DE69327575T2

DE69327575T2 - Servogesteuerte Rechtwinkelschere

Info

Publication number: DE69327575T2
Application number: DE69327575T
Authority: DE
Inventors: Victor Lua Chun
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2013-10-19
Also published as: US5568754A; CA2108296A1; EP0606539B1; EP0606539A1; DE69327575D1; JPH071220A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Rechtwinkelscheren, die manchmal auch als Eckscheren bezeichnet werden, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Schneideverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.
Bei Rechtwinkelscheren sind zwei Scherblätter so an einem Halter befestigt, daß sie rechtwinklig zueinander verlaufen, und werden mit einem einzigen Betätiger, beispielsweise einem Hydraulikzylinder, betrieben.
Der Betrieb des Betätigers ruft eine Vertikalbewegung des Scherblatthalters hervor, wodurch die Scherblätter veranlaßt werden, ein Flachmaterial-Werkstück fortlaufend entlang eines ersten, oder X-Achsen-Scherblatts zu schneiden, bis das Werkstück mit einem zweiten, oder Y-Achsen-Scherblatt in Kontakt kommt. Dann wird fortlaufend entlang der Y-Achse unter weiterem Absenken des Halters geschnitten.
Für jeden Arbeitszyklus der Schere durchläuft der Betätiger einen ganzen Hub durch seinen Bewegungsbereich.
Um die Flexibilität zu erhöhen, wurden Rechtwinkelscheren mit gekoppelten Betätigern entwickelt, bei denen ein Kurzhub-Betätiger mit dem Hauptbetätiger kombiniert ist. Der Kurzhub-Betätiger veranlaßt nur ein teilweises Absenken des X- Achsen-Scherblatts aus seiner vollständig eingefahrenen Position, so daß die von den beiden Scherblättern gebildete Ecke das Werkstück nicht erreicht. Vergleiche hierzu als Beispiel die in der US-Patentschrift 3 942 400 beschriebene Eckschere. Diese Anordnung ermöglicht fortlaufendes Schneiden entlang der X-Achse und erhöht die Flexibilität beim Einsatz der Schere.
Die Steuerung des Betätigers zum Durchlaufen eines vollständigen Hubs in jedem Scherzyklus führt zu Unzulänglichkeiten bei der Herstellung von Werkstücken mit relativ kurzen Abmessungen, da der tatsächliche Schneidvorgang nur für einen Bruchteil des Hubs stattfindet. Somit werden die für unnötige Teile der Betätigung aufgewendete Zeit und Energie verschwendet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung enthält, wie in Anspruch 1 bzw. 4 beschrieben, eine Servosteuerung eines Betätigers, um steuerbar festgelegtes "Parken" oder teilweise abgesenktes Positionieren des Scherblatthalters und der Scherblätter relativ zu unteren festen Scherblättern zu ermöglichen. Durch die Servosteuerung wird auch eine steuerbar festgelegte Endstellung ermöglicht, wodurch der Hub in der Verlaufsrichtung verkürzt wird und so einen Schneidhub variabler Länge entlang der X- und der Y-Achse erlaubt. So kann der Hub des Betätigers den Abmessung des zu schneidenden Werkstücks angepaßt werden, wodurch die Schere effizienter betrieben werden kann.
Durch die Verwendung einer Servosteuerung fließt die Materialdicke in das Einstellen der Park- und Endpunktstellung mit ein, und der Werkstück-Greiferschlitten der Schere bewegt das Flachmaterial zur richtigen Position bezüglich des Anfangsschneidepunkts in der jeweiligen Parkstellung.
Außerdem kann als weitere Verbesserung der Druck des Betätigungsfluids so gesteuert werden, daß es der Materialdicke und -art angepaßt wird.
Eine Rückmeldung von Lastsensor-Signalen kann außerdem die Anpassung der Schneideparameter an gegenwärtige Bedingungen ermöglichen, darunter das Abstumpfen des Scherblatts und andere Variablen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rechtwinkel-Schere mit zugehöriger Ausstattung, bei der die Servosteuerung des Betätigers gemäß der Erfindung eingesetzt ist.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bauteile des Betätigers, der Scherblätter und des Halter der in Fig. 1 gezeigten Schere.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der Servosteuerung für den Betätiger gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der oberen und unteren Scherblätter, bezeichnet mit geometrischen Parametern.
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Werkstück und Scherblätter, bezeichnet mit geometrischen Parametern, die zwei zu schneidende Teilstücke, X&sub1; nach Y&sub1; und X&sub2; nach Y&sub2;, darstellen.
Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Werkstück und Scherblätter, wobei aufeinanderfolgende Schnitte X&sub1;, X&sub2;, X&sub3; in Richtung der X-Achse auszuführen sind.
Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht eines Werkstücks und des X-Achsen- Scherblatts.

Ausführliche Beschreibung

In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden der Klarheit wegen bestimmte Fachbegriffe benutzt und ein spezielles Ausführungsbeispiel wird beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß dies keineswegs der Einschränkung dient und auch nicht als solche verstanden werden sollte, da die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche viele Formen und Variationen annehmen kann.
Wie in den Zeichnung, insbesondere in Fig. 1, gezeigt ist, hat eine Rechtwinkelschere 10 obere X- und Y-Achsen-Scherblätter 12, 14. Ein Tisch 16 stützt ein Stück Flachmaterial, das mittels eines in bekannter Weise betriebenen Greiferschlittens 18 bewegt wird, um das Flachmaterial zum Ausführen von programmierten Schneidvorgängen an einer programmierten Stelle zu positionieren. Ein Ausgabeförderer 20 kann eingesetzt werden, um die Zuschnittsteile zu sammeln, die von dem Flachmaterial abgeschnitten wurden.
Die CNC-Steuerung und die Maschinensteuerung befinden sich jeweils in elektrischen Schaltschränken 22, 23.
Der Betätiger wird von der vorliegenden Erfindung als hydraulisch betriebener Betätiger betrachtet, wie noch beschrieben wird; daher ist hier eine Hydraulikspeisung 24 mit einer Quelle druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit enthalten.
Die Hauptkomponenten der Scherblätter sind in Fig. 2 in vereinfachter Form dargestellt.
Die oberen X- und Y-Achsen-Scherblätter 12, 14 sind an einer Halterplatte 26 befestigt; sie verlaufen rechtwinklig zueinander und sind an einem Ende verbunden, so daß sie in bekannter Weise eine Ecke bilden.
Die Halterplatte 26 wird durch eine Reihe von Verbindungselementen 28A, 28B, 28C für geführte Vertikalbewegungen gehalten.
Ein Paar Kurbelwellen 30, 32 sind vorgesehen, und ein erstes Kurbelblatt 34 ist an der Kurbelwelle 30 befestigt, wird von einem einzigen hydraulischen Betätiger 36 hin- und herbewegt und ist mit dem Verbindungselement 28A verbunden.
Ein zweites Kurbelblatt 38 ist am anderen Ende der Kurbelwelle 30 befestigt und mit dem Verbindungselement 28B gelenkig verbunden.
Ein Paar Verbindungsarme 40 sind jeweils an einem Ende gelenkig mit dem Kurbelblatt 34 und mit dem anderen Ende mit dem an der Kurbelwelle 32 befestigten Kurbelblatt 42 verbunden.
Das Kurbelblatt 42 ist gelenkig mit dem Verbindungselement 28C verbunden. Wenn also der Betätiger 36 bewegt wird, bewirkt eine Hin- und Herbewegung der Kurbelwelle 30 eine entsprechende Hin- und Herbewegung der Kurbelwelle 32 sowie eine geführte Vertikalbewegung der Halterplatte 26, um die X- und Y- Achsen-Scherblätter 12, 14 auf die die am Maschinenrahmen befestigten festen unteren Scherblätter 44, 46 zu und von ihnen weg zu bewegen.
Ein Positionsrückmeldefühler 48, wie zum Beispiel ein LVDT-Wandler, stellt ein Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale, die der vertikalen Position der oberen Scherblätter 12, 14 entsprechen, zur Verwendung bei der Servosteuerung des Betätigers 36 dar.
Fig. 3 zeigt die Servosteuerung in Form eines Blockdiagramms.
Der hydraulische Betätiger 36 enthält einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit Kammern 50A, 50B, die mittels eines Servoventils 52, das die Verbindung mit der Quelle des hydraulischen Drucks steuert, entweder mit Druck beaufschlagt werden oder in denen Druck abgebaut wird, um den Kolben 54 und die Kolbenstange 56 in die jeweilige Richtung zum Heben bzw. Senken des Scherblatthalters 26 zu bewegen.
Das Servoventil 52 wird von einer Servosteuerung 58 und einem Ventiltreiber 60 gesteuert.
Die Servosteuerung 58 empfängt Steuersignale von der CNC-Steuerung 22 und dem Positionsrückmeldefühler 48, um den Scherblatthalter 26 sowohl zu Beginn als auch am Ende eines Scherzyklus in einer programmierten Stellung zu positionieren.
Gemäß dem Erfindungsgedanken ist die Scherblatt-Halterplatte 26 in einer teilweise abgesenkten "Park"-Stellung positioniert, die von der Länge des Schnitts entlang der X-Achse und der Materialdicke abhängt, so daß eine reduzierte Hublänge für Stücke benutzt wird, die in kleineren Größen zu schneiden sind, geringer als die ganze Größe, die mit einer vollständigen Hublänge geschnitten werden kann, oder für X1 Längen, in denen mit einer Reihe von kleineren Schnitten ein Schnitt größerer Länge entlang der X-Achse erzeugt wird.
Der volle Umfang der Absenkung wird auch dann nicht durchlaufen, wenn weniger als ein kompletter Y-Achsen-Schnitt für die entsprechende Y-Abmessung des zu schneidenden Stückes erforderlich ist.
Somit wird die Hublänge an beiden Enden verkürzt, um die benötigte Zykluszeit erheblich zu reduzieren.
Die verschiedenen Parameter sind in den Fig. 4 bis 7 dargestellt; es bestehen die folgenden Beziehungen:
Z&sub0; = vertikaler Abstand vom unteren Scherblatt bei vollkommen eingefahrenem oberen Scherblatt
S = Hub des oberen Scherblatts Z&sub1; = Z&sub0; + Lxtanθ + Lytanθ + OL
Z&sub1; = intermediäre Parkposition des oberen Scherblatts i = 1, 2, 3, ....
Si = intermediäre Hublänge i = 1, 2, 3, ....
Lx = Scherblattlänge in "x"
Ly = Scherblattlänge in "y"
θ = Scherblatt-Neigungswinkel
OL = Scherblattüberschneidung am Punkt "E" Punkt "E" ist das Ende des theoretischen Schnitts voller Dicke
Parkstellung für den nächsten Schnitt zur Herstellung des Teils X&sub1; nach Y&sub1;, Z&sub1; = Z&sub0; - (Lx -X&sub1;)tan θ
Hub aus der Parkstellung S&sub1; = X&sub1; tanθ + Y&sub1; tanθ + Z&sub0; + OL
Hub-Rückgang zum Parken für den nächsten Teil X&sub2; nach Y&sub2; tanθ + Y&sub1; tanθ + Zθ + OL
oder, Parkstellung für den nächsten Teil X&sub2; nach Y&sub2;
Z&sub2; = Z&sub0; - (Lx -X&sub2;) tan θ
LM = Abstand von der Ecke, t = Materialdicke
X&sub1; = Schnittlänge
i = 1, 2,3, ....
Z&sub1; = Parkstellung vom unteren Scherblatt beim Beginn des X1-Schnittes i = 1, 2,3, ....
Z&sub1; = Z&sub0; - (Lx - LM - Xi) Tan θ
- Z&sub0; + OL + t-(Lx-Xi)Tanθ
Si = Hublänge in vertikaler Richtung
= XiTanθ + Z&sub0; + OL + t
i = 1, 2,3, ....
Der Greiferschlitten 18 wird zum Positionieren des Werkstücks W an der richtigen horizontalen Stelle bewegt, um das Schneiden am Startpunkt zu beginnen, je nachdem wo die Parkstellung des oberen Scherblatts 12 eingestellt ist und wo der Endpunkt des Y-Schneidhubs eingestellt ist.
Der Einsatz einer separaten Servoventil-Steuerung erlaubt das Einstellen des Systemdrucks auf einen den jeweiligen Erfordernissen eines bestimmten Schneidprogramms entsprechenden Pegel, um weitere Verbesserungen der Effizienz zu erzielen. Auch können die Schneidgeschwindigkeiten erhöht oder verringert werden, wie es zum Halten der Lautstärke unter einem maximal zulässigen Pegel bei gleichzeitiger Beibehaltung minimaler Zykluszeiten erforderlich ist.
Durch die Verwendung eines Lastsensors können Anpassungen vorgenommen werden, die gegenwärtig angetroffene Lasten reflektieren, wenn beispielsweise die Schereigenschaften des Materials variieren oder wenn das Scherblatt stumpf wird.
Schließlich ist die Wirkung von Kaltstarts auf die Funktion der Schere minimal, da die programmierten Geschwindigkeiten von der Servosteuerung nach Notwendigkeit gesteuert werden.

Claims

1. Rechtwinkelschere bestehend aus:

einer Halterplatte (26);

einem oberen X-Achsen-Scherblatt (12), das an der Halterplatte (26) so befestigt ist, daß es in eine erste horizontale Richtung verläuft;

einem oberen Y-Achsen-Scherblatt (14), das so befestigt ist, daß es von einem Ende des oberen X-Achsen-Scherblattes (12) horizontal verläuft und davon in eine normale Richtung;

einem Paar fester unterer Scherblätter (44, 46), die in Fluchtlinie unter den oberen X- und Y-Achsen-Scherblättern (12, 14) angeordnet sind;

einem hydraulischen Betätiger (36), der mit der Halterplatte (26) antreibend verbunden ist, um die Halterplatte (26) für einen Scherzyklus zyklisch vertikal auf und ab über einen Bewegungsbereich von einer vollständig eingefahren bis zu einer vollständig ausgefahrenen Position in Bezug auf die unteren Scherblätter (44, 46) bewegen zu können, gekennzeichnet durch eine Servosteuerungs-Einheit (58), mittels derer der hydraulische Betätiger (36) in einem Bewegungszyklus der Halterplatte von einer Parkstellung am Anfang zu einer Endstellung am Ende bewegt werden kann und die Mittel zum Festlegen der Parkstellung auf eine teilweise eingefahrene Position des hydraulischen Betätigers (36) oder der Endstellung auf eine teilweise ausgefahrene Position des hydraulischen Betätigers (36) enthält.

2. Schere nach Anspruch 1, in der die Servosteuerungs-Einheit (58) einen der Halterplatte (26) zugehörigen Positionsfühler (48) enthält, der Positions- Rückmelde-Signale erzeugt und der Servosteuerungs-Einheit (58) zuführt, um die Positionierung der Halterplatte (26) in der Parkstellung zu ermöglichen.

3. Schere nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem bewegliche Positionierungs- Elemente (18) enthält, welche mit einem Werkstück (W) verbunden werden können, um es unter den oberen Scherblättern (12, 14) in eine veränderliche Lage zu bringen, die von der Lage der Parkposition abhängt, und es so zu positionieren, daß es bei der ersten Bewegung der Scherblätter (12, 14) aus der Parkposition geschnitten wird.

4. Verfahren zum Schneiden eines Blechwerkstückes (W) in einzelne rechtwinklige Teile unterschiedlicher Größe mittels einer Rechtwinkelschere mit oberen Scherblättern (12, 14), welche mittels eines Betätigers (36) vertikal zyklisch von einer vollständig eingefahrenen bis zu einer vollständig ausgefahrenen Position des Betätigers (36) bewegt werden können, gekennzeichnet durch einen Schritt, in dem der Betätiger (36) in einem Zyklus bewegt wird von einer teilweise eingefahrenen Parkstellung als Ausgangsstellung zu einer teilweise ausgefahrenen Stellung und zurück in die teilweise eingefahrene Parkstellung für Teile, bei denen nicht der gesamte Hub der oberen Scherblätter (12, 14) von der vollständig eingefahrenen bis zu der vollständig ausgefahrenen Stellung zum Schneiden benötigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 mit dem weiteren Schritt, die Parkstellung der oberen Scherblätter (12, 14) in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstückes (W) zu verändern, um den Schneidevorgang beim Einsetzen der Bewegung der Scherblätter (12, 14) von der Parkstellung aus zu beginnen.