DE102005024822A1

DE102005024822A1 - Verfahren zur Optimierung der Transportbewegung von Werkstücken in Transferpressen

Info

Publication number: DE102005024822A1
Application number: DE102005024822A
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Ing. Weber; Hermann Dipl.-Ing. Benkler
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-11-30
Also published as: CN101237948B; US7636612B2; US20080109105A1; CN101237948A; WO2006125408A8; WO2006125408A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Transportbewegung von Werkstücken in Transferpressen, bei dem durch Manipulation einer Bewegungskurve in einem digitalen Abbild der Transferpresse Rückschlüsse auf Freigängigkeiten, Hubzahlen und Programmdaten für werkzeugspezifische Maschinensteuerung gezogen werden können.

Description

"Verfahren zur Optimierung der Transportbewegung von Werkstücken in Transferpressen"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Transportbewegung von Werkstücken in Transferpressen, bei dem durch Manipulation einer Bewegungskurve in einem digitalen Abbild der Transferpresse Rückschlüsse auf Freigängigkeiten, Hubzahlen und Programmdaten für werkzeugspezifische Maschinensteuerung gezogen werden können.

Stand der Technik

Werkstücke bei deren Herstellung mehrere Arbeitsoperationen z. B. Umformen oder Schneiden, erforderlich sind, werden in der Regel auf so genannten Mehrstößel-Transferpressen oder Pressenstrassen hergestellt. Die Anzahl der Stößel entspricht der Anzahl der Arbeitsstufen, die zur Herstellung erforderlich sind. Zwischen den Arbeitsstufen befinden sich Transporteinrichtungen, die die Werkstücke von einer Bearbeitungsstation zur Nächsten transportieren. Bei der konventionellen Ausführung dieser Transporteinrichtungen werden Greifer- bzw. Tragschienen, die sich über die gesamte Pressenlänge erstrecken, mit kurvengesteuerten Antrieben bewegt. An diesen Schienen befinden sich Greifer- oder Halteelemente, mit denen die Werkstücke während des Transportes gehalten werden. Kennzeichnend für diese Bauart sind einerseits die hohe Betriebssicherheit, andererseits aber auch die sehr großen bewegten Massen mit entsprechend großen Antrieben.

Die hohen Kosten dieser konventionellen Transportvorrichtungen waren einer der Gründe für die Entwicklung der so genannten elektronischen Transportvorrichtungen. Bei dieser Ausführungsart wird auf den Einsatz der kurvengesteuerten Antriebe und der durchgehenden Greifer- bzw. Tragschienen verzichtet. Stattdessen sind in jeder Bearbeitungsstufe eigene angetriebene Transfervorrichtungen zugeordnet. Diese können pro Bearbeitungsstufe einzeln und mittig in Durchlaufrichtung angebracht sein, aber auch paarweise und spiegelbildlich im Ständerbereich.

In der DE 100 09 574 A1 ist eine derartige Transfervorrichtung ausführlich beschrieben. Bei dieser Art des Werkstücktransportes kann auf eine Zwischenablage, wie sie bei den konventionellen Transportsystemen noch üblich war, verzichtet werden. Die Zwischenablage, auch Orientierstation genannt, hatte die Aufgabe, die Orientierung der Werkstücke zwischen den Bearbeitungsstationen so zu verändern, dass diese von der nachfolgenden Transfervorrichtung ohne Veränderung der Orientierung in das nächste Werkzeug transportiert werden konnten.

Die Transportsysteme der neueren Generation können diese Lageveränderung der Werkstücke zwischen den Bearbeitungsstationen während des Transportes ausführen. Die Lageveränderung kann folgende Bewegungsachsen umfassen.

1. horizontales Verschieben in und gegen die Transportrichtung
2. Verschieben quer zur Transportrichtung
3. Schwenken in und gegen Transportrichtung
4. Schwenken quer zur Transportrichtung
5. vertikale Höhenveränderung
6. Schräglage in Transportrichtung

Diese frei programmierbaren Bewegungsachsen bzw. Freiheitsgrade ermöglichen es dem Pressenbetreiber werkzeugspezifische, d.h. auf das jeweilige Werkstück abgestimmte, Bewegungscharakteristiken für den Transfer vorzugeben. In dem Artikel „Freie Programmierung des Transfers" aus Bleche Rohre Profile 1/2,98 sind die Möglichkeiten und die Vorteile beschrieben, die sich aus dem Einsatz der frei programmierbaren elektronischen Transfersysteme ergeben. Durch diese hohe Flexibilität aufgrund der freien Programmierung der einzelnen Bewegungsachsen entsteht, wie oben beschrieben, zweifellos ein erheblicher Zusatznutzen für den Pressenbetreiber. Andererseits steigen natürlich auch die Anforderungen für eine programmiertechnische Umsetzung der theoretisch vorhandenen Möglichkeiten in eine reale Bewegungskurve des Transfers. Die hohe Komplexität des Gesamtsystems erschwert für den Pressenbetreiber eine Optimierung des Werkstücktransportes hinsichtlich Transportgeschwindigkeit bzw. Ausbringung und Kollisionsfreiheit.

Um diesem Problem zu begegnen bedient man sich häufig eines Simulators. Dieser Simulator besteht in der Regel aus zwei stark vereinfachten Pressentischen mit einer Transfereinheit. Auf den Tischen befinden sich die Werkzeugunterteile. Um die Umrüstung auf einen neuen Werkzeugsatz in einer Transferpresse möglichst reibungslos gestalten zu können, werden mit Hilfe dieser Simulatoren bereits im Vorfeld Bewegungsuntersuchungen des Transfers in Verbindung mit dem Werkstück und den Werkzeugunterteilen gemacht. Diese Vorgehensweise hat sich in der Vergangenheit bewährt und wird auch häufig eingesetzt.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass eine Kollisionsprüfung lediglich zwischen Transfer einschließlich Quertraverse, Tooling und Werkstück und dem Werkzeugunterteil erfolgen kann. Eine Kollision mit dem beweglichen Werkzeugoberteil bzw. dem Stößel oder mit der nachfolgenden Transfereinheit kann durch den Einsatz des oben beschriebenen Simulators nicht ausgeschlossen werden. Diesen Nachteil nimmt man bewusst in Kauf, weil ein Simulatoraufbau, welcher einen angetriebenen Stößel und eine weitere Pressenstufe enthielte zu aufwendig und zu kostenintensiv wäre.

In jüngster Zeit sind durch den Einsatz moderner 3D-CAD-Systeme mit entsprechenden Kinematikmodulen neue Möglichkeiten eröffnet worden, die teilweise bereits genutzt werden. Der oben beschriebene Simulator wird dabei durch ein CAD-Modell, ein digitales Abbild der Presse, ersetzt. In diesem CAD-Modell sind zumindest die Störkanten der kollisionsrelevanten Bauteile enthalten. Durch entsprechende Kinematikmodule werden nun die bewegten Bauteile entsprechend ihrer realen Bewegung simuliert und in der Gesamtheit der Bewegungen auf Kollision überprüft. Ein solches Simulationsverfahren ist in dem Artikel „Optimierung von Pressenstrassen durch Simulation", erschienen in ZWF 9/1997, ausführlich geschrieben. Es wird versucht durch Simulation eine Verbesserung der Ausbringung zu erzielen. Die Hauptaufgabe bei der Optimierung von Pressentstraßen liegt dabei in der Beschleunigung des Materialflusses im Gesamtsystem. Bei der Bewegungssimulation innerhalb der Umformpresse wird versucht auch physikalische Eigenschaften, wie zum Beispiel Schwingungsverhalten von Werkstücken oder dynamische Kräfte an Saugnäpfen, zu berücksichtigen. Durch diese Art der Simulation kann der Materialfluss innerhalb einer Transferpresse optimiert, insbesondere aber auch logistische Untersuchungen innerhalb eines Presswerkes gemacht werden.

Der Nachteil dieses Simulationswerkzeuges ist, dass dem Bediener kein Hilfsmittel an die Hand gegeben wird, mit dem die Kombination der einzelnen Bewegungsachsen des Transfers zu einer Gesamtbewegung, übersichtlich und damit besser beherrschbar wird. Nach wie vor muss der Bediener die Bewegungskurve des Transfers durch Variation der Einzelantriebe und anschließender Synthese der Bewegungsachsen ermitteln. Bei den modernen Transfersystemen ist aber die Anzahl der Variablen so groß, dass die Komplexität den Bediener in der Regel überfordert. Folgerichtig wird dann in der Praxis die Bewegungskurve des elektronischen Transfers auf die gleiche Art ermittelt, als dies bei konventionellen, mechanischen Transfers üblich war. Die theoretischen Möglichkeiten, die die elektronischen Transfersysteme aufgrund der frei programmierbaren Bewegungsachsen haben, werden somit in der Praxis vom Pressenbetreiber gar nicht oder nur unzureichend genutzt.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Simulationsverfahren für Transferpressen mit elektronischem Transfer vorzuschlagen, mit welcher durch eine einfache und bedienerfreundliche Bedienoberfläche eine Optimierung der Werkstückausbringung und eine sichere Vermeidung von Kollisionen erreicht werden. Außerdem sollen durch den Einsatz dieses Simulationsverfahrens die Kosten für die Programmierung und die Einarbeitung und Inbetriebnahme reduziert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Simulationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Simulationsverfahrens verwirklicht.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, dass die Manipulation der Bewegung des elektronischen Transfers nicht durch Variation der Einzelantriebe, sondern durch interaktives Verändern von Stützpunkten an der resultierenden Bewegungskurve erfolgt. Die Bewegungskurve ist Teil des CAD-Modells der Transferpresse. Die erste Vorgabe der Bahnkurve, insbesondere der Stützpunkte wird von der Simulationssoftware automatisch erzeugt. Damit diese automatische Generierung der Bahnkurve mit den Stützpunkten erfolgen kann sind im Wesentlichen drei Datensätze notwendig, welche vorab der Simulationssoftware zur Verfügung gestellt werden müssen. Diese sind:

1. Werkzeugunabhängige Maschinendaten. Diese Daten sind fest hinterlegt und gelten generell für die entsprechende Transferpresse, wie zum Beispiel 3D-Geometrie Presse mit Transfer (ohne Tooling), Bewegungsgesetze, Grenzwerte Transfer (Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung), Grundmodelle (Start/Vorgabekurven) oder die Stößelbewegung. Die Stößelbewegung kann bei mechanisch angetriebenen Transferpressen im Maschinendatensatz hinterlegt werden. Bei Transferpressen mit variablem Stößelverlauf, wie z.B. bei hydraulisch oder servoelektrisch angetriebenen Pressen muss die Stößelbewegung als Variable bei der Simulation betrachtet werden.
2. Werkzeugabhängige Daten: Dies sind in erster Linie CAD-Geometrie der Werkzeuge, des Werkstücks und des Toolings.
3. Berechnungsergebnisse: Bei den Berechnungsergebnissen handelt es sich in Wesentlichen um Toleranzbänder, welche während der Simulation berücksichtigt werden, um eine Kollision zu vermeiden. Diese Toleranzbänder entstehen durch den Einfluss von physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Schwingungen, Luftwiderstand oder dynamische Kräfte an den Saugern.

Unter Berücksichtigung von diesen beschriebenen Datensätzen errechnet nun die Simulationssoftware eine Bewegungskurve des Transfers mit Stützpunkten als erste Vorgabe. Diese Bewegungskurve mit den Stützpunkten befindet sich direkt im 3D-Pressen-modell. Durch Manipulation der Stützpunktposition kann der Bediener nun die Bewegungskurve des Transfers während des virtuellen Pressenbetriebs verändern. Die 3D-Geometrien fahren unmittelbar nach der Manipulation die veränderte Kurve nach. Während der Bewegung werden alle Bauteile gegeneinander auf Kollision geprüft. Zusätzlich zu den Stützpunkten hat der Bediener die Möglichkeit während der Simulation alle Schwenkwinkel, die der eingesetzte Transfer bietet, zu variieren. Auch diese Änderungen werden online während der Simulation umgesetzt und bei der Kollisionsbetrachtung berücksichtigt.

Auch beim Umformen von Mehrfachteilen können die dadurch entstehenden zusätzlichen Freiheitsgrade in die Simulation mit aufgenommen werden. Die Manipulationsmöglichkeiten des Bedieners sind nicht unbeschränkt. Sie sind nur möglich im Rahmen der in den Maschinendaten hinterlegten Grenzwerte des Transfers. Wie sich diese Grenzwerte des Transfers auf die resultierende Bewegungskurve des Transfers auswirken, ist für den Bediener zweitrangig. Die Simulationssoftware berücksichtigt dies im Hintergrund und begrenzt ab einem bestimmten Punkt das interaktive „Ziehen" an einem Stützpunkt.

Während dieser Manipulationen der Transferbewegungen erhält der Bediener nicht nur eine Aussage bezüglich möglicher Kollisionen, sondern auch über die Auswirkungen der Manipulationen auf die Hubzahl der Anlage.

Durch dieses Simulationsverfahren kann mit relativ einfachen Mitteln die Bewegungskurve des Transfers optimiert werden. Aus dieser optimierten Bewegungskurve errechnet sich die Simulationssoftware dann die Bewegungscharakteristika der Einzelantriebe, die so genannten Winkelsätze. Somit erhält man Programmdaten für die Bewegungsabläufe der Transfereinheiten für die werkzeugspezifische Maschinensteuerung.

Als weitere Ergebnisse erhält man Kreisdiagramme mit den Start/Stopp-Punkten der einzelnen Bewegungsachsen, Bewegungsdiagramme, Freigängigkeitskurven, sowie eine bewegte 3D-Darstellung oder kompletten Anlage.

Dieses beschriebene Simulationsverfahren kann bereits in einer sehr frühen Phase während der Pressenkonstruktion erfolgen. Die dadurch gewonnenen Ergebnisse sind sehr wertvoll für den Verlauf der Pressenkonstruktion und insbesondere auch für die Werkzeugkonstruktion.

Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es zeigen:
1 Flussdiagramm mit den einzelnen Prozessschritten des Simulationsverfahrens
2 Bedienoberfläche der Simulationssoftware
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Flussdiagramm mit den einzelnen Prozess-Schritten des erfindungsgemäßen Simulationsverfahrens. Zu sehen sind die Datensätze 1, 2, 3, welche dem System vorab zur Verfügung gestellt werden. Die Simulationssoftware errechnet dann eine Bewegungskurve 4 mit Stützpunkten 8 als Vorgabe zunächst für die Transfereinheit 5 der ersten Stufe 6. Dabei sind die Stützpunkte 8 durch die Koordinaten auf der Bewegungskurve 4 definiert.
2 zeigt die Bedienoberfläche, wie sie sich dem Bediener zu diesem Zeitpunkt darstellt. Im oberen Bereich sieht man die Bewegungskurve 4 mit den Stützpunkten 8. Durch Berühren der Stützpunkte 8 mit dem Mauszeiger und anschließendes Verziehen der Stützpunkte 8 wird die Bewegungskurve 4 innerhalb der in den Datensätzen 1, 2, 3, vorgegebenen Transfergrenzwerte verändert. Im unteren Bereich von 2 sieht man das 3D-CAD-Modell der Presse mit den hier vereinfacht dargestellten Transfereinheiten 5. Die Bewegungskurve 4 entspricht exakt der Bewegungskurve 4 im oberen Bereich. Die Stützpunkte 8 könnten ebenso direkt im 3D-Modell integriert werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die dargestellte Bedienoberfläche jedoch vorteilhaft.
Neben den das Werkstück 9 tragenden Transfereinheiten 5 sind auch die Werkzeugunterteile 10, 11, sowie die an den Stößeln 12, 13 befestigten beweglichen Werkzeugoberteile 14, 15 dargestellt. Während der Bediener im oberen Bereich der Bedienoberfläche die resultierende Bewegungskurve 4 mittels „Verziehen" der Stützpunkte 8 verändert, wird die Veränderung unmittelbar im bewegten 3D-Modell im unteren Bereich wirksam. Es erfolgt eine kontinuierliche Kollisionsprüfung 16. In einer hier nicht dargestellten Anzeige erkennt der Bediener, welche Auswirkungen seine Veränderungen auf die Hubzahl und somit auf die Ausbringung der Gesamtanlage hat. Ist das Ergebnis noch nicht zufrieden stellend, kann der Bediener wiederum die Position der Stützpunkte 8 verändern. Solche Optimierungsschleifen können beliebig oft wiederholt werden. Ist das Ergebnis für die erste Transfereinheit zufrieden stellend, so kann zur nächsten Stufe, in 1 Transfereinheit n genannt, übergegangen werden. Hier erfolgen die gleichen Schritte wie bei der Transfereinheit 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei einem nicht befriedigenden Ergebnis in der Stufe n geprüft werden muss, ob eine Optimierung innerhalb der Stufe n möglich ist, oder ob ein Problem nur durch Veränderung am Gesamtsystem, beginnend wieder bei der Transfereinheit 1 lösbar ist. Nachdem sämtliche Optimierungsstufen durchlaufen wurden kann die Ausgabe der Ergebnisse wie oben beschrieben erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch vielmehr alle Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

1,2,3: Datensätze
4: Bewegungskurve
5: Transfereinheit
6: erste Stufe
7: zweite Stufe
8: Stützpunkt
9: Werkstück
10, 11: Werkzeugunterteile
12, 13: Stößel
14,15: Werkzeugoberteile

Claims

Verfahren zur Vorbereitung und Durchführung des Bewegungsablaufes eines werkstückspezifischen Werkstücktransportes in Abhängigkeit der Werkzeug- bzw. Stößelbewegung in einer Presse, Pressenstraße, Großteil-Stufenpresse oder dergleichen, wobei die Presse oder dergleichen zwischen den Bearbeitungsstationen angeordnete Pressen-Transfereinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass einem der Pressensteuerung zugeordnetes Simulationsprogramm zunächst jeweils ein Datensatz mit Pressen-Maschinendaten, werkzeugspezifische Daten sowie prozessspezifische Daten zugeführt werden, dass das Simulationsprogramm für eine erste Pressen-Transfereinheit eine Werkzeug- und/oder Werkstückbewegungskurve aus den hinterlegten Datensätzen errechnet, und eine erste Kollisionsprüfung zwischen Werkzeug bzw. Stößel und Werkstück durchführt, wobei bei einer errechneten Kollision zwischen Werkzeug bzw. Stößel und Werkstück eine Korrektur der Bewegungskurve des Werkzeugs bzw. Stößels und/oder des Werkstücks durch Veränderung der Koordinaten auf der Bewegungskurve erfolgt, wobei bei einer nicht mehr vorhandenen errechneten Kollision diese erste Kollisionsprüfung gleichermaßen auf eine oder mehrere nachfolgende Pressen-Transfereinheiten erstreckt wird, wobei eine mögliche Kollision der Pressen-Transfereinheiten untereinander berücksichtigt wird, und dass ein insgesamt kollisionsfreies Bewegungsmuster auf die Pressensteuerung zur Durchführung der Werkstückbearbeitung übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingegebenen Datensätze in Abhängigkeit einer speziellen Werkstückherstellung zusammengestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten auf der Bewegungskurve insbesondere des Werkstücks durch charakteristische Stützpunkte definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Koordinaten der Bewegungskurve bzw. der Stützpunkte durch eine automatische Variation oder durch manuellen Eingriff in die Bewegungskurve erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressensteuerung ein Steuerungs- und/oder Regelungsprogramm zur Durchführung des Bewegungsablaufes umfasst.