Draht und Rohr optimal gebogen

Technik

iQ-smartbend, eine patentierte, preisgekrönte Softwarelösung, wurde von Wafios, Reutlingen, zur Optimierung von Biegeprozessen für Draht und Rohr entwickelt.

29. August 2016

Das Phänomen von Schwingungen begegnet uns im Alltag in nahezu allen Lebensbereichen, sowohl als unerwünschter bis bedrohlicher Effekt als auch als gewolltes Ereignis zum Beispiel aufgrund bewussten Einwirkens. Im ersten Fall wird versucht, mittels Einflussnahme Schwingungen zu absorbieren (zumindest zu minimieren) beziehungsweise zu erzeugen (oder zu verstärken). Das Pendel einer Standuhr oder das Ausschwingen des Sessels im Kettenkarussel sind Beispiele für gesteuerte, angeregte Schwingungen.

Ein Beispiel für die Absorption sind Tilgerpendel, die in Hochhäusern eingesetzt werden. Die Pendel fangen insbesondere die von Wind, aber auch von Erdstößen oder menschlichen Einflüssen erzeugten Gebäudeschwingungen auf und verhindern deren Aufschaukeln (Taipeh Tower mit rund 500 Meter). Die Pendel erfüllen dabei einen Doppeleffekt sowohl für die Gebäudesicherheit als auch für den Wohnkomfort. Ein anderes Beispiel ist der Baukran. Um über einen Kranausleger die Last punktgenau zu positionieren, ist ein Ausgleich der Eigenschwingung von Ausleger, Seil und Last erforderlich. Analog wird bei der Abrissbirne eine kontrollierte und gesteuerte Schwingbewegung erzeugt.

Während die Minimierung oder Absorption von Schwingungen beim Tilgerpendel, der Abrissbirne oder dem Kran über analytische Berechnungen und Regelysteme realisierbar ist, unterliegen Schwingungen an einer CNC-Maschine zu vielen Einflussfaktoren, die Verfahren dieser Art ausschließen.

Beim Umformen von langen Draht- und Rohrbiegeteilen treten prozessbedingt häufig starke Schwingungen auf. Dies hat zur Folge, dass die geforderte Qualität meist nur dadurch erreicht werden kann, dass jeder einzelne Biegeschritt manuell angepasst (verlangsamt) wird. Dieses Vorgehen ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Die Rentabilität von Drahtbiegemaschinen wird in der Regel anhand klassischer Kriterien wie Flexibilität, Stückleistung und Qualität bemessen.

Häufig ist der limitierende Faktor jedoch nicht die Maschine, sondern die Geometrie des Biegeteils. Bei langen Biegeteilen mit schlanken Geometrien können starke Schwingungen auftreten, da nach jedem Biegeschritt prozessbedingt mehr Masse des Biegeteils frei in der Luft steht. Diese Schwingungen können nicht nur unerwünschte Verformungen an bereits gebogenen Drahtbereichen verursachen, sondern bei zu starken Ausschlägen dazu führen, dass der Draht aus dem nach oben geöffneten Werkzeug springt.

Um die erforderliche Stabilität beim Biegeprozess zu erreichen, hat der Maschinenbediener nur zwei Optionen, entweder die Arbeitsgeschwindigkeit zu reduzieren oder Wartezeiten einzufügen. Beide Maßnahmen wirken sich jedoch negativ auf die Stückleistung der Maschine aus. Bisher ist keine Lösung in der Draht- und Rohrverarbeitung bekannt, bei der die Eigenschwingungen des Biegeteils durch eine direkte Kopplung zwischen Produktionsmaschine und Rechner mit Optimierungsalgorithmus automatisch reduziert oder sogar beseitigt werden kann.

Beispiele für solche Biegeteile sind im Drahtbereich Strukturteile für Autositze, Ölmessstäbe, Motorhaubenhalterungen und im Rohrbereich dünne Fluidleitungen aller Art wie Brems- und Ölleitungen in Fahrzeugen.

Um die Produktionsleistung der Maschinen bei mindestens gleichbleibender Qualität zu maximieren, entwickelte Wafios mit IQ-Smartbend ein Verfahren, das die Achsverfahrwege so optimiert, dass die Schwingungen signifikant minimiert werden.

Über einen Button im Wafios-Programmiersystem Easyway wird die IQ-Smartbend-Optimierung gestartet. Die Teilegeometrie sowie Maschinen- und Materialparameter werden online mittels VPN nach Reutlingen zu Wafios an das Cluster-Zentrum übertragen.

Das empfangene Datenpaket löst einen automatischen (Optimierungs-) Programmablauf aus. Dieser Algorithmus erzeugt eine Anzahl an Parametersätzen, die die verschiedenen möglichen Verfahrbewegungen der Achsen definieren. Das Cluster definiert den Prozessschritt und speichert die Schwingungen nach Prozessende. Der Optimierungsalgorithmus wertet die Ergebnisse aus, um möglichst effizient Parameter für den nächsten Rechenlauf festzulegen.

Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis ein geometrieabhängiges Abbruchkriterium erreicht wird. Nach der Optimierung sämtlicher Schritte im Biegeprozess wählt der Algorithmus denjenigen Parametersatz aus, der hinsichtlich Dauer und Restschwingung das beste Ergebnis erzielt. Die Daten werden anschließend automatisch zurück an die Maschine gesendet und direkt an das Steuerungsprogramm Wafios-Easyway übertragen. Der gesamte Berechnungsvorgang verläuft in wenigen Minuten.

IQ-Smartbend ermöglicht durch die Reduktion von Drahtschwingungen im Prozess eine Steigerung der Qualität und Ausbringungsleistung und bietet eine direkte Kopplung von Produktionsmaschine und Optimierungsalgorithmus.

Mit Hilfe von IQ-Smartbend kann also das Schwingungsverhalten der Biegeteile aktiv reduziert werden und die Ausbringungsleistung dank höherer Biegegeschwindigkeit gesteigert werden. Der Grundgedanke ist dabei, dass das Werkzeug während des Biegevorgangs das Bauteil dämpft oder anregt, um zum Endzeitpunkt ein möglichst geringes Maß an Restschwingungen zu ermöglichen. Werkzeugbewegungsprofile werden virtuell automatisch optimiert und auf die Steuerung Wafios-Easyway übertragen.

Das Ergebnis ist ein NC-Programm für die aktive Schwingungsreduktion. Für jeden Prozessschritt werden von der Software unter Berücksichtigung der Materialkennwerte NC-Parameter vorausgewählt. Die wichtigsten Vorteile:

• Der Nutzen für den Anwender ist vordergründig in der massiven Zeitersparnis durch den Wegfall langer Rüstzeiten und damit einhergehend der höheren Maschinenverfügbarkeit zu sehen. Die Online-Schnittstelle zur Wafios AG ermöglicht eine automatische Optimierung durch das Wafios-Cluster innerhalb weniger Minuten.

• Die Steigerung der Ausbringungsleistung ist die logische Folge von optimiertem Biegeprozess, Wegfall von Rüstzeit und Reduzierung von Ausschuss. Diese Steigerung kann sich in Abhängigkeit vom Biegeteil im oberen zweistelligen Prozentbereich (

• Desweiteren sinken die Qualifikationsanforderungen an den Bediener, da der Handling-Aufwand minimiert wird. Der Bediener richtet das Biegeteil ausschließlich hinsichtlich Werkzeugverfahrwegen, Kollision und Geometrie ein. Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte im NC-Programm werden automatisch generiert.

• Für die jeweilige Losgröße verringert sich die Anzahl der Produktionsmaschinen und der benötigten Stellfläche.

• Unterschiedliche Zielvorgaben im Fertigungsverbund entsprechend der jeweiligen Anforderung an das Biegeteil. Es kann die Ausbringungsleistung, die Teilequalität in Bezug auf die Maßhaltigkeit oder ein Best-fit aus Ausbringungsleistung und Teilequalität als Zielgöße, die dem Optimierungsalgorithmus vorgegeben wird, gewählt werden.

• Selbstlernendes System: Aus der Datenbank können auch Erfahrungswerte für optimierte Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte abgeleitet werden. Diese Erfahrungswerte können zu einem selbstlernenden System des Optimierungsalgorithmus weiterentwickelt werden.

Wafios bietet mit IQ-Smartbend ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Maschinenparameter für den Biegeablauf, die direkt an die Maschinensteuerung Wafios-Easyway übertragen werden.

Erschienen in Ausgabe: 05/2016