at least one point, a setpoint generator (12) and a comparison device (11) for comparing actual value and nominal value, which is connected to one input of a computing and control device (13), the second input of which is connected to a specification device (14), and further characterized by one in engagement with the workpiece movable bending device (5) which is connected to the control device (13) for setting the straightening stroke.
7. The device according to claim 6, characterized in that the bending device (5) has a stepping motor (8), that the control device (13) has a pulse generator (15) and that the straightening stroke of the bending device by the output from the control device during a straightening process Number of control pulses for the stepping motor (8) can be determined.
The invention relates to a method and a device for straightening a workpiece in a straightening device with a bending device which has a spindle that can be moved by a straightening stroke, the workpiece being first placed in a holder and fixed in its position relative to a measuring device for determining the misalignment.
In the manufacture of metallic workpieces, it is often necessary to correct existing alignment errors by means of a straightening process. This also applies in particular to heat-treated workpieces, such as B. shafts and the like, which are easily warped during heat treatment and then have to be aligned.
To this day, the straightening process is mainly carried out by hand for demanding parts, with the person entrusted with the straightening process being given a metered blow or a flexing determined by feeling using a press based on experience and practice. Accordingly, the criterion for the straightening process is the exertion of a force roughly proportional to the misalignment in order to achieve deformation and alignment.
The invention is based on the object of creating an automatically executable method and a device for the gentle straightening of elastically deformable materials, which can be used easily and reliably over a tolerance range of workpieces corresponding to the practical conditions, without the workpiece being excessively deformed and in the process Structure is changed.
According to the invention, this is achieved in that the measuring device is activated to measure at least one point on the workpiece, that the result of this measurement is compared with a target value, that when a deviation is determined, the amount of the deviation is related to the determination of a straightening stroke a previously known straightening constant determined empirically and / or computationally as a function of the modulus of elasticity of the workpiece, which corresponds to the ratio of remaining bending to straightening stroke, so that the workpiece is then bent at the point of misalignment in a direction opposite to the misalignment by a distance and thereby straightened which corresponds to the straightening stroke that the workpiece is measured at least a second time after the initial straightening and the result is compared with the target value,
and that when a deviation is determined, the amount and sign of this deviation are used to correct the straightening constant on which the first straightening process is based, and that the workpiece is then bent in a further straightening process by a path length, wel
which corresponds to the straightening stroke determined on the basis of the corrected straightening constant and the remaining misalignment.
Obviously, the invention is based on the use of a straightening stroke for targeted deformation of the workpiece and does not start from a straightening force which is difficult to control both in the application and in the determination and effect on the various materials and workpieces. According to the invention, the straightening stroke is determined in each straightening process by a straightening constant which can easily be determined empirically and / or computationally beforehand for each workpiece and for each material.
Depending on the straightening device used in the individual case, the stroke values corresponding to a certain deformation due to the straightening process for the entire tolerance range of a certain series of workpieces can be determined by appropriate tests. The use of electronic computers and memories means that there are no limits to the accuracy requirements for determining the directional constant or the definition and storage of complex reference value functions.
The same applies to the correction of the straightening stroke during the second or subsequent stroke, which can be increased or reduced depending on the residual error. A reduction will always have to be carried out if the workpiece is bent with too great a stroke during a straightening process and this has caused an error in the opposite direction. In this case, in the subsequent straightening process, a bend in the opposite direction must be made, the straightening stroke being determined on the one hand by the residual error and on the other hand by the corrected straightening constant. In this context, it is conceivable to reduce or increase the straightening stroke from straightening process to straightening process by predetermined steps or to increase or reduce the straightening stroke according to a predetermined function depending on the degree of the residual error.
Both solutions do not present any difficulties for the expert when using small computers and electronic control devices.
The invention can be implemented particularly easily in practice if the workpiece is straightened by a bending device with an adjustable bending stroke and if the bending device has a stepper motor which is controlled by a pulse generator, since the straightening stroke is achieved by sending appropriate control pulses to the stepper motor can be precisely determined and controlled digitally.
For straightening larger series of workpieces, it has proven to be particularly advantageous if the straightening stroke or straightening constant is initially determined empirically as a function of the permanent workpiece deformation as a function of the straightening stroke for the entire tolerance range of the workpieces. Such a tolerance range results, for. B.
due to irregularities in the material, different hardness depths and the like. Particularly high straightening accuracy with a small number of straightening strokes can be achieved if a straightening stroke or a straightening constant is used for the first straightening process which corresponds to the lowest determined value. In this way it is achieved that during the first straightening stroke all workpieces with the lower straightening constant mentioned are finally straightened, while all other workpieces with a remaining residual error are straightened, but without excessive bending and an error in the opposite direction being expected.
As soon as a residual error is determined in the subsequent measurement after the first straightening stroke, it is then relatively easy to increase the straightening constant to a second, higher value that lies within the entire tolerance range of the determined straightening constants.
Practical tests have shown that when small computers are used, both the directional constants of a wide tolerance field can be stored correctly and the respective calculation of the directional travel does not pose any problems.
In addition, it has been found that practically all misalignments that normally occur can be corrected with only 4 straightening strokes, since the straightening constant is approximated to the material constant of the individual workpiece with each alignment process, even with a large tolerance range of the individual workpieces.
Obviously, the invention can be applied in practical implementation in many ways, the required devices, such as. B. measuring devices, brackets, transport devices, drives and lifting devices are generally known and used by those skilled in the art.
The invention is explained in more detail below in an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:
1 shows the schematic side view of a measuring and bending device for carrying out the method according to the invention,
2 shows the schematic representation of the most important elements of a control circuit for carrying out the method according to the invention and
3 shows a typical stress-strain diagram to explain the invention.
In Fig. 1, a shaft 1 is fastened as a workpiece to be aligned in a holder 2, which is shown in various positions a to c during the straightening process. In position a, the shaft 1 is located under a measuring device 3, which can be applied to the shaft 1 in a known manner by lowering a sensor 4. In the present case, the shaft 1 should only have a certain dimensional accuracy in relation to the two shaft ends in the middle, which is why the measuring device 3 acts exclusively in the center of the shaft.
Of course, however, it is easily conceivable and also practically feasible to have the holder 2 stop in different individual positions under the measuring device 3 and, depending on these measured values, also to stop under a subsequent bending device 5 at different positions and subject it to corresponding bending.
A drive device 6 that can be brought into engagement with the shaft 1 is provided on the holder 2, which sets the shaft 1 in rotation during the measuring process under the measuring device 3 in such a way that the measuring device 3 determines the location of the greatest upward deviation of the shaft 1 can be, whereupon the drive device 6 is stopped and the shaft 1 is fixed in this position.
In position b it is shown how the shaft 1 is bent via a spindle 7, which is driven by a stepping motor 8 of the bending device 5 and is bent in a direction opposite to the misalignment determined in position a and is thereby straightened. The straightening stroke zl h is determined by a computer (not shown) and a control device as a function of a straightening constant specific to the workpiece and the deviation zl xi.
In position c, the measuring process is then repeated by a second measuring device 9. If the measuring device 9 determines that the shaft 1 is within the tolerance range, the shaft 1 is ejected. If a remaining residual error is determined, the shaft 1 is again fed to the measuring device 3, which determines the remaining residual error and initiates a second straightening process.
The sequence of the measuring process or the straightening process is only shown schematically in the exemplary embodiment. The order of the measuring devices or the bending device can of course be provided either linearly or on a turntable in a known manner, with both the holder 2 and the measuring devices 3 and 9 or the bending device 5 being able to be displaceably arranged. In addition, depending on the requirements for the overall system, either a large number of measuring devices and bending devices can be arranged one behind the other in a number corresponding to the number of straightening processes provided, or, as schematically indicated, the shafts with residual errors can be returned to the first measuring device.
The arrangement can easily be determined in the individual case by the person skilled in the art.
Fig. 2 shows the schematic inclusion of the measuring devices 3 and 9 and the stepping motor 8 in a control circuit.
As shown, a comparison device
11, the actual value xil determined by the measuring device 3 is compared with a setpoint xs emitted by a setpoint generator 12. The setpoint deviation xw, which corresponds to the misalignment of the shaft 1, is sent to a control and computing device 13, which on the other hand is acted upon by a memory 14 with a constant kl, which indicates the deformation of the shaft 1 per unit length of the stroke of the bending device 5. The memory 14 is designed in such a way that the associated constant kl is output for each value of xw.
These constants are expediently determined empirically by experiments with a large number of shafts 1 from a production series, the transmission and programming of such data being readily known and familiar to the person skilled in the art.
In the control and arithmetic unit, the required straightening stroke is then determined from the constant kl and the value xw and, as a function thereof, a pulse generator 15 is activated, which drives the stepping motor 8 and causes the shaft 1 to bend accordingly.
After completion of this process, the measuring device 9 checks the shaft 1 again by means of the sensor 4 and the value xi2 determined in the process is transmitted as a remaining error to a second memory 14a. Depending on the residual error xi2, a second directional constant k2 is determined there, the amount of which depends on the directional constant kl as well as on the amount and sign of the residual error xi2. The value of the constant k2 to be provided for various values of residual errors xi2 has in turn been determined empirically from a large number of measurements on shafts 1 of the same quality and stored.
During the determination of the constant k2, the shaft 1 - as shown in FIG. 1 - is again fed to the measuring device 3 and checked there. When the shaft 1 passes through the shaft 1 for the second time, however, in addition to the deviation xw, the constant k2 is now used to control the pulse generator 15 and the stepping motor 8, so that the stroke, ie, approaches the specific value of the shaft 1. Then again measurement is carried out by the second measuring device 9, in which the shaft 1 is either found to be good and released for ejection or a new constant k3 is determined on the basis of the remaining residual error in the manner described above, which corresponds to the specific properties of the shaft 1 corresponds even more closely.
In practice it has been shown that with four passes and thus with three corrections of the constant kl all workpieces can be straightened within a normal tolerance range.
Workpieces which still have a residual defect after the fourth pass can accordingly be rejected as defective and not straightenable.
The course of the entire process is triggered by a control device 16, which is designed in a known manner as a small computer. The design and construction of the overall device can be planned and designed by a person skilled in the art, depending on the accuracy requirements and the specific application, as well as the function of the directional constants, without thereby departing from the scope of the invention.
The method according to the invention can be improved even further if both the deflection of the workpiece and the bending force are monitored during the straightening process. As FIG. 3 shows, the voltage G, which is proportional to the applied force, only increases slightly after the proportionality limit P has been reached, only to decrease again after the flow limit F has been reached. If the change in force is therefore monitored during the straightening process, the essential points of the expansion curve of the respective workpiece can be determined. If the information determined thereby deviate from the empirically determined values of the directional constant, because z.
For example, if a certain workpiece in a series has a greater modulus of elasticity, the straightening process can be adapted to the individual values of the workpiece by increasing the standard value and thus increasing the straightening stroke.
It would also be conceivable to initially start the straightening process with an uncontrolled stroke until a decrease in the increase in the bending force indicates that the proportionality limit has been reached, and only to control the further straightening stroke according to a respective straightening constant and in the process described above. In this way, material tolerances in the elasticity range would be suppressed and the straightening process could be carried out more precisely and with a known minimum of bending stress on the workpiece. The measurement of the pressure during the straightening process or the determination of the individual curve points, e.g. B. by differentiating the measurement signals, can easily be implemented by those skilled in the art using conventional electronic components.