EP0597212A1 - Verfahren zum Betrieb einer Stanzpresse beim Anfahren und Stillsetzen - Google Patents
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- B30B15/144—Control arrangements for mechanically-driven presses for stopping the press shaft in a predetermined angular position
Definitions
- the invention relates to a method for operating a punch press when starting and stopping the same, which punch press is driven by a positionable drive via the clutch unit of a clutch / brake device, an eccentric shaft, a ram driven by the eccentric shaft for carrying at least one upper tool and a press table for carrying at least one Has lower tool, by means of which tools a strip-shaped workpiece arranged in between is machined, which punching press passes through a starting angle due to the overall moment of inertia of the moving components and the drive torque transmitted by the coupling unit to the eccentric shaft for acceleration from standstill to the operating stroke number and the contact between the tools and the belt starts at a given working angle position of the eccentric press.
- the manufacturing accuracy of a stamped product is heavily dependent, among other things, on the respective ram height of the machine. As is generally known, this ram height determines the tool closing height or the immersion depth when the machine is in operation.
- an unchanging ram height is specified for given embossing and cutting work at a given number of strokes, e.g. with a smaller number of strokes the embossments are not deep enough, with a higher number of strokes the embossments are too deep or the immersion depth of the tool stamps is too large, which is known to lead to undesirably large wear of the corresponding tool parts.
- the eccentric shaft is drive-connected by closing the clutch with the drive located at the operating stroke number, in particular the flywheel, and thus accelerated from standstill to the operating speed.
- the dynamic behavior of the punch press during the first machining process e.g. The punching process is defined as the first punch behavior, and it is this first punch behavior that determines the quality of the first punched part.
- the first punch behavior is such that the first punching process does not take place with the number of operating strokes like the subsequent punching processes, i.e. that the dynamic behavior of the machine is not the same for the first and subsequent strokes, which has a negative effect on the accuracy of the first part.
- the invention seeks to remedy this.
- the invention as characterized in the claims, solves the problem of creating a method for operating a punch press when starting and stopping the same, in which after the stop has been completed, the eccentric shaft is rotated back into a starting angle position according to which it is started up again after passing through of the approach angle for accelerating to the operating stroke number is on the operating stroke number before the first machining contact takes place between the tool and the workpiece.
- the advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that the first punch stroke takes place with a dynamic behavior of the punch press which is the same as the dynamic behavior in continuous operation. This means that when starting up, the strip to be processed is precisely machined during the first machining stroke, so that no rejects are produced.
- Figure 1 shows schematically a punch press. It has a positionable drive 1.
- This drive 1 contains an electric motor which can be controlled in any desired angular position and which drives the flywheel of the high-speed punch press according to generally known designs via a belt drive.
- the flywheel is connected to a clutch / brake device 2, 3, which in turn is connected to the eccentric shaft 5, which is mounted in the machine frame 4.
- the clutch / brake device 2, 3 has a clutch unit 2, by means of which the eccentric shaft 5 can be coupled or uncoupled from the drive 1, or its flywheel, and has a brake unit 3 with a brake disc 14, via which Brake disc 14, the eccentric shaft 5 can be braked against the machine housing 4. Details of this braking device can be found in CH-A-546 141 and US-A-3 805 931. It should be noted here that the clutch unit 2 and the brake unit 3 are non-positive designs, i.e. they grind when engaging or braking.
- Reference numeral 11 generally designates the balance weight arrangement for balancing the rotating and oscillating forces occurring during the operation of the punch press.
- the eccentric shaft rotates through all angular positions of a 360 ° angle and can obviously assume any angular position at a standstill driven by the positionable drive.
- An upper dead center UD and a lower dead center LD are generally defined for the eccentric shafts 5 of the punch presses, the articulation point of the connecting rod (s) on the eccentric shaft 5 being taken as the structural reference.
- the ram 7 has the largest distance from the press table 10 at the top dead center UD and the smallest distance at the bottom dead center UT.
- a punch press is usually shut down or positioned approximately at top dead center UD.
- the distance between the ram 7 and the press table 10 has the greatest value, the tool (consisting of upper tool 8 and lower tool 9) is open.
- the clutch unit 2 is opened and the brake 3 is closed, i.e. the eccentric shaft 5 is uncoupled from the drive 1, the drive 1 with the flywheel idling at the operating speed and the crankshaft 5 stopped.
- the abscissa relates to the angular position a of the eccentric shaft 5, the ordinate to the speed n of the same.
- n B is above n A , i.e. nB n A , which property prevails in high-speed punch presses
- a starting angle a B that is greater than a A is required if the same dynamic conditions as for the subsequent ones are used for the first punching Punchings should prevail.
- a reduction in the number of strokes may only be initiated after passing through the bottom dead center LD, the complete standstill before a 360 ° rotation before the tool and the metal strip have come into contact.
- both the approach angle a B and, accordingly, the braking angle can be calculated in a control unit for the punch press.
- f B may at most be so large that reaching bottom dead center LD and thus further punching is avoided.
- a punch press is stopped at top dead center UD so that it can be manipulated in the open tool.
- the press can thus be stopped at top dead center UD when rotating back from point C to point D (intermediate stop).
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Stanzpresse beim Anfahren und Stillsetzen derselben, welche Stanzpresse von einem positionierfähigen Antrieb über die Kupplungseinheit einer Kupplungs-/Bremsvorrichtung getriebene Exzenterwelle, einen von der Exzenterwelle getriebenen Stössel zum Tragen mindestens eines Oberwerkzeuges und einen Pressentisch zum Tragen mindestens eines Unterwerkzeuges aufweist, mittels welchen Werkzeugen ein dazwischen angeordnetes bandförmiges Werkstück bearbeitet wird, welche Stanzpresse aufgrund des insgesamten Massenträgheitsmomentes der bewegten Bauteile und des durch die Kupplungseinheit auf die Exzenterwelle übertragenen Antriebsmomentes zur Beschleunigung vom Stillstand bis zur Betriebshubzahl einen Anfahrwinkel durchläuft und die Berührung zwischen den Werkzeugen und dem Band bei einer vorgegebenen Arbeitswinkelstellung der Exzenterpresse beginnt.
- Bei schnellaufenden Stanzmaschinen ist das an sich bekannte Ansteigen der Trägheitskräfte der beschleunigten Bauteile bei zunehmender Drehzahl ein Problem, das insbesondere auf die Güte und Genauigkeit der mit solchen Stanzmaschinen hergestellten Erzeugnisse einen Einfluss hat. Durch die Beschleunigungen und Verzögerungen der vorwiegend oszillierenden Bauteile und die bei der Bearbeitung eines jeweiligen Werkstücks entstehenden Gegenkräfte erleidet die Stanzmaschine und insbesonders ihre bewegten Bauteile elastische Verformungen, und weiter ergeben sich in den Lagern Verschiebungen, welche Zustände sich negativ auf Herstellungsgenauigkeiten auswirken.
- Die Herstellungsgenauigkeit eines Stanzerzeugnisses ist unter anderem stark von der jeweiligen Stösselhöhe der Maschine abhängig. Diese Stösselhöhe bestimmt, wie allgemein bekannt ist, die Werkzeugschliesshöhe, bzw. die Eintauchtiefe beim Betrieb der Maschine.
- Wenn für vorgegebene Prägearbeiten und Schnittarbeiten bei einer gegebenen Hubzahl eine unveränderliche Stösselhöhe festgesetzt ist, werden z.B. bei einer kleineren Hubzahl die Prägungen nicht tief genug, bei einer höheren Hubzahl die Prägungen zu tief bzw. die Eintauchtiefe der Werkzeugstempel zu gross, was bekanntlich zu unerwünscht grossen Abnützungen der entsprechenden Werkzeugteile führt.
- Zum Regeln der Stösselhöhe, bzw. Eintauchtiefe, basierend auf der Hubzahl sind verschiedene Vorgehen bekannt geworden. Beispielsweise wird auf die CH-A-676 445 hingewiesen.
- Bei Stanzarbeiten, insbesondere mit Folgeschnittwerkzeugen, sollte auch beim Anfahren und Stillsetzen der Stanzmaschine kein durch die oben erwähnten Trägheitskräfte hervorgerufener Ausschuss entstehen, und insbesondere bei schnellaufenden Stanzmaschinen verursacht das Anfahren und Stillsetzen in dieser Hinsicht Probleme.
- Zum Anfahren der Stanzmaschine wird die Exzenterwelle durch Schliessen der Kupplung mit dem sich auf Betriebshubzahl befindlichen Antrieb, insbesondere dem Schwungrad antriebsverbunden und damit vom Stillstand aus auf die Betriebsdrehzahl beschleunigt. Dabei wird das dynamische Verhalten der Stanzpresse beim ersten Bearbeitungsvorgang, z.B. Stanzvorgang als Erstschlagverhalten definiert, und es ist dieses Erstschlagverhalten, welches die Güte des ersten Stanzteiles bestimmt.
- Bei bekannten Anfahrverfahren von schnellaufenden Stanzpressen ist das Erstschlagverhalten derart, dass der erste Stanzvorgang nicht mit der Betriebshubzahl wie die nachfolgenden Stanzvorgänge erfolgt, d.h. dass das dynamische Verhalten der Maschine beim ersten und den nachfolgenden Hüben nicht gleich ist, was sich negativ auf die Genauigkeit des ersten Teiles auswirkt.
- Eine Reduktion der Betriebshubzahl beseitigt diesen Nachteil, verringert aber die Produktion, d.h. innerhalb einer gegebenen Zeitspanne produzierte Stückzahl.
- Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb einer Stanzpresse beim Anfahren und Stillsetzen derselben zu schaffen, bei dem nach erfolgtem Stillsetzen die Exzenterwelle in eine Anfahrwinkelstellung zurückrotiert wird, gemäss welcher sie beim erneuten Anfahren nach Durchlaufen des Anfahrwinkels zum Beschleunigen auf die Betriebshubzahl sich auf der Betriebshubzahl befindet, bevor die erste Bearbeitungsberührung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück stattfindet.
- Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass der erste Stanzhub bei einem dynamischen Verhalten der Stanzpresse erfolgt, das gleich dem dynamischen Verhalten im Dauerbetrieb ist. Damit erfolgt beim Anfahren schon beim ersten Bearbeitungshub eine genaue Herstellungsbearbeitung des zu verarbeitenden Bandes, so dass kein Ausschuss produziert wird.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
- Figur 1 zeigt schematisch eine Stanzpresse mit den das Verständnis der Erfindung erleichternden Baueinheiten,
- Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem das Anfahrverhalten eine Stanzpresse dargestellt ist,
- Figur 3 zeigt schematisch die Stellung einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren betriebenen Stanzpresse nach dem Stillsetzen, und
- Figur 4 zeigt schematisch die Stellung einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren betriebenen Stanzpresse vor dem Anfahren.
- Die Figur 1 zeigt schematisch eine Stanzpresse. Sie weist einen positionierfähigen Antrieb 1 auf. Dieser Antrieb 1 enthält einen Elektromotor, der in jegliche beliebige Winkelstellung gesteuert werden kann, und der über einen Riementrieb das Schwungrad der schnellaufenden Stanzpresse gemäss allgemein bekannten Ausbildungen antreibt. Das Schwungrad ist mit einer Kupplungs-/Bremsvorrichtung 2,3 verbunden, die ihrerseits mit der Exzenterwelle 5 in Verbindung steht, die im Maschinenrahmen 4 gelagert ist.
- Die Kupplungs-/Bremsvorrichtung 2,3 weist eine Kupplungseinheit 2 auf, mittels welcher die Exzenterwelle 5 mit dem Antrieb 1, bzw. dessen Schwungrad gekuppelt, bzw. davon entkuppelt werden kann, und weist eine Bremseinheit 3 mit einer Bremsscheibe 14 auf, über welche Bremsscheibe 14 die Exzenterwelle 5 gegen das Maschinengehäuse 4 abgebremst werden kann. Einzelheiten dieser Bremsvorrichtung sind aus der CH-A-546 141, bzw. US-A-3 805 931 zu entnehmen. Zu bemerken ist hier, dass die Kupplungseinheit 2 und die Bremseinheit 3 kraftschlüssige Konstruktionen sind, d.h. sie schleifen beim Einkuppeln, bzw. Bremsen.
- An der Exzenterwelle 5 sind Pleuel 6 angelenkt, welche den Stössel 7 tragen. Dieser Stössel 7 ist mit dem Oberwerkzeug 8 verbunden. Weiter ist in der Figur 1 der Pressentisch 10 eingezeichnet, welcher das Unterwerkzeug 9 trägt. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet allgemein die Ausgleichsgewichtsanordnung zum Ausgleichen der im Betrieb der Stanzpresse auftretenden rotierenden und oszillierenden Kräfte.
- Im Betrieb rotiert die Exzenterwelle durch sämtliche Winkelstellungen eines 360° Winkels und kann offensichtlich im Stillstand durch den positionsfähigen Antrieb getrieben jegliche Winkelstellung einnehmen. Es wird allgemein bei den Exzenterwellen 5 der Stanzpressen ein oberer Totpunkt UD und ein unterer Totpunkt LD definiert, wobei als strukturelle Referenz die Anlenkstelle der (des) Pleuel(s) an der Exzenterwelle 5 genommen wird. Im oberen Totpunkt UD weist der Stössel 7 den grössten, im unteren Totpunkt UT den kleinsten Abstand vom Pressentisch 10 auf. Diese Stellungen UD und LD sind aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich.
- Zum Unterbrechen des Betriebes wird eine Stanzpresse üblicherweise annähernd im oberen Totpunkt UD stillgesetzt, bzw. positioniert. Der Abstand zwischen dem Stössel 7 und dem Pressentisch 10 weist den grössten Wert auf, das Werkzeug (bestehend aus Oberwerkzeug 8 und Unterwerkzeug 9) ist geöffnet. Beim Unterbrechen des Betriebes wird die Kupplungseinheit 2 geöffnet und die Bremse 3 geschlossen, d.h. die Exzenterwelle 5 vom Antrieb 1 entkuppelt, wobei der Antrieb 1 mit dem Schwungrad im Leerlauf auf der Betriebsdrehzahl weiterläuft und die Kurbelwelle 5 stillsteht.
- Es wird nun auf die Figur 2 hingewiesen. Die Abszisse bezieht sich auf die Winkelstellung a der Exzenterwelle 5, die Ordinate auf die Drehzahl n derselben.
- Wird bei stillstehender Exzenterwelle und bei dem auf der Betriebsdrehzahl nB laufenden Antrieb die Bremse geöffnet und die Kupplung zur sich in der oberen Totpunktstellung OT befindlichen Exzenterwelle geschlossen, so steigt die Drehzahl n der Exzenterwelle unter Einwirkung des von der Kupplung an die Exzenterwelle übertragenen Drehmomentes. Dieses Ansteigen der Drehzahl n relativ zur Winkelstellung a ist in der Figur 2 durch die Kurvenlinie dargestellt. Nach einer gewissen Zeitspanne, d.h. nach Durchlaufen eines gewissen Drehwinkels a wird die Betriebsdrehzahl n erreicht. Die Drehzahländerung erfolgt dabei nach der Formel
wobei - M = von der Kupplung abgegebenes Antriebsmoment [Nm],
- J = Massenträgheitsmoment der bewegten Bauteile der Stanzmaschine [kgM 2] = Anfahr- bzw. Bremswinkel [ ° ].
- Der Werkzeugschluss, d.h. die bearbeitende Berührung zwischen dem Oberwerkzeug und dem zu verarbeitenden Band erfolgt kurz vor dem unteren Totpunkt LD, bei welchem die Exzenterwelle einen Drehwinkel, bzw. Anfahrwinkel aA durchlaufen hat, wobei aus dem Diagramm nach Figur 2 die Distanz zwischen dem Anfahrwinkel aA und a = 180° ersichtlich ist.
- Somit muss die Betriebshubzahl nA spätestens beim Anfahrwinkel aA erreicht sein, wenn die erste Stanzung beim Anfahren mit den gleichen dynamischen Verhältnissen ausgeführt werden soll, wie bei den nächstfolgenden Stanzungen. Somit ergeben sich bei jeder Betriebshubzahl nA keine Schwierigkeiten.
- Liegt jedoch die Betriebshubzahl nB über nA, d.h. nB nA, welche Eigenschaft bei schnellaufenden Stanzpressen vorherrscht, ist ein Anfahrwinkel aB erforderlich, der grösser als aA ist, falls wieder bei der ersten Stanzung die gleichen dynamischen Verhältnisse wie bei den nachfolgenden Stanzungen vorherrschen sollen.
- Beim Stillsetzen der Stanzpresse gelten dieselben Ueberlegungen. Eine Hubzahlverminderung darf erst nach dem Durchlaufen des unteren Totpunktes LD eingeleitet werden, wobei der vollständige Stillstand vor einer 360 ° Rotation, bevor eine Berührung zwischen Werkzeug und Metallband stattfindet, erreicht sein muss.
- Die Parameter M (Antriebsmoment oder Bremsmoment) und J (Massenträgheitsmoment) einer Stanzpresse können nur schwer oder überhaupt nicht verändert werden. Somit wird das erfindungsgemässe Verfahren angewendet, welches nun anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben wird.
- Da die Betriebsdrehzahl n und die Maschinenparameter M und J bekannt sind, lassen sich z.B. in einem Steuergerät für die Stanzpresse sowohl der Anfahrwinkel aB und entsprechend auch der Bremswinkel berechnen.
- Beim Stillsetzen wird die Stanzpresse nicht im oberen Totpunkt UD, sondern bei der Winkelstellung C stillgesetzt, die 'ß nach dem oberen Totpunkt UD liegt.
- Offensichtlich darf f B maximal so gross sein, dass ein Erreichen des unteren Totpunktes LD und somit eine weitere Stanzung vermieden ist. Beim Stillsetzen einer Stanzpresse wird die Kupplung geöffnet und die Bremse geschlossen, wobei der Antrieb mit dem Schwungrad immer noch mit der Betriebsdrehzahl weiter rotiert.
- Nach dem Stillsetzen der Stanzpresse, d.h. der Exzenterwelle wird nun auch der Antrieb stillgesetzt. Danach wird der Antrieb in der Gegenrichtung in Bewegung gesetzt, die Exzenterwelle eingekuppelt und damit um den Winkel 2 x 'ß 2 =aB rückwärts in die Winkelstellung D nach Figur 4 rotiert. Nach dem Erreichen der Winkelstellung D wird die Kupplung 2 geöffnet und der Antrieb 5 auf die Betriebsdrehzahl nB hochgefahren. Die Exzenterwelle 5 steht in der Winkelstellung D und damit steht die stanzpresse für ein Einkuppeln und Anfahren mit einem verlängerten Anfahrwinkel aB bereit.
- Normalerweise wird eine Stanzpresse im oberen Totpunkt UD stillgesetzt, damit im geöffneten Werkzeug manipuliert werden kann. Die Presse kann also beim Zurückrotieren von Punkt C zum Punkt D auf Wunsch im oberen Totpunkt UD angehalten werden (Zwischenhalt).
Claims (4)
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