EP3126073B1 - Verfahren und federwindemaschine zur herstellung von schraubenfedern durch federwinden - Google Patents

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EP3126073B1
EP3126073B1 EP15711210.3A EP15711210A EP3126073B1 EP 3126073 B1 EP3126073 B1 EP 3126073B1 EP 15711210 A EP15711210 A EP 15711210A EP 3126073 B1 EP3126073 B1 EP 3126073B1
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EP
European Patent Office
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spring
tool
winding
contact surface
wind
Prior art date
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Active
Application number
EP15711210.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3126073A1 (de
Inventor
Uwe-Peter Weigmann
Klaus Wurster
Andreas Sigg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wafios AG
Original Assignee
Wafios AG
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Publication date
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Publication of EP3126073A1 publication Critical patent/EP3126073A1/de
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Publication of EP3126073B1 publication Critical patent/EP3126073B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F35/00—Making springs from wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00—Coiling wire into particular forms
    • B21F3/02—Coiling wire into particular forms helically

Definitions

  • the invention relates to a method for producing helical springs by spring winds by means of a numerically controlled spring coiling machine according to the preamble of claim 1 and to a suitable for carrying out the method spring coiling machine according to the preamble of claim 11.
  • Coil springs are machine elements that are required in numerous applications in large numbers and different designs. Coil springs, also referred to as twisted torsion springs, are usually made of spring wire and are designed as tension springs or compression springs depending on the load involved in use. Compression springs, in particular valve springs, clutch springs or suspension springs are needed, for example, in large quantities in the automotive industry.
  • Coil springs are nowadays commonly manufactured by spring winches using numerically controlled spring coiling machines.
  • a wire (spring wire) is supplied under the control of an NC control program by means of a feeder a forming device of the spring coiling machine and formed by means of tools of the forming device to form a coil spring.
  • the tools usually include one or more adjustable in terms of their position wind tools for establishing and possibly changing the diameter of spring coils.
  • one or more pitch tools are provided to determine the local pitch of the spring coils at each stage of the manufacturing process.
  • a finished coil spring is separated from the supplied wire under the control of the NC control program by means of a cutter.
  • the wire to be coiled In spring coiling machines, the wire to be coiled, usually through a fixed guide device, is conveyed against a specially shaped frontal contact surface of a first wind tool. Usually followed by a second Windewerkmaschine, against the contact surface of the already pre-curved wire is pressed thereafter.
  • the contact surface of a Windewerkmaschines usually has the shape of a groove which gives lateral guidance to the wire and is at the groove bottom in more or less small-surface pressure contact with the incoming wire. At the contact surface, the wire curves continuously and is thus converted into a helical spring.
  • Winding tools have several degrees of freedom when installed in a spring coiling machine.
  • the rotation of the wind tools about their own axis and the tilting of the wind tools with respect to a reference direction are two further parameters which influence the parameters of the spring to be generated.
  • the twist is, for example, in the in the DE 600 18 512 T2 used described spring winding machines to control the bias of the spring body.
  • the tilt can also be used to control the bias of the spring body.
  • a winch device for spring winding machines with interchangeable, presettable elements. It has Winditabilityn and Windestatthalterungen, which contain all necessary for the adjustments and adjustments screws. This can be carried out both in a suitable adjustment a default, as well as later in the machine readjustment.
  • the device for presetting is designed so that the angular changes are taken on a measuring axis and displayed on an angle measuring device. For adjustment in the axial direction, a dial gauge is available. The adjustment made in the adjuster can be transferred to the machine without falsification by the operator. The reproducibility not only simplifies and speeds up the basic setting, but also allows a change process with different brackets.
  • the aim is to enable fast setting of wind tools on spring-winding machines with high precision and reliably reproducible results.
  • the adjustments should also be made for less experienced operators in a short time.
  • the invention proposes a method with the features of claim 1 and a spring coiling machine with the features of claim 11.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • an automatic referencing of the position of the wind tool is performed during the setting operation.
  • at least one contact surface position parameter which represents the position of the contact surface of the wind tool, automatically, i. in particular without the intervention of an operator, transmitted to the control device of the spring coiling machine.
  • Automatic referencing establishes, without intervention of an operator, a usable relationship between the machine coordinate system of the spring coiling machine and the position of the contact surface, so that the control of the spring coiling machine is known by referencing where and how the contact surface with respect to the machine coordinate system is positioned.
  • the controller may consider this information about the position of the contact surface in the sequence when performing the Federwindeoperation.
  • the windmill may have a windshield with a cylindrical shank, which can be inserted into a cylindrical bore of a Winderichhalters in a suitable axial position and optionally rotated about its longitudinal axis within the receiving bore.
  • a wind finger may also have a shaft of polygonal cross-section, e.g. Rectangular cross section, have.
  • the wind tool may also have a contact surface provided, a turntable-like wind insert, which can be attached to a winch insert holder in a defined position by means of screws or the like. Due to the many degrees of freedom of positioning a wind tool or the contact surface are in principle also many possibilities for errors that can lead to a misalignment and thus the production of rejects or bad parts. Automatic referencing systematically avoids such errors.
  • Some embodiments are characterized in that the wind tool, for which an automatic referencing is to be performed, in the automatic referencing by actuating at least one drive of a machine axis in a starting operation in a feed direction to a spring winding is delivered to a contact position in the one in advance defined initial contact with the spring coil is present, and that belonging to the contact position axis parameter of the machine axis or a thereof derived parameter is transmitted as a contact surface position parameter to the control unit of the spring coiling machine.
  • This approach optimally utilizes the capabilities of some numerically controlled spring coiling machines and provides fast and accurate referencing capability.
  • machine axis generally refers to a movable device which can be moved by at least one drive, for example an electromechanical, electro-hydraulic or electropneumatic drive, in at least one mechanical degree of freedom. It can be a translatory machine axis which moves, for example, a linearly movable carriage, or a rotary machine axis, for example a spindle. A machine axis can basically either move a tool or the workpiece.
  • the machine axis is used for the infeed movement of the wind tool to be referenced.
  • the axis position of this machine axis which is present when the contact position is reached, can be stored and taken into account as tool zero point in subsequent operations.
  • further delivery of the wind tool (after reaching the contact position) can be controlled as far as a desired position of the contact surface as a function of the contact surface position parameter determined in the starting operation.
  • a feed force of the drive of the machine axis responsible for the feed movement is limited to a limit value, which is designed such that the drive stops when the defined initial contact is reached for performing the starting operation.
  • a limit value which is designed such that the drive stops when the defined initial contact is reached for performing the starting operation.
  • the counterforce generated by the spring turn applied or the mechanical resistance which this spring turn counteracts the delivered wind tool is sufficient to end the axial feed.
  • the mentioned limit value can be set, for example, by limiting the motor torque of the drive or the current consumption of the drive directly correlated with the motor torque to a suitably low value. For this purpose, possibly existing facilities modern drive systems can be exploited by tapping a torque torque signal proportional to the torque and processed for the starting operation.
  • a force-controlled delivery during automatic homing would also be possible by providing a force sensor coupled to the wind tool whose display is monitored and evaluated to register the initial contact.
  • the reaching of the contact position is detected optically by means of an optical detection device.
  • the achievement of the contact position can thus be determined contactlessly from a suitable distance.
  • an optical detection device for example, a laser or a camera (line camera or area camera) can be used.
  • the relevant contact surface of the wind tool is generally designed as a groove curved in its longitudinal direction with a more or less semicircular cross-section in order, on the one hand, to dislodge to cause the zuge kitten wire in the groove longitudinal direction and on the other hand to give the wire a lateral guidance.
  • the more or less small-area contact zone between the wire and groove bottom is not readily visible from the outside, especially since it is concealed laterally by the groove walls.
  • the special features of spring winding machines are taken into account by detecting the reaching of the contact position by means of a motion sensor which detects a movement of the spring section coming into contact with the contact surface of the wind tool. This is in relative calm as long as the wind tool has not yet set. Only when a secure contact, i. a defined initial contact, between the contact surface and spring coil is made, with the forces on the spring coil can be transmitted, makes the contact on further delivery of the Windetechnikzeugs as movement of the contacted spring portion noticeable. This movement then indicates reaching the contact position.
  • a motion sensor therefore, an indirect detection of reaching the contact position is possible.
  • this movement is detected by an obliquely or frontally directed to the wind situation camera to which an image processing system is connected.
  • the camera acts as an optical motion sensor.
  • Motion sensors operating according to other principles may also be provided, for example at least one inductive motion sensor, at least one capacitive motion sensor and / or a motion sensor with one or more lasers, which may be designed as point sensors or 2D sensors.
  • the delivery of a wind tool is usually not finished when reaching the contact position.
  • the Windewerkmaschine is delivered after reaching the contact position by another Zustellweg in delivery direction, the further feed a predetermined amount of elastic spring deflection of a spring coil between a desired position of the spring coil in spring winds and a relaxed position of the spring coil in the absence of a created a wind tool corresponding spring coil squeezing side force.
  • the amount of elastic springing can be determined prior to the start of setting operations and a corresponding value in the control of the spring coiling machine already be deposited.
  • the amount of elastic resilience after a previous spring wind operation is determined by determining a first position of a spring coil at a desired wind tool and then a second position of the spring coil after fully retracting the wind tool, for example by means of a camera, and the amount the elastic resilience is calculated from the difference between the first and the second position.
  • the determination of the amount of elastic springing can, for example, take place immediately before the removal of a previously used, for example, worn, wind tool.
  • the elastic resilience of the wire used can be determined. It is thus also possible to automatically determine the characteristic curves which the machine uses to calculate out the elastic springback internally. As a result, the establishment of a new type of wire, wire diameter, new tools, etc. can be significantly simplified. In addition, when using a new coil, the quality of the wire could be checked so easily.
  • Another approach to automatic referencing is to first locate a distance between a measured the contact surface and a defined reference point of the Windewerkmaschines, a distance corresponding reference dimension is recorded with respect to the measured Windewerkmaschine in the sense of a tool identification that when inserting the Windetechnikzeugs in a tool holder of the spring coiling machine, the reference point is positioned at a reference location of the tool holder and the contact surface position parameter is determined from the position of the reference location and the reference dimension.
  • the measuring operation is normally carried out outside the spring-reversing machine prior to installation of the corresponding winding tool.
  • the measuring operation determines coordinates of the relevant zone of the contact surface in an auxiliary coordinate system of the measured wind tool.
  • the reference point may e.g. be used as the zero point of this auxiliary coordinate system.
  • the reference dimension can be recorded for example in an information carrier of the wind tool and read out during installation and transmitted to the control unit of the spring coiling machine.
  • a bar code, a QR code or an RFID tag or a semiconductor memory which can be read out via a USB interface or another interface can be used. It is also possible to store a plurality of reference dimensions and associated tool identification data in a database accessible to the machine control and then retrieve the corresponding reference dimension when entering the tool identification from the memory and to take over in the control of the spring coiling machine.
  • the invention also relates to a spring coiling machine for producing helical springs by spring winds, which is configured to carry out the method described in this application and has corresponding components or devices.
  • Such a spring coiling machine can in particular have one or more devices for direct or indirect detection of the contact surface on the wind tool or of the contact between this contact surface and a spring coil.
  • a suitably oriented camera and / or a laser system and / or a capacitive or inductive measuring device belong to the facilities.
  • a camera for measuring the spring length and / or the spring diameter is a suitably oriented camera and / or a laser system and / or a capacitive or inductive measuring device.
  • suitable facilities on a spring coiling machine for other purposes already exist, for example, a camera for measuring the spring length and / or the spring diameter. This could be used with the appropriate orientation and evaluation of the image signals for the new purpose proposed here.
  • FIG Fig. 1 shows some structural elements of a CNC coil winding machine 100 according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows an enlarged detail of the range of forming tools with two wind tools.
  • the spring coiling machine 100 has a feeding device 110 which is equipped with a plurality of, for example three pairs of feed rollers 112 and which can feed successive wire sections of a wire 115 and a wire 115 with a numerically controlled feed rate profile in the horizontal feed direction 117 into the region of a forming device 120. Some components of the forming devices are eg in Fig. 2 clearly visible.
  • the wire can be guided on the exit side of the feed rollers by a wire guide device 116.
  • the wire is converted into a helical spring F by means of numerically controlled tools of the forming device 120.
  • the tools include two offset by 90 ° wind tools, namely a first wind tool 122 and a second Windewerkmaschine 124.
  • the wind tools or their longitudinal axes are aligned in the radial direction to the central axis 118 and to the position of the desired spring axis and provided to the diameter of Determine coil spring.
  • the position of the wind tools with respect to the Cartesian machine coordinate system MKS with orthogonal axes x, y and z can be changed to default for the spring diameter when setting along oblique directions as well as in the horizontal direction to set up the machine for different spring diameters.
  • a similar adjustment is also possible during the spring coil process to change the diameter as a function of the axial position of a turn along the spring.
  • the movements can be made by means of electric drives under the control of numerical control. Details are related to FIGS. 2 and 3 explained. Other embodiments have only a single wind tool.
  • a pitch tool 130 has an effective surface oriented substantially perpendicular to the spring axis, which engages adjacent to the turns of the developing helical spring.
  • the pitch tool is moved by means of a numerically controlled adjustment of the corresponding machine axis parallel to the axis 118 of the developing coil spring (ie perpendicular to the plane of the drawing).
  • the advanced during manufacture of the spring wire is pushed by the pitch tool according to the position of the pitch tool in the direction parallel to the spring axis, wherein the position of the pitch tool, the local slope of the spring is determined in the appropriate section. Gradient changes are effected by axis-parallel process of the pitch tool during spring production.
  • the machine axes of the CNC machine associated with the tools are controlled by a computer numerical controller 180 which includes memory devices in which the control software resides, including the. an NC control program for the working movements of the machine axes heard.
  • the machine axes in this application are identified by capital letters A, B, C, ... Z and, if necessary, numerals (for example Z1), while the axes of the machine coordinate system are denoted by lowercase letters x, y, z.
  • the Z axis (machine axis) is usually not parallel to the z axis of the machine coordinate system.
  • the Fig. 2 shows the situation in the area of the two wind tools 122, 124 in detail.
  • the guided in the feed direction 117 through the wire guide 116 wire first strikes an inclined contact surface K1 of the first wind tool 122 and is arcuately curved by the contact with this contact surface and pushed upward in the direction of the second Windetechnikmaschines 124.
  • the developing spring coil is pushed aside again and takes the desired circular arc shape.
  • the contact surfaces K1, K2 are exactly like the contact surface K in Fig. 3 mounted on the end side of the respective wind tool and have the shape of a longitudinally curved groove having a substantially C-shaped cross-section. A plane through the centerline of the groove bottom defines the groove plane. The supplied wire is curved substantially in the groove plane.
  • each of the wind tools is variable in multiple directions by means of associated machine axes via the control of the spring coiling machine.
  • a translatory Z1-axis extends in the longitudinal direction of the first wind tool 122 and serves for the radial delivery in the direction of the spring coil to be influenced.
  • the vertical X1 axis is parallel to the axis 118 of the machine coordinate system. To these two axes perpendicular to the Y1 axis extends in the transverse direction.
  • Corresponding machine axes Z2 (radial infeed) and X2 and Y2 are provided for the second wind tool 124.
  • a wind finger 300 with a cylindrical shaft 302, on the front end side of the groove-shaped contact surface K is formed.
  • the wind finger can basically be positioned in Cartesian space at different positions.
  • the wind finger can be delivered parallel to its longitudinal axis 304 by means of a Z-machine axis (feed axis).
  • the twisting of the wind finger around its longitudinal axis (Angle of rotation ⁇ ) and a tilt of the wind finger (tilt angle ⁇ ) are other parameters that influence the parameters of the spring to be generated.
  • position of the wind tool in this application is not limited to the position in the longitudinal direction of the wind tool (adjustable, for example, over the Z-machine axis).
  • the rotational position (angle of rotation ⁇ ) and the tilting position (angle of rotation ⁇ ) may possibly also be changed or adjusted via control of suitable machine axes via the control device.
  • a contact surface position parameter can contain not only information about the position along a linear feed direction, but alternatively or additionally also information about the rotational position and / or the tilt position.
  • FIG. 4A A hitherto common technique in the setting of such a windmill with Windefinger is related to Fig. 4A explained.
  • the wind finger was typically received in a cylindrical bore of a tool holder 310.
  • the distance A of the frontal contact surface K to a reference surface REF1 on the tool holder was not defined.
  • the operator could use tools such as vernier calipers or gauges to keep this distance A constant or properly adjusted.
  • this amount is reduced between the contact surface and the reference surface.
  • the winching tool was adjusted partly manually, partly with the aid of a camera measurement, by actuating the Z-machine axis.
  • the axis Z was thus compensated by the wear changing distance A.
  • such problems are avoided by an automatic referencing of the position of the contact surface K.
  • it is achieved in a simple manner to process the axial position values of the Z machine axis provided for the delivery of the wind tool and a reference dimension in the control of the machine so that the operator no longer has to make any adjustment or adjustment when changing the wind finger (cf. Fig. 4B ).
  • a wind finger is pre-measured before its installation.
  • a reference dimension C between the contact surface K at the wind finger and a reference point REF2 at the wind finger is determined.
  • the reference point can eg at the Contact surface lying opposite face of the Windefingers.
  • the reference dimension C substantially corresponds to the distance of the contact surface to the reference point REF, measured at the lowest point of the curved groove parallel to the longitudinal axis of the wind finger.
  • This value of the reference dimension C determined by measuring can be printed or coded as a numerical value, for example, as a bar code or QR code or electronically (USB, RFID) together with the wind finger and delivered.
  • a mechanical stop 320 is provided on the tool carrier 310 or on the winch platform of the spring coiling machine. The position of the stop in the machine coordinate system is known, so that the position of the contact surface can be calculated using the reference dimension C in a wind finger sitting on the stop. A mechanical adjustment of the wind finger by an operator is therefore no longer necessary.
  • the dimension C between the contact surface of the wind finger and the reference point on the wind finger is reduced by mechanical frictional wear.
  • the spring coiling machine detects this usually in a production with a camera system over the diameter of the spring body, which gradually increases.
  • the delivery of the wind finger over the Z axis is compensated by changing the Z position.
  • the current value of the Referenznieses C can be stored in a database, for example in a memory device of the control of the machine, or in a central database.
  • the current value C can also be stored on the RFID chip which is connected to the wind finger. If the used Windefinger used again, he will, for example identified by a bar code or a QR code. The last stored value A is then read from the database and processed for further control.
  • the last stored A value can be read out of an RFID chip attached to the wind finger or another information carrier.
  • the spring coiling machine can be put into operation without mechanical adjustments by the operator are necessary.
  • the rotation of the wind finger and an optionally existing tilting of the wind finger are fixed.
  • the construction may be selected such that the wind finger is always inserted into the machine in a value which is unambiguous with respect to the angle of rotation ⁇ . This can be realized for example by suitable stops. If these movements can not be performed by suitable machine axes, the position found for a helical compression spring can be indicated by a vernier, for example. In a new set up the spring coiling machine for the production of this spring, it is then sufficient to set the vernier back to the previously found and stored or otherwise recorded value.
  • the reference dimension which describes the distance of the contact surface to a reference dimension on the wind finger
  • the machine can then automatically correct the position of the Z-axis on the basis of this reference dimension and thus secures the exact positioning of the contact surface of the wind finger at its desired position.
  • the x-y-z positioning of the contact surface in the coordinate system of the machine can be provided to store the tilting and / or rotation of the wind finger with a mechanical scale or as an axis movement. In this way, these angles or corresponding data can be transferred when switching to another type of spring, so that manual corrections may only be necessary as fine corrections.
  • Variants are also possible which allow automatic referencing of the position of the contact surface without prior measurement of a wind finger or another part of a wind tool.
  • the following variants use the possibilities of modern spring-winding machines, which have a machine axis, with a wind tool in a defined feed movement in the direction of a spring winding under control the control unit can be defined defined. With the help of such a machine axis, the wind tool can be positioned accurately. However, the information required for an exact positioning is no longer available, for example after removal of a wind tool or after changes in the overall length of the wind tool, for example by regrinding or adjusting the geometry in the area of the front contact surface.
  • an automatic referencing system is provided, with the help of which even under these conditions a fast, accurate and repeatable tool positioning when setting up after a tool change or a new set up is possible.
  • This is in the spring coiling machine Fig. 1 and 2 used that for the feed movement of the first wind tool 122 in the Z1 direction a Z1 machine axis and for the feed movement of the second Windetechniks 124 parallel to the Z2 feed direction Z2 machine axis is provided.
  • the associated drives M1 and M2 of these machine axes are controlled by the control device 180.
  • a Windefinger can be used in a Windefinger improvement or a winch insert on a winch insert holder of the spring coiling machine and fixed in this recording.
  • a Windefinger can be used in a Windefingerability or a winch insert on a winch insert holder of the spring coiling machine and fixed in this recording.
  • here is the procedure for the first wind tool 122 in Fig. 2 explained in more detail.
  • a starting operation is initiated by operating the associated drive M1 of the Z1 machine axis, in which the wind tool is delivered in an advancing direction (Z1 direction) to a spring winding FW.
  • a special feature consists in the fact that for these starting operations, the engine torque of the first drive M1 or the current consumption correlating therewith is limited to a very low value by adaptation of input parameters.
  • the wind tool moves along the Z1 axis in the direction of the wire or the center of the mandrel, the wind tool then reaches a contact position in which the front-side contact surface K1 of the wind tool hits the outside of the wire of the spring winding.
  • the wire provides a force or resistance to the motor of the machine axis of the wind tool.
  • This resistance means that a higher force or a higher torque or a higher current consumption of the drive motor M1 for realizing the Achsverfahrwegs is required for further delivery of the wind tool in the feed direction, ie for a further method of the associated Z1 machine axis.
  • the setting of the limit value for the engine torque is now such that, with a certain low resistance, the permissible limit value for the current consumption or the torque of the axle is exceeded, so that the machine axis stops. This creates a defined initial contact.
  • the axis parameter belonging to this contact position of the machine axis or a parameter derived therefrom is then adopted as the contact surface position parameter in the control of the spring winding machine, so that the automatic referencing is completed.
  • Each further delivery of the wind tool via the Z1 machine axis to a desired position of the contact surface can then be controlled as a function of the contact surface position parameter.
  • FIG. 5 An alternative embodiment of the realization of an automatic referencing is based on Fig. 5 described.
  • the wind tools are referenced via an optical wire curvature detection or via the detection of movements of touched wire sections or spring winding sections when delivering a wind tool.
  • the associated embodiment of a spring coiling machine has an in Fig. 2 only schematically illustrated camera KAM, which is directed in the manner of at least one spring coil, that any movements of the spring coil, which are associated with an increase or decrease in the radius of curvature can be accurately and reliably detected qualitatively and quantitatively. It can be a line camera or an area camera.
  • the camera is aligned in such a way that it is directed to the wind situation in a manner that is parallel to the axis 118 of the spring coiling machine such that a half-turn FW facing the wind tools and the two wire-contacting wind tools lie within the two-dimensional image field BF (see. Fig. 5A or 6A ).
  • Fig. 5A, 5B the determination of the contact positions for the first wind tool 122 arranged below is described, with which the wire first comes into contact.
  • the Figs. 5C and 5D show the determination of the contact positions for the upper second wind tool 124.
  • the lower first wind tool 122 moves in crawl, ie at low engine torque, towards the half-turn FW.
  • the arrow CLOSED here indicates the infeed direction, which (for both wind tools) is less than 65 ° to the horizontal (wire feed direction).
  • This delivery direction can also in the schematic example of Fig. 2 be provided.
  • This movement is detected by the frontal half-turn camera KAM.
  • the half-turn is curved inwards (dashed lines). This movement is detected by the camera.
  • a stop signal is transmitted to the controller. This stops the associated CNC machine axis and its position is saved.
  • the CNC axis still advances by the amount of elastic deflection AF of the half-turn and then stands in the exact position for the spring diameter to be wound (FIG. Fig. 5B ).
  • a corresponding starting operation is then carried out by actuation of the second drive M2 from the upper second winding tool 124.
  • the impact of the contact surface of the Windewerkzeugs makes the wire by an inward movement of the remaining turn noticeable, which is detected by the camera ( Fig. 5C ).
  • the Z2 machine stops and its position is saved.
  • the Z2 machine axis still advances by the amount of elastic springing of the remaining winding and then stands exactly in the intended for the spring wind process target position ( Fig. 5D ).
  • the half-turn beyond the first wind tool 122 is also tensioned and the wire assumes a semicircular curvature.
  • the amount of elastic springing ie the Auffederweg is performed in this process variant before removing the old, previously used wind tools.
  • the procedure is based on Fig. 6 explained.
  • the position of the clamped half-turn is detected by the camera before removing the old wind tools.
  • the CNC machine axis with the associated Windewerkmaschine back as long until no Auffederungsmos is detected by the camera more.
  • the difference path AF between the target position of the wind tool when spring winds and that retracted position in which the winding section stretched by the returning wind tool is just fully relaxed, is stored as the amount of elastic springing in a memory of the controller.
  • the amount of elastic springing is determined separately for each wind tool when needed.
  • Fig. 6A Both wind tools are still in the internal target position and the half-turn FW is stretched circular arc.
  • Fig. 6B shows the situation after retraction of the upper wind tool in the position in which the remaining winding is fully relaxed.
  • the amount of elastic expansion is the difference in the position of the core of the wire in the fully tensioned state (dashed) and in the currently relaxed state measured in the feed direction (Z2 direction).
  • the winding beginning near the lower first wind tool 122 is still tense. Thereafter, a corresponding operation is performed with the lower wind tool by the lower wind tool withdrawn and the associated amount of elastic springing is determined in an analogous manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Description

    ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
  • Schraubenfedern sind Maschinenelemente, die in zahlreichen Anwendungsbereichen in großen Stückzahlen und unterschiedlichen Ausgestaltungen benötigt werden. Schraubenfedern, die auch als gewundene Torsionsfedern bezeichnet werden, werden üblicherweise aus Federdraht hergestellt und je nach der bei der Nutzung vorliegenden Belastung als Zugfedern oder Druckfedern ausgelegt. Druckfedern, insbesondere Ventilfedern, Kupplungsfedern oder Tragfedern, werden beispielsweise in großen Mengen im Automobilbau benötigt.
  • Schraubenfedern werden heutzutage üblicherweise durch Federwinden mit Hilfe numerisch gesteuerter Federwindemaschinen hergestellt. Dabei wird ein Draht (Federdraht) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm mittels einer Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören in der Regel ein oder mehrere bezüglich ihrer Stellung einstellbare Windewerkzeuge zur Festlegung und ggf. zur Veränderung des Durchmessers von Federwindungen. Gelegentlich sind auch ein oder mehrere Steigungswerkzeuge vorgesehen, durch die die lokale Steigung der Federwindungen in jeder Phase des Fertigungsprozesses bestimmt wird. Nach Abschluss einer Umformoperation wird eine fertiggestellte Schraubenfeder unter der Steuerung durch das NC-Steuerprogramm mittels einer Schnitteinrichtung von dem zugeführten Draht abgetrennt.
  • Bei Federwindemaschinen wird der zu windende Draht, in der Regel durch eine feste Führungseinrichtung hindurch, gegen eine speziell geformte stirnseitige Kontaktfläche eines ersten Windewerkzeugs gefördert. In der Regel folgt noch ein zweites Windewerkzeug, gegen dessen Kontaktfläche der bereits vorgekrümmte Draht danach gedrückt wird. Die Kontaktfläche eines Windewerkzeugs hat üblicherweise die Form einer Rille, die dem Draht seitliche Führung gibt und am Rillengrund in mehr oder weniger kleinflächigem Andruckkontakt mit dem ankommenden Draht steht. An der Kontaktfläche krümmt sich der Draht laufend und wird so zu einer Schraubenfeder umgeformt.
  • Windewerkzeuge besitzen mehrere Freiheitsgrade beim Einbau in eine Federwindemaschine. Neben der Positionierung eines Windewerkzeugs im kartesischen Raum, d.h. in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem, sind die Verdrehung der Windewerkzeuge um ihre eigene Achse und die Verkippung der Windewerkzeuge in Bezug auf eine Referenzrichtung zwei weitere Parameter, welche die Parameter der zu erzeugenden Feder beeinflussen. Die Verdrehung wird beispielsweise bei den in der DE 600 18 512 T2 beschriebenen Federwindemaschinen genutzt, um die Vorspannung des Federkörpers zu kontrollieren. Die Verkippung kann ebenfalls genutzt werden, um die Vorspannung des Federkörpers zu steuern.
  • Die richtige Einstellung der Windewerkzeuge beim Einrichten der Federwindemaschine für die Fertigung eines neuen Federtyps und/oder nach einem Werkzeugwechsel oder einem Nachschleifen eines Windewerkzeugs ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die üblicherweise nur von erfahrenen Maschinenbedienern in vernünftigen Zeiten zu leisten ist. Es gibt zahlreiche Ansätze, die das Ziel einer schnellen reproduzierbaren Einstellung von Windewerkzeugen an Federwindemaschinen verfolgen.
    • Beispielweise beschreibt die gattungsgemäße
  • DE 37 01 088 A1 eine Windeeinrichtung für Federwindemaschinen mit auswechselbaren, voreinstellbaren Elementen. Sie weist Windestiftaufnahmen und Windestifthalterungen auf, die alle für die Ein- und Nachstellungen notwendigen Stellschrauben enthalten. Damit kann sowohl in einer geeigneten Einstellvorrichtung eine Voreinstellung, als auch später in der Maschine eine Nachjustierung durchgeführt werden. Die Einrichtung zum Voreinstellen ist so ausgebildet, dass an einer Messachse die Winkelveränderungen abgenommen und auf einer Winkelmesseinrichtung angezeigt werden. Für die Verstellung in Achsrichtung ist eine Messuhranzeige vorhanden. Die in der Einstellvorrichtung vorgenommene Einstellung lässt sich vom Bediener ohne Verfälschung auf die Maschine übertragen. Die Reproduzierbarkeit vereinfacht und beschleunigt nicht nur die Grundeinstellung, sondern erlaubt auch ein Wechselverfahren mit verschiedenen Halterungen.
    • AUFGABE UND LÖSUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Einstellung von Windewerkzeugen an Federwindemaschinen weiter zu vereinfachen. Es soll eine schnelle Einstellung von Windewerkzeugen an Federwindemaschinen mit hoher Präzision und zuverlässig reproduzierbaren Ergebnissen ermöglicht werden. Die Einstellarbeiten sollen auch für weniger erfahrene Bediener in kurzer Zeit zu leisten sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Federwindemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 11 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Bei dem Verfahren wird während der Einstelloperation eine automatische Referenzierung der Position des Windewerkzeugs durchgeführt. Dabei wird mindestens ein Kontaktflächen-Positionsparameter, welcher die Position der Kontaktfläche des Windewerkzeugs repräsentiert, automatisch, d.h. insbesondere ohne Zwischenschaltung eines Bedieners, an die Steuereinrichtung der Federwindemaschine übertragen. Durch die automatische Referenzierung wird ohne Eingriff eines Bedieners ein für die weitere Steuerung nutzbarer Bezug zwischen dem Maschinenkoordinatensystem der Federwindemaschine und der Position der Kontaktfläche hergestellt, so dass der Steuerung der Federwindemaschine aufgrund der Referenzierung bekannt ist, wo und wie die Kontaktfläche in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem positioniert ist.
  • Die Steuerung kann diese Information über die Position der Kontaktfläche in der Folge bei der Durchführung der Federwindeoperation berücksichtigen. Durch die Referenzierung wird die spezifische Geometrie des Windewerkzeugs der Steuerung bekanntgemacht, ohne dass ein Bediener eingreifen muss. Dieses Verfahren ist für jede Art von Windewerkzeugen geeignet. Beispielsweise kann das Windewerkzeug einen Windefinger mit zylindrischem Schaft aufweisen, der in eine zylindrische Bohrung eines Windestifthalters in geeigneter Axialposition eingesetzt und gegebenenfalls um seine Längsachse innerhalb der Aufnahmebohrung verdreht werden kann. Ein Windefinger kann auch einen Schaft mit polygonalem Querschnitt, z.B. Rechteckquerschnitt, haben. Das Windewerkzeug kann auch einen mit der Kontaktfläche versehenen, wendeplattenähnlichen Windeeinsatz aufweisen, der an einem Windeeinsatzhalter in definierter Position mittels Schrauben oder dergleichen befestigt werden kann. Aufgrund der vielen Freiheitsgrade der Positionierung eines Windewerkzeugs bzw. der Kontaktfläche bestehen prinzipiell auch viele Fehlermöglichkeiten, die zu einer Falscheinstellung und damit zur Produktion von Ausschuss oder schlechten Teilen führen kann. Durch die automatische Referenzierung können solche Fehler systematisch vermieden werden.
  • Manche Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass das Windewerkzeug, für welches eine automatische Referenzierung durchgeführt werden soll, bei der automatischen Referenzierung durch Betätigen mindestens eines Antriebs einer Maschinenachse in einer Anfahroperation in einer Zustellrichtung auf eine Federwindung bis in eine Kontaktposition zugestellt wird, in der ein vorab definierter Anfangskontakt mit der Federwindung vorliegt, und dass ein zu der Kontaktposition gehörender Achsparameter der Maschinenachse oder ein daraus abgeleiteter Parameter als Kontaktflächen-Positionsparameter an die Steuereinheit der Federwindemaschine übertragen wird. Diese Vorgehensweise nutzt die bei manchen numerisch gesteuerten Federwindemaschinen vorhandenen Möglichkeiten optimal und schafft eine schnelle und präzise Referenzierungsmöglichkeit.
  • Der Begriff "Maschinenachse" bezeichnet allgemein eine bewegliche Einrichtung, die durch mindestens einen Antrieb, zum Beispiel einen elektromechanischen, elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Antrieb, in mindestens einem mechanischen Freiheitsgrad bewegt werden kann. Es kann sich um eine translatorische Maschinenachse handeln, die beispielsweise einen linear beweglichen Schlitten bewegt, oder um eine rotatorische Maschinenachse, beispielsweise eine Spindel. Eine Maschinenachse kann grundsätzlich entweder ein Werkzeug bewegen oder das Werkstück.
  • Im Beispielsfall wird die Maschinenachse für die Zustellbewegung des zu referenzierenden Windewerkzeugs genutzt. Die Achsposition dieser Maschinenachse, welche bei Erreichen der Kontaktposition vorliegt, kann gespeichert und als Werkzeugnullpunkt bei nachfolgenden Operationen berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine weitere Zustellung des Windewerkzeugs (nach Erreichen der Kontaktposition) bis in eine Soll-Position der Kontaktfläche in Abhängigkeit von dem in der Anfahroperation ermittelten Kontaktflächen-Positionsparameter gesteuert werden.
  • Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, das Erreichen des definierten Anfangskontakts zuverlässig festzustellen.
  • Bei einer Variante wird zum Durchführen der Anfahroperation eine Zustellkraft des Antriebs der für die Zustellbewegung zuständigen Maschinenachse auf einen Grenzwert begrenzt, der derart ausgelegt ist, dass der Antrieb stoppt, wenn der definierte Anfangskontakt erreicht ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass die durch die angefahrene Federwindung erzeugte Gegenkraft bzw. der mechanische Widerstand, den diese Federwindung dem zugestellten Windewerkzeug entgegenbringt, ausreicht, um den Achsvorschub zu beenden. Der genannte Grenzwert kann beispielsweise eingestellt werden, indem das Motormoment des Antriebs oder die mit dem Motormoment direkt korrelierende Stromaufnahme des Antriebs auf einen geeignet geringen Wert begrenzt wird. Hierfür können ggf. vorhandene Einrichtungen moderner Antriebssysteme ausgenutzt werden, indem ein dem Antriebsmoment proportionales Momentensignal abgegriffen und für die Anfahroperation verarbeitet wird.
  • Eine kraftgesteuerte Zustellung beim automatischen Referenzieren wäre auch möglich, indem ein mit dem Windewerkzeug gekoppelter Kraftsensor vorgesehen wird, dessen Anzeige überwacht und zur Registrierung des Anfangskontakts ausgewertet wird.
  • Gemäß einem anderen Ansatz, der alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein kann, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass das Erreichen der Kontaktposition mittels einer optischen Erfassungseinrichtung optisch erfasst wird. Das Erreichen der Kontaktposition kann damit aus geeignetem Abstand berührungslos festgestellt werden. Als optische Erfassungseinrichtung kann beispielsweise ein Laser oder eine Kamera (Zeilenkamera oder Flächenkamera) genutzt werden.
  • Allerdings ergeben sich beim Einrichten von Windewerkzeugen an Federwindemaschinen besondere Probleme bei der zuverlässigen Erfassung des Kontakts zwischen Federwindung und Windewerkzeug dadurch, dass die maßgebliche Kontaktfläche des Windewerkzeugs im Allgemeinen als in ihrer Längsrichtung gekrümmte Rille mit mehr oder weniger halbkreisförmigem Querschnitt gestaltet ist, um einerseits das Abdrängen des zugeförderten Drahtes in Rillenlängsrichtung zu bewirken und andererseits dem Draht eine seitliche Führung zu verleihen. Die mehr oder weniger kleinflächige Kontaktzone zwischen Draht und Rillengrund ist nicht ohne weiteres von außen einsehbar, insbesondere da sie seitlich durch die Rillenwände verdeckt ist.
  • Bei einer Variante werden die Besonderheiten bei Federwindemaschinen dadurch berücksichtigt, dass das Erreichen der Kontaktposition mittels eines Bewegungssensors erfasst wird, der eine Bewegung des mit der Kontaktfläche des Windewerkzeugs in Kontakt tretenden Federabschnitts erfasst. Dieser befindet sich solange in relativer Ruhe, solange das Windewerkzeug noch nicht angesetzt hat. Erst wenn ein sicherer Berührungskontakt, d.h. ein definierter Anfangskontakt, zwischen Kontaktfläche und Federwindung hergestellt ist, mit dem auch Kräfte auf die Federwindung übertragen werden können, macht sich der Kontakt bei weiterer Zustellung des Windewerkzeugs als Bewegung des kontaktierten Federabschnitts bemerkbar. Diese Bewegung zeigt dann das Erreichen der Kontaktposition an. Mithilfe eines Bewegungssensors ist also eine indirekte Erfassung des Erreichens der Kontaktposition möglich.
  • Bei einer Ausführungsform wird diese Bewegung durch eine schräg oder frontal auf die Windesituation gerichtete Kamera erfasst, an die ein Bildverarbeitungssystem angeschlossen ist. Die Kamera fungiert als optischer Bewegungssensor. Es können auch nach anderen Prinzipien arbeitende Bewegungssensoren vorgesehen sein, z.B. mindestens ein induktiver Bewegungssensor, mindestens ein kapazitiver Bewegungssensor und/oder ein Bewegungssensor mit einem oder mehreren Lasern, die als Punktsensoren oder 2D-Sensoren ausgelegt sein können.
  • Die Zustellung eines Windewerkzeugs ist in der Regel bei Erreichen der Kontaktposition noch nicht beendet. Bei manchen Ausführungsformen wird das Windewerkzeug nach Erreichen der Kontaktposition um einen weiteren Zustellweg in Zustellrichtung zugestellt, wobei der weitere Zustellweg einem vorab bestimmten Betrag einer elastischen Auffederung einer Federwindung zwischen einer Soll-Position der Federwindung beim Federwinden und einer entspannten Position der Federwindung in Abwesenheit einer durch ein Windewerkzeug erzeugten, die Federwindung zusammendrückenden Seitenkraft entspricht.
  • Für einen bestimmten Federtyp bzw. eine bestimmte Federwindung kann der Betrag der elastischen Auffederung vor Beginn der Einstelloperationen ermittelt und ein entsprechender Wert in der Steuerung der Federwindemaschine bereits hinterlegt sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen wird der Betrag der elastischen Auffederung nach einer vorangegangenen Federwindeoperation ermittelt, indem eine erste Position einer Federwindung bei einem in Soll-Position stehenden Windewerkzeug und danach eine zweite Position der Federwindung nach vollständigem Zurückziehen des Windewerkzeugs zum Beispiel mittels einer Kamera ermittelt und der Betrag der elastischen Auffederung aus der Differenz der ersten und der zweiten Position berechnet wird. Die Bestimmung des Betrags der elastischen Auffederung kann beispielsweise unmittelbar vor dem Ausbauen eines vorher genutzten, beispielsweise verschlissenen Windewerkzeugs erfolgen.
  • Mit einem derartigen Verfahren bzw. einem solchen Messsystem kann die elastische Auffederung des verwendeten Drahtes bestimmt werden. Damit ist es auch möglich, die Kennlinien, welche die Maschine verwendet, um die elastische Auffederung intern herauszurechnen, automatisch zu ermitteln. Dadurch kann die Einrichtung eines neuen Drahttyps, Drahtdurchmessers, neuer Werkzeuge etc. deutlich vereinfacht werden. Zudem könnte bei Verwendung eines neuen Coils die Qualität des Drahtes so einfach geprüft werden.
  • Es ist auch möglich, den Betrag der elastischen Auffederung aus entsprechenden Federdaten, wie zum Beispiel Drahtdurchmesser, Elastizitätsmodul des Drahtmaterials etc. durch eine FEM-Simulation zu berechnen oder auf andere Weise zu ermitteln, so dass vorgelagerte messtechnische Ermittlungen entfallen können.
  • Ein anderer Ansatz für eine automatische Referenzierung besteht bei manchen Ausführungsformen darin, dass zunächst in einer Messoperation an dem Windewerkzeug ein Abstand zwischen der Kontaktfläche und einem definierten Referenzpunkt des Windewerkzeugs gemessen wird, ein dem Abstand entsprechendes Referenzmaß mit einem Bezug auf das gemessene Windewerkzeug im Sinne einer Werkzeugidentifizierung aufgezeichnet wird, dass beim Einsetzen des Windewerkzeugs in einen Werkzeughalter der Federwindemaschine der Referenzpunkt an einen Referenzort des Werkzeughalters positioniert wird und dass der Kontaktflächen-Positionsparameter aus der Position der Referenzorts und dem Referenzmaß ermittelt wird.
  • Die Messoperation wird normalerweise außerhalb der Federwendemaschine zeitlich vor dem Einbau des entsprechenden Windewerkzeugs durchgeführt. Durch die Messoperation werden Koordinaten der relevanten Zone der Kontaktfläche in einem Hilfskoordinatensystem des vermessenen Windewerkzeugs bestimmt. Der Referenzpunkt kann z.B. als Nullpunkt dieses Hilfskoordinatensystems genutzt werden. Beim Einbau des gemessenen bzw. vermessenen Windewerkzeugs an dem Werkzeughalter wird dann ein Bezug zwischen dem Hilfskoordinatensystem des Windewerkzeugs und dem Maschinenkoordinatensystem hergestellt, indem das Windewerkzeug bzw. der Referenzpunkt des Windewerkzeugs an einer bezüglich seiner Position im Maschinenkoordinatensystem bekannten Referenzort des Werkzeughalters positioniert wird. Anhand der Werkzeugidentifizierung und des zugehörigen Referenzmaßes ist es dann für die Steuerung möglich, die Position der Kontaktfläche im Maschinenkoordinatensystem zu errechnen und das Windewerkzeug danach weiter zu steuern.
  • Das Referenzmaß kann beispielsweise in einem Informationsträger des Windewerkzeugs aufgezeichnet werden und beim Einbau ausgelesen und an die Steuereinheit der Federwindemaschine übertragen werden. Zur Aufzeichnung kann beispielsweise ein Bar-Code, ein QR-Code oder ein RFID-Tag oder ein über eine USB-Schnittstelle oder eine andere Schnittstelle auslesbarer Halbleiterspeicher genutzt werden. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Referenzmaßen und zugehörigen Werkzeugidentifikationsdaten in einer für die Maschinensteuerung zugänglichen Datenbank zu speichern und das entsprechende Referenzmaß dann bei Eingabe der Werkzeugidentifizierung aus dem Speicher abzurufen und in die Steuerung der Federwindemaschine zu übernehmen.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Federwindemaschine zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden, welche zur Durchführung des in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrens konfiguriert ist und entsprechende Komponenten bzw. Einrichtungen aufweist.
  • Eine solche Federwindemaschine kann insbesondere eine oder mehrere Einrichtungen zur direkten oder indirekten Erfassung der Kontaktfläche am Windewerkzeug bzw. des Kontakts zwischen dieser Kontaktfläche und einer Federwindung aufweisen. Zu den Einrichtungen können z.B. eine geeignet ausgerichtete Kamera und/oder ein Lasersystem und/oder eine kapazitive oder induktive Messeinrichtung gehören. Gelegentlich sind prinzipiell geeignete Einrichtungen an einer Federwindemaschine für andere Zwecke bereits vorhanden, z.B. eine Kamera zur Messung der Federlänge und/oder des Federdurchmessers. Diese könnte bei entsprechender Ausrichtung und Auswertung der Bildsignale für den hier vorgeschlagenen neuen Zweck verwendet werden.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung einiger konstruktiver Elemente einer CNC-Federwindemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Bereichs der Umformwerkzeuge mit zwei Windewerkzeugen;
    • Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Windefingers zur Darstellung von Freiheitsgraden der Positionierung;
    • Fig. 4 die Einstellung eines Windefingers gemäß dem Stand der Technik (Fig. 4A) und gemäß einer Ausführungsform mit Vermessung des Windefingers (Fig. 4B);
    • Fig. 5 mehrere Phasen einer Ausführungsform der automatischen Referenzierung mittels optischer Drahtkrümmungserkennung;
    • Fig. 6 mehrere Phasen bei der Bestimmung der elastischen Auffederung einer Federwindung.
    DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die schematische Übersichtsdarstellung in Fig. 1 zeigt einige konstruktive Elemente einer CNC-Federwindemaschine 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung des Bereichs der Umformwerkzeuge mit zwei Windewerkzeugen.
  • Die Federwindemaschine 100 hat eine mit mehreren, z.B. drei Paaren von Zuführrollen 112 ausgestattete Zuführeinrichtung 110, die aufeinanderfolgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine Richteinheit geführten Drahtes 115 mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in horizontaler Vorschubrichtung 117 in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 zuführen kann. Einige Komponenten der Umformeinrichtungen sind z.B. in Fig. 2 gut zu erkennen. Der Draht kann austrittsseitig der Zuführrollen durch eine Drahtführungseinrichtung 116 geführt werden.
  • Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung 120 zu einer Schraubenfeder F umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windewerkzeuge, nämlich ein erstes Windewerkzeug 122 und ein zweites Windewerkzeug 124. Die Windewerkzeuge bzw. deren Längsachsen sind in Radialrichtung zur Mittelachse 118 bzw. zur Lage der gewünschten Federachse ausgerichtet und dafür vorgesehen, den Durchmesser der Schraubenfeder zu bestimmen. Die Position der Windewerkzeuge in Bezug auf das kartesische Maschinenkoordinatensystem MKS mit orthogonalen Achsen x, y und z kann zur Grundeinstellung für den Federdurchmesser beim Einrichten entlang schräg verlaufender Richtungen sowie in horizontaler Richtung verändert werden, um die Maschine für unterschiedliche Federdurchmesser einzurichten. Eine entsprechende Einstellung ist auch während des Federwindeprozesses möglich, um den Durchmesser in Abhängigkeit von der axialen Position einer Windung entlang der Feder zu ändern. Die Bewegungen können mit Hilfe elektrischer Antriebe unter Kontrolle der numerischen Steuerung vorgenommen werden. Details werden in Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 erläutert. Andere Ausführungsformen haben nur ein einziges Windewerkzeug.
  • Ein Steigungswerkzeug 130 hat eine im Wesentlichen senkrecht zur Federachse ausgerichtete Wirkfläche, die neben den Windungen der sich entwickelnden Schraubenfeder eingreift. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Verstellantriebs der entsprechenden Maschinenachse parallel zur Achse 118 der sich entwickelnden Schraubenfeder (d.h. senkrecht zur Zeichnungsebene) verfahrbar. Der bei der Federherstellung vorgeschobene Draht wird vom Steigungswerkzeug entsprechend der Position des Steigungswerkzeugs in Richtung parallel zur Federachse abgedrängt, wobei durch die Position des Steigungswerkzeuges die lokale Steigung der Feder im entsprechenden Abschnitt bestimmt wird. Steigungsänderungen werden durch achsparalleles Verfahren des Steigungswerkzeugs während der Federherstellung bewirkt. Es gibt auch Varianten ohne gesondertes Steigungswerkzeug, bei denen die Steigung über die Windewerkzeuge eingestellt wird.
  • Die zu den Werkzeugen gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine computernumerische Steuereinrichtung 180 gesteuert, die Speichereinrichtungen beinhaltet, in denen die Steuerungssoftware residiert, zu der u.a. ein NC-Steuerprogramm für die Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen gehört. Die Maschinenachsen werden in dieser Anmeldung mit Großbuchstaben A, B, C, ... Z und ggf. Ziffern (z.B. Z1) gekennzeichnet, während die Achsen des Maschinenkoordinatensystems mit Kleinbuchstaben x, y, z bezeichnet sind. Die Z-Achse (Maschinenachse) ist in der Regel nicht parallel zur z-Achse des Maschinenkoordinatensystems.
  • Die Fig. 2 zeigt die Situation im Bereich der beiden Windewerkzeuge 122, 124 im Detail. Der in Zufuhrrichtung 117 durch die Drahtführung 116 geführte Draht trifft zunächst auf eine schräggestellte Kontaktfläche K1 des ersten Windewerkzeugs 122 und wird durch den Kontakt mit dieser Kontaktfläche bogenförmig gekrümmt und nach oben in Richtung des zweiten Windewerkzeugs 124 abgedrängt. An der Kontaktfläche K2 des zweiten Windewerkzeugs wird die sich entwickelnde Federwindung nochmals seitlich abgedrängt und nimmt die gewünschte Kreisbogenform ein.
  • Die Kontaktflächen K1, K2 sind genau wie die Kontaktfläche K in Fig. 3 stirnseitig an dem jeweiligen Windewerkzeug angebracht und haben die Form einer in Längsrichtung gekrümmten Rille mit im Wesentlichen C-förmigem Querschnitt. Eine Ebene durch die Mittellinie des Rillengrunds definiert die Rillenebene. Der zugeführte Draht wird im Wesentlichen in der Rillenebene gekrümmt.
  • Die Position jedes der Windewerkzeuge ist in mehreren Richtungen mittels zugeordneter Maschinenachsen über die Steuerung der Federwindemaschine veränderbar. Eine translatorische Z1-Achse verläuft in Längsrichtung des ersten Windewerkzeugs 122 und dient der radialen Zustellung in Richtung der zu beeinflussenden Federwindung. Die dazu senkrechte X1-Achse verläuft parallel zur Achse 118 des Maschinenkoordinatensystems. Zu diesen beiden Achsen senkrecht verläuft die Y1-Achse in Querrichtung. Entsprechende Maschinenachsen Z2 (radiale Zustellung) sowie X2 und Y2 sind für das zweite Windewerkzeug 124 vorgesehen.
  • Um die Freiheitsgrade bei der Verstellung von Windewerkzeugen zu verdeutlichen, zeigt Fig. 3 anstelle der Windeeinsätze aus Fig. 1 einen Windefinger 300 mit einem zylindrischen Schaft 302, an dessen vorderer Stirnseite die rillenförmige Kontaktfläche K ausgebildet ist. Der Windefinger kann grundsätzlich im kartesischen Raum an verschiedenen Positionen positioniert werden. Der Windefinger kann parallel zu seiner Längsachse 304 mittels einer Z-Maschinenachse (Zustellachse) zugestellt werden. Die Verdrehung des Windefingers um seine Längsachse (Drehwinkel α) und eine Verkippung des Windefingers (Kippwinkel β) sind weitere Parameter, die die Parameter der zu erzeugenden Feder beeinflussen.
  • Der Begriff "Position des Windewerkzeugs" ist in dieser Anmeldung nicht auf die Position in Längsrichtung des Windewerkzeugs (verstellbar z.B. über die Z-Maschinenachse) beschränkt. Die Drehposition (Drehwinkel α) und die Kippposition (Drehwinkel β) können ggf. ebenfalls über Ansteuerung geeigneter Maschinenachsen über die Steuereinrichtung verändert bzw. eingestellt. Demensprechend kann ein Kontaktflächen-Positionsparameter nicht nur Information über die Position entlang einer linearen Zustellrichtung enthalten, sondern alternativ oder zusätzlich auch Information über die Drehposition und/oder die Kippposition.
  • Eine bisher übliche Technik bei der Einstellung eines solchen Windewerkzeugs mit Windefinger wird im Zusammenhang mit Fig. 4A erläutert. Der Windefinger wurde in der Regel in einer zylindrischen Bohrung eines Werkzeughalters 310 aufgenommen. Dabei war der Abstand A der stirnseitigen Kontaktfläche K zu einer Referenzfläche REF1 am Werkzeughalter nicht definiert. Beim Einbau konnte der Bediener mit Hilfsmitteln wie Messschieber oder Lehren dafür sorgen, dass dieser Abstand A konstant blieb bzw. richtig eingestellt wurde. Da die Kontaktfläche durch den Reibverschleiß beim Kontakt mit dem vorbeilaufenden Draht während des Federwindens allmählich verschleißt, vermindert sich im Betrieb dieses Maß zwischen der Kontaktfläche und der Referenzfläche. Damit die Feder durch diesen Verschleiß nicht im Durchmesser des Federkörpers größer wird, wurde teils manuell, teils mit Unterstützung einer Kameramessung automatisch über Betätigung der Z-Maschinenachse das Windewerkzeug nachgestellt. Durch die Nachstellung der Achse Z wurde damit auch der sich durch den Verschleiß verändernde Abstand A kompensiert. Beim Einbau eines neuen Windefingers musste die Position der Z-Achse manuell verändert werden, um zum Beispiel bei Einsetzen eines noch nicht verschlissenen Windefingers die Fertigung eines zu kleinen Federkörpers zu vermeiden.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden derartige Probleme durch eine automatische Referenzierung der Position der Kontaktfläche K vermieden. Dabei wird auf einfache Weise erreicht, die Achspositionswerte der zur Zustellung des Windewerkzeugs vorgesehenen Z-Maschinenachse und ein Referenzmaß in der Steuerung der Maschine so zu verarbeiten, dass der Bediener bei einem Wechsel der Windefinger keine Einstellung oder Justage mehr vornehmen muss (vgl. Fig. 4B).
  • Dabei wird ein Windefinger vor seinem Einbau vorgemessen. Bei der Messoperation bzw. Vermessungsoperation wird ein Referenzmaß C zwischen der Kontaktfläche K am Windefinger und einem Referenzpunkt REF2 am Windefinger ermittelt. Der Referenzpunkt kann z.B. an der der Kontaktfläche gegenüber liegenden Stirnfläche des Windefingers liegen. Das Referenzmaß C entspricht im Wesentlichen dem Abstand der Kontaktfläche zum Referenzpunkt REF, gemessen am tiefsten Punkt der gekrümmten Rille parallel zur Längsachse des Windefingers. Dieser durch Vermessen bestimmte Wert des Referenzmaßes C kann zum Beispiel als Zahlenwert gedruckt oder codiert als Bar-Code oder QR-Code oder elektronisch (USB, RFID) gemeinsam mit dem Windefinger vorgehalten und ausgeliefert werden. Bei Einbau eines neuen, vorgemessenen Windefingers kann durch Einlesen des Referenzmaßes C auf eine manuelle Einrichtung verzichtet werden, wenn das Spannsystem für den Windefinger in der Federwindemaschine den Windefinger so positioniert, dass der Referenzpunkt REF2 am Windefinger immer an der gleichen Stelle, also am gleichen Referenzort des Werkzeugträgers 310, positioniert wird. Hierfür ist im Beispielsfall ein mechanischer Anschlag 320 am Werkzeugträger 310 bzw. an der Windeplattform der Federwindemaschine vorgesehen. Die Position des Anschlags im Maschinenkoordinatensystem ist bekannt, so dass bei einem am Anschlag sitzenden Windefingers auch die Position der Kontaktfläche mithilfe des Referenzmaßes C errechnet werden kann. Eine mechanische Einstellung des Windefingers durch einen Bediener ist damit nicht mehr notwendig.
  • Wenn der Steuerung der Federwindemaschine das Referenzmaß C durch manuelle Eingabe durch den Bediener oder durch halbautomatische oder automatische Übertragung entsprechender Daten an die Steuerung mitgeteilt wird, ist es möglich, unter Nutzung der vorher gemessenen und daher bekannten Werte B und A der Einstellung des davor eingesetzten Windefingers die Achsposition Z der Maschinenachse zu ermitteln, welche die Kontaktfläche des neu eingesetzten Windefingers genau in die richtige Position Z' positioniert, die dann der Nullpunkt der Achse ist.
  • Bei der Herstellung einer Schraubendruckfeder reduziert sich das Maß C zwischen der Kontaktfläche des Windefingers und dem Referenzpunkt auf dem Windefinger durch mechanischen Reibverschleiß. Die Federwindemaschine erfasst das in der Regel bei einer Fertigung mit einem Kamerasystem über den Durchmesser des Federkörpers, welcher allmählich zunimmt. Die Zustellung des Windefingers über die Z-Achse wird über die Veränderung der Z-Position kompensiert. Beim Ausbau des Windefingers, zum Beispiel um den Windefinger gegen einen noch nicht verschlissenen Windefinger auszutauschen, kann der aktuelle Wert des Referenzmaßes C in einer Datenbank, beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Steuerung der Maschine, oder in einer zentralen Datenbank gespeichert werden. Bei Verwendung eines RFID-Chips kann der aktuelle Wert C auch auf dem RFID-Chip, welcher mit dem Windefinger verbunden ist, gespeichert werden. Wird der gebrauchte Windefinger wieder eingesetzt, wird er beispielsweise über einen Bar-Code oder einen QR-Code identifiziert. Aus der Datenbank wird dann der zuletzt abgespeicherte Wert A ausgelesen und für die weitere Steuerung verarbeitet.
  • Alternativ ist es auch möglich, dass aus einem am Windefinger befestigten RFID-Chip oder einem anderen Informationsträger der zuletzt gespeicherte A-Wert ausgelesen wird. Damit kann auch bei Verwendung von bereits gebrauchten Windefingern die Federwindemaschine in Betrieb genommen werden, ohne dass mechanische Einstellungen durch den Bediener notwendig sind.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass auch die Verdrehung des Windefingers und eine gegebenenfalls vorhandene Verkippung des Windefingers fixiert werden. Hierdurch kann ein einfacher Wechsel des Windefingers ohne Bedieneingriff noch weiter begünstigt werden. Dazu kann die Konstruktion so gewählt sein, dass der Windefinger immer in einem bezüglich des Drehwinkels α eindeutigen Wert in die Maschine eingesetzt wird. Dies kann beispielsweise durch geeignete Anschläge realisiert werden. Wenn diese Bewegungen nicht durch geeignete Maschinenachsen ausgeführt werden können, kann die Position, welche für eine Schraubendruckfeder gefunden wurde, zum Beispiel durch einen Nonius angezeigt werden. Bei einer Neueinrichtung der Federwindemaschine zur Produktion dieser Feder reicht es dann aus, den Nonius wieder auf den vorab gefundenen und gespeicherten oder auf andere Weise festgehaltenen Wert einzustellen.
  • Es kann also auf einfache Weise erreicht werden, bei einem Wechsel eines Windefingers das Referenzmaß, welches den Abstand der Kontaktfläche zu einem Referenzmaß am Windefinger beschreibt, an die Steuerung der Federwindemaschine zu übertragen. Die Maschine kann dann auf Grundlage dieses Referenzmaßes die Position der Z-Achse selbsttätig korrigieren und sichert damit die exakte Positionierung der Kontaktfläche des Windefingers an ihrer Soll-Position ab. Zusätzlich zu der x-y-z-Positionierung der Kontaktfläche im Koordinatensystem der Maschine kann vorgesehen sein, die Verkippung und/oder eine Verdrehung des Windefingers mit einer mechanischen Skala oder als Achsbewegung zu speichern. Auf diese Weise können bei der Umstellung auf einen anderen Federtyp diese Winkel bzw. entsprechende Daten übertragen werden, so dass manuelle Korrekturen gegebenenfalls nur noch als Feinkorrekturen nötig sind.
  • Es sind auch Varianten möglich, die ohne eine vorherige Vermessung eines Windefingers oder eines anderen Teils eines Windewerkzeugs eine automatische Referenzierung der Position der Kontaktfläche erlauben. Die nachfolgenden Varianten nutzen die Möglichkeiten moderner Federwindemaschinen, die über eine Maschinenachse verfügen, mit der ein Windewerkzeug in einer definierten Zustellbewegung in Richtung auf eine Federwindung unter Steuerung durch die Steuereinheit definiert zugestellt werden kann. Mithilfe einer derartigen Maschinenachse kann das Windewerkzeug exakt positioniert werden. Die für eine exakte Positionierung erforderlichen Informationen liegen jedoch beispielsweise nach dem Ausbau eines Windewerkzeugs oder nach Veränderungen der Gesamtlänge des Windewerkzeugs, beispielsweise durch Nachschleifen oder Anpassen der Geometrie im Bereich der vorderen Kontaktfläche, nicht mehr vor.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein automatisches Referenzierungssystem vorgesehen, mit dessen Hilfe auch unter diesen Bedingungen eine schnelle, exakte und wiederholgenaue Werkzeugpositionierung beim Einrichten nach einem Werkzeugwechsel oder bei einem Neueinrichten möglich ist. Hierbei wird bei der Federwindemaschine aus Fig. 1 und 2 genutzt, dass für die Zustellbewegung des ersten Windewerkzeugs 122 in der Z1-Richtung eine Z1-Maschinenachse und für die Zustellbewegung des zweiten Windewerkzeugs 124 parallel zur Z2-Zustellrichtung eine Z2-Maschinenachse vorgesehen ist. Die zugehörigen Antriebe M1 und M2 dieser Maschinenachsen werden über die Steuereinrichtung 180 gesteuert.
  • Zunächst erfolgt der Einbau eines Windewerkzeugs an der Federwindemaschine. Beispielsweise kann ein Windefinger in eine Windefingeraufnahme oder ein Windeeinsatz an einem Windeeinsatzhalter der Federwindemaschine eingesetzt und in dieser Aufnahme fixiert werden. Beispielsweise sei hier das Vorgehen beim ersten Windewerkzeug 122 in Fig. 2 näher erläutert.
  • Nach dem Einbauen des Werkzeugs wird durch Betätigen des zugehörigen Antriebs M1 der Z1-Maschinenachse eine Anfahroperation eingeleitet, bei der das Windewerkzeug in einer Zustellrichtung (Z1-Richtung) auf eine Federwindung FW zugestellt wird. Eine Besonderheit besteht nun darin, dass für diese Anfahroperationen das Motormoment des ersten Antriebs M1 bzw. die damit korrelierende Stromaufnahme durch Anpassung von Eingabeparametern auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt wird. Beim Verfahren des Windewerkzeugs über die Z1-Achse in Richtung des Drahts bzw. des Dornmittelpunkts erreicht das Windewerkzeug dann eine Kontaktposition, in der die stirnseitige Kontaktfläche K1 des Windewerkzeugs auf die Außenseite des Drahts der Federwindung trifft. Beim Versuch einer weiteren Zustellung bringt der Draht dem Motor der Maschinenachse des Windewerkzeugs eine Kraft bzw. einen Widerstand entgegen. Dieser Widerstand führt dazu, dass für eine weitere Zustellung des Windewerkzeugs in die Zustellrichtung, d.h. für ein weiteres Verfahren der zugehörigen Z1-Maschinenachse, eine höhere Kraft bzw. ein höheres Drehmoment oder eine höhere Stromaufnahme des Antriebsmotors M1 zur Realisierung des Achsverfahrwegs erforderlich ist. Die Einstellung des Grenzwerts für das Motordrehmoment ist nun so getroffen, dass bei einem gewissen geringen Widerstand der zulässige Grenzwert für die Stromaufnahme bzw. das Drehmoment der Achse überschritten wird, so dass die Maschinenachse stehenbleibt. Damit ist ein definierter Anfangskontakt hergestellt. Der zu dieser Kontaktposition gehörende Achsparameter der Maschinenachse oder ein daraus abgeleiteter Parameter wird dann als Kontaktflächen-Positionsparameter in die Steuerung der Federwindemaschine übernommen, so dass die automatische Referenzierung abgeschlossen ist. Jede weitere Zustellung des Windewerkzeugs über die Z1-Maschinenachse bis in eine Soll-Position der Kontaktfläche kann dann in Abhängigkeit von dem Kontaktflächen-Positionsparameter gesteuert werden.
  • Eine alternative Ausführungsform der Realisierung einer automatischen Referenzierung wird anhand von Fig. 5 beschrieben. Dabei erfolgt eine Referenzierung der Windewerkzeuge über eine optische Drahtkrümmungserkennung bzw. über das Erfassen von Bewegungen berührter Drahtabschnitte bzw. Federwindungsabschnitte beim Zustellen eines Windewerkzeugs. Hierzu hat die zugehörige Ausführungsform einer Federwindemaschine eine in Fig. 2 nur schematisch dargestellte Kamera KAM, die in der Weise auf mindestens eine Federwindung gerichtet ist, dass eventuelle Bewegungen der Federwindung, die mit einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Krümmungsradius verbunden sind, präzise und zuverlässig qualitativ und quantitativ erfasst werden können. Es kann sich um eine Zeilenkamera oder um eine Flächenkamera handeln. Die Kamera ist bei dem Ausführungsbeispiel so ausgerichtet, dass sie frontal, also im Wesentlichen parallel zur Achse 118 der Federwindemaschine, auf die Windesituation in der Weise gerichtet ist, dass eine den Windewerkzeugen zugewandte Halbwindung FW und die beiden drahtberührenden Windewerkzeuge innerhalb des zweidimensionalen Bildfeldes BF liegen (vgl. Fig. 5A oder 6A).
  • In Fig. 5A, 5B wird die Ermittlung der Kontaktpositionen für das unten angeordnete erste Windewerkzeug 122 beschrieben, mit dem der Draht zunächst in Kontakt tritt. Die Fig. 5C und 5D zeigen die Ermittlung der Kontaktpositionen für das obere zweite Windewerkzeug 124.
  • Nach Einbau und Fixierung der Windewerkzeuge an den entsprechenden Werkzeughaltern werden automatische Anfahroperationen für beide Windewerkzeuge nacheinander durchgeführt. Zunächst fährt das untere erste Windewerkzeug 122 im Kriechgang, d.h. bei geringem Motordrehmoment, in Richtung auf die Halbwindung FW zu. Der Pfeil ZU gibt hier die Zustellrichtung an, die (für beide Windewerkzeuge) unter 65° zur Horizontalen (Drahtzufuhrrichtung) verläuft. Diese Zustellrichtung kann auch beim schematischen Beispiel von Fig. 2 vorgesehen sein. Diese Bewegung wird durch die frontal auf die Halbwindung gerichtete Kamera KAM erfasst. Sobald die stirnseitige Kontaktfläche K1 des Windewerkzeugs den Draht berührt und das Windewerkzeug geringfügig weiter zugestellt wird, wird die Halbwindung nach innen gekrümmt (gestrichelte Linien). Diese Bewegung wird durch die Kamera erfasst. Beim ersten Erkennen einer signifikanten Bewegung des Drahts wird ein Stoppsignal an die Steuerung übertragen. Diese stoppt die zugehörige CNC-Maschinenachse und deren Position wird gespeichert.
  • Danach fährt die CNC-Achse noch um den Betrag der elastischen Auffederung AF der Halbwindung vor und steht dann in der exakten Position für den zu windenden Federdurchmesser (Fig. 5B).
  • Derjenige Teil der Federwindung, welcher sich jenseits des ersten Windewerkzeugs 122 befindet und vor dem zweiten Windewerkzeug 124 vorbeiläuft, ist in dieser Situation noch mechanisch entspannt. Eine entsprechende Anfahroperation wird dann über Betätigung des zweiten Antriebs M2 vom oberen zweiten Windewerkzeug 124 durchgeführt. Auch hier macht sich das Auftreffen der Kontaktfläche des Windewerkzeugs am Draht durch eine nach innen gerichtete Bewegung der Restwindung bemerkbar, welche von der Kamera erfasst wird (Fig. 5C). Sobald eine Bewegung erkannt wird, stoppt die Z2-Maschine und ihre Position wird gespeichert. Nun fährt die Z2-Maschinenachse noch um den Betrag der elastischen Auffederung der Restwindung vor und steht dann exakt in der für den Federwindeprozess vorgesehenen Soll-Position (Fig. 5D). In dieser Situation ist auch die jenseits des ersten Windewerkzeugs 122 liegende Halbwindung gespannt und der Draht nimmt eine halbkreisförmige Krümmung an..
  • Die Bewegung des Drahts bzw. der Halbwindung wird jeweils an einem Messpunkt MP direkt am Ende der Drahtrille, d.h. am austrittsseitigen Ende der Kontaktfläche, gemessen, also in der Nähe desjenigen Punkts, an welchem der Draht das jeweilige Windewerkzeug verlässt. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch besonders präzise reproduzierbare Einstellungen der Federgeometrie möglich sind.
  • Der Betrag der elastischen Auffederung, d.h. der Auffederweg, wird bei dieser Verfahrensvariante vor dem Ausbau der alten, vorher verwendeten Windewerkzeuge durchgeführt. Das Vorgehen wird anhand von Fig. 6 erläutert. Dazu wird vor dem Ausbau der alten Windewerkzeuge die Stellung der eingespannten Halbwindung durch die Kamera erfasst. Dann fährt die CNC-Maschinenachse mit dem zugehörigen Windewerkzeug solange zurück, bis keine Auffederungsbewegung durch die Kamera mehr erkannt wird. Der Differenzweg AF zwischen der Soll-Position des Windewerkzeugs beim Federwinden und derjenigen zurückgezogenen Position, in welcher der vom zurückfahrenden Windewerkzeug gespannte Windungsabschnitt gerade voll entspannt ist, wird als Betrag der elastischen Auffederung in einem Speicher der Steuerung gespeichert.
  • Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Betrag der elastischen Auffederung bei Bedarf für jedes Windewerkzeug separat ermittelt. Bei der Situation in Fig. 6A sind beide Windewerkzeuge noch in der innenliegenden Sollposition und die Halbwindung FW ist kreisbogenförmig gespannt. Fig. 6B zeigt die Situation nach Zurückziehen des oberen Windewerkzeugs in der Stellung, bei der die Restwindung voll entspannt ist. Der Betrag der elastischen Aufweitung ist die in Zustellrichtung ( Z2-Richtung) gemessene Differenz der Position der Seele des Drahts im voll gespannten Zustand (gestrichelt) und im gerade entspannten Zustand. In dieser Situation ist der Windungsanfang nahe dem unteren ersten Windewerkzeug 122 noch gespannt. Danach wird eine entsprechende Operation mit dem unteren Windewerkzeug durchgeführt, indem das untere Windewerkzeug zurückgezogen und der zugehörige Betrag der elastischen Auffederung in analoger Weise ermittelt wird.
  • Einige Aspekte der Erfindung wurden am Beispiel der automatischen Referenzierung derjenigen Windewerkzeuge erläutert, die den Durchmesser der Federwindungen wesentlich bestimmen. Derartige Windewerkzeuge können in manchen Fällen über die Drehstellung auch die Steigung und/oder Vorspannung einer Feder vorgeben. Die Erfindung kann auch genutzt werden, um die Position eines Steigungswerkzeugs zu referenzieren, welches gesondert von den zur Durchmesservorgabe vorgesehenen Windewerkzeugen vorgesehen ist (z.B. Steigungswerkzeug 130 in Fig. 1). Solche beim Federwinden genutzten Steigungswerkzeuge sind insoweit auch als Windewerkzeuge im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen. Auch diese können mit Hilfe entsprechender automatischer Referenzierung automatisch positioniert werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern (F) durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine (100), worin ein Draht (115) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm durch eine Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung (120) der Federwindemaschine zugeführt, mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt und eine fertiggestellte Schraubenfeder anschließend mittels einer Schnitteinrichtung von dem zugeführten Draht abgetrennt wird,
    wobei die Umformwerkzeuge mindestens ein Windewerkzeug (122, 124) mit einer zum Kontakt mit dem zugeführten Draht vorgesehenen Kontaktfläche (K, K1, K2) umfassen und das Windewerkzeug vor einer Federherstellung in einer Einstelloperation eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    während der Einstelloperation eine automatische Referenzierung einer Position des Windewerkzeugs durchgeführt wird, wobei mindestens ein die Position der Kontaktfläche (K, K1, K2) repräsentierender Kontaktflächen-Positionsparameter ermittelt und automatisch an die Steuereinrichtung (180) der Federwindemaschine (100) übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windewerkzeug (122, 124) bei der automatischen Referenzierung durch Betätigen mindestens eines Antriebs (M1, M2) einer Maschinenachse in einer Anfahroperation in einer Zustellrichtung auf eine Federwindung(FW) bis in eine Kontaktposition zugestellt wird, in der ein vorab definierter Anfangskontakt mit der Federwindung (FW) vorliegt, und dass ein zu der Kontaktposition gehörender Achsparameter der Maschinenachse oder ein daraus abgeleiteter Parameter als Kontaktflächen-Positionsparameter an die Steuereinheit (180) der Federwindemaschine (100) übertragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Zustellung des Windewerkzeugs (122, 124) bis in eine Sollposition der Kontaktfläche in Abhängigkeit von dem Kontaktflächen-Positionsparameter gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen der Anfahroperation eine Zustellkraft des Antriebs (M1, M2) auf einen Grenzwert begrenzt wird, der derart ausgelegt ist, dass der Antrieb stoppt, wenn der definierte Anfangskontakt erreicht ist, wobei vorzugsweise ein Grenzwert für das Motordrehmoment und/oder die Stromaufnahme des Antriebs so eingestellt wird, dass bei einem vorgegebenen Widerstand der Federwindung (FW) der eingestellte Grenzwert überschritten wird, so dass die Maschinenachse stehenbleibt, wodurch ein definierter Anfangskontakt hergestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der Kontaktposition mittels einer optischen Erfassungseinrichtung optisch erfasst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der Kontaktposition mittels eines Bewegungssensors, insbesondere einer Kamera (KAM), erfasst wird, der eine Bewegung eines mit der Kontaktfläche des Windewerkzeugs (122, 124) in Kontakt tretenden Federabschnitts erfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windewerkzeug (122, 124) nach Erreichen der Kontaktposition um einen weiteren Zustellweg in Zustellrichtung zugestellt wird, wobei der weitere Zustellweg einem Betrag einer elastischen Auffederung einer Federwindung (FW) zwischen einer Sollposition der Federwindung beim Federwinden und einer entspannten Position der Federwindung in Abwesenheit einer durch ein Windewerkzeug erzeugten, die Federwindung zusammendrückenden Seitenkraft entspricht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der elastischen Auffederung nach einer vorangegangenen Federwindeoperation ermittelt wird, indem eine erste Position einer Federwindung (FW) bei einem in Sollposition stehenden Windewerkzeug (122, 124) und eine zweite Position der Federwindung nach Zurückziehen des Windewerkzeugs ermittelt und der Betrag der elastischen Auffederung aus einer Differenz der ersten und der zweiten Position berechnet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Einbau an der Federwindemaschine (100) vorgeschalteten Vermessungsoperation an dem Windewerkzeug (122, 124) ein Abstand zwischen der Kontaktfläche und einem definierten Referenzpunkt (REF) des Windewerkzeugs gemessen wird,
    ein dem Abstand entsprechendes Referenzmaß (c) mit einem Bezug auf das vermessene Windewerkzeug aufgezeichnet wird,
    beim Einsetzen des Windewerkzeugs in einen Werkzeughalter der Federwindemaschine der Referenzpunkt (REF) an einem Referenzort des Werkzeughalters positioniert wird und
    der Kontaktflächen-Positionsparameter aus der Position des Referenzorts und dem Referenzmaß ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmaß (c) in einem Informationsträger des Windewerkzeugs aufgezeichnet wird.
  11. Federwindemaschine (100) zur Herstellung von Schraubenfedern (F) durch Federwinden umfassend:
    eine Zuführeinrichtung (110) zum Zuführen von Draht (115) zu einer Umformeinrichtung (120), die mindestens ein Windewerkzeug (122, 124) aufweist, welches eine zum Kontakt mit dem zugeführten Draht vorgesehene Kontaktfläche (K, K1, K2) umfasst, wobei das Windewerkzeug vor einer Federherstellung in einer Einstelloperation einstellbar ist, und
    eine Steuereinrichtung (180) zur Steuerung der Zuführeinrichtung und der Umformeinrichtung auf Basis eines NC-Steuerprogramms,
    gekennzeichnet durch,
    ein Referenzierungssystem zur automatischen Referenzierung der Position des Windewerkzeugs, wobei das Referenzierungssystem derart konfiguriert ist, dass bei der Einstelloperation mindestens ein die Position der Kontaktfläche repräsentierender Kontaktflächen-Positionsparameter ermittelbar und automatisch an die Steuereinrichtung (180) der Federwindemaschine übertragbar ist.
  12. Federwindemaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwindemaschine (100) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 konfiguriert ist.
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