Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Profilrollmaschine mit zwei zumindest ungefähr parallelen Rollspindeln, wie sie im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert ist.
Profilrollmaschinen dienen zum Umformen der Mantelfläche rotationssymetrischer Werkstücke und werden z.B. zum Rollen von Gewinden, Schneckenprofilen, Verzahnungen, Rändeln und Kordeln sowie zum Glattwalzen eingesetzt. Bekannte Profilrollmaschinen der hier interessierenden Art umfassen zwei zumindest ungefähr parallele Rollspindeln mit je einem Rollkopf zur Bearbeitung eines zwischen den Rollköpfen angeordneten Werkstücks und setzen zum Gewinderollen entweder das so genannte Einstechverfahren, das Durchlaufverfahren oder das kombinierte Verfahren ein.
Beim Einstechverfahren besitzt das auf die Rollköpfe geschliffene Profil den gleichen Steigungswinkel wie das Werkstück. Während des Rollvorgangs bleibt das Werkstück axial ruhig; es besteht daher auch die Möglichkeit, bis an einen Bund zu rollen. Dieses Verfahren ist sehr genau und deshalb zur Herstellung von Präzisionsgewinden jeder Art gut geeignet.
Beim Durchlaufverfahren besitzen die Rollköpfe am Umfang steigungslose Rillen, deren Querschnittsform dem zu rollenden Profil entspricht. Die Rollspindeln mit den Rollköpfen werden in den Flankensteigungswinkel des Werkstücks eingeschwenkt, sodass sich beim Rollvorgang das Werkstück bei einer vollen Umdrehung um eine Steigung axial verschiebt.
Das kombinierte Verfahren ist eine Verbindung zwischen Einstech- und Durchlaufverfahren. Die Rollköpfe weisen einen Steigungswinkel auf, der kleiner ist als derjenige des Werkstücks. Die dabei entstehende Winkelabweichung wird durch Schwenken der Rollspindeln ausgeglichen. Dadurch wird erreicht, dass das Werkstück einen axialen Vorschub erhält, der jedoch kleiner ist als beim normalen Durchlaufverfahren.
Bei allen diesen Verfahren hat beim Bearbeiten eines Werkstücks dieses die Tendenz, die beiden Rollspindeln auseinander zu drücken. Diese nach aussen wirkenden Rollkräfte sollten von der Profilrollmaschine so weit wie möglich aufgefangen werden, um ein Auseinanderdriften der Rollspindeln und damit Fertigungsungenauigkeiten möglichst zu verhindern.
Von der Rollwalztechnik< TM > Abele und Höltich GmbH, Engen/Deutschland, ist eine Profilrollmaschine mit der Bezeichnung RWT 20 X CNC/AC bekannt, bei der zum Auffangen der nach aussen wirkenden Rollkräfte ein Kraftrahmen vorgesehen ist. Der Kraftrahmen umfasst zwei Jochplatten und vier die Jochplatten verbindende, je in einem Zugankerrohr angeordnete Zuganker. Die beiden Jochplatten sind auf einem Maschinenbett fest angebracht. Eine der beiden Rollspindeln wird direkt von der ersten Jochplatte getragen, während die andere an einem Schlitten gelagert ist, der von den vier Zugankerrohren geführt wird. Mittels eines an der zweiten Jochplatte befestigten Hydraulikzylinders kann die am Schlitten gelagerte Rollspindel in Richtung der anderen gestossen werden.
Diese Profilrollmaschine weist den Nachteil auf, dass die während der Bearbeitung eines Werkstücks auftretenden Rollkräfte die beiden Jochplatten des Kraftrahmens um eine kleine Strecke auseinander drücken können und zudem das Maschinenbett über die Jochplatten den Rollkräften ausgesetzt ist. Das Maschinenbett kann daher unter anderem nicht als präzise Messbasis für die Bestimmung der Positionen der Rollköpfe für allfällige kompensatorische Positionsverstellungen des einen Rollkopfs mittels des Hydraulikzylinders verwendet werden.
Angesichts der bei den bisher bekannten Profilrollmaschinen, insbesondere auch der oben beschriebenen RWT 20 X CNC/AC, durch die Rollkräfte verursachten Probleme, liegt der Erfindung die folgende Aufgabe zu Grunde. Zu schaffen ist eine Profilrollmaschine der eingangs erwähnten Art, bei der im Wesentlichen alle Rollkräfte vom Kraftrahmen neutralisiert werden.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Profilrollmaschine gelöst, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einer Profilrollmaschine mit zwei zumindest ungefähr parallelen Rollspindeln, die je einen Rollkopf zur Bearbeitung eines Werkstücks aufweisen, und Mitteln zum Stossen einer der Rollspindeln in Richtung der anderen, ein Kraftrahmen auf einem Maschinenbett so in Rollspindelstossrichtung mindestens teilweise beweglich angeordnet ist, dass auf dieses im Wesentlichen keine Stoss- und Rollkräfte übertragen werden. Der Kraftrahmen umfasst zwei Jochplatten und mindestens zwei die Jochplatten verbindende, je in einem Zugankerrohr angeordnete Zuganker. Die Mittel zum Stossen einer der Rollspindeln in Richtung der anderen sind teilweise an einer der Jochplatten befestigt oder abgestützt.
Durch die prinzipiell bewegliche Anordnung des Kraftrahmens auf dem Maschinenbett ist gewährleistet, dass im Wesentlichen alle Rollkräfte vom Kraftrahmen neutralisiert werden. Dies schafft unter anderem die Möglichkeit, das Maschinenbett als stabile Messbasis für die Bestimmung der Positionen der Rollköpfe zu verwenden.
Vorzugsweise ist der Kraftrahmen nur an einer Stelle fest mit dem Maschinenbett verbunden. Auf diese Art ist der Kraftrahmen auf dem Maschinenbett verankert, aber trotzdem in Rollspindelstossrichtung beweglich.
Mit Vorteil ist eine Rollspindel bzw. sind beide Rollspindeln von einem Schlitten getragen, der bzw. die auf dem Maschinenbett abgestützt und geführt ist bzw. sind. Auf Grund der Stabilität des Maschinenbetts wird der bzw. werden die Schlitten vergleichsweise präzise geführt. Dadurch können unnötige Fertigungsungenauigkeiten vermieden werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Profilrollmaschine weist eine auf dem Maschinenbett angeordnete Längenmesseinrichtung auf, mit der die Position des oder der Schlitten bezüglich des Maschinenbetts messbar ist, sowie vorteilhafterweise eine Steuerung, die die Mittel zum Stossen einer der Rollspindeln in Richtung der anderen in Funktion der Messergebnisse der Längenmesseinrichtung so steuert, dass eine allfällige Längendehnung des Kraftrahmens kompensiert wird. Die Auswirkungen der Rollkräfte auf die Positionen der Rollköpfe können auf diese Weise vollständig neutralisiert und Fertigungsungenauigkeiten vermieden werden.
Vorzugsweise ist der Kraftrahmen derart vorgespannt, dass die Zuganker unter Zug und die Zugankerrohre unter Druck stehen. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks entlasten die auftretenden Rollkräfte die Zugankerrohre und belasten die Zuganker. Die Vorspannungskraft sollte grösser sein als die maximalen Rollkräfte, damit die Jochplatten zu keinem Zeitpunkt von den Zugankerrohren abheben. Dank dieser Vorspannung kann die von den Rollkräften bewirkte Längenausdehnung des Kraftrahmens erheblich reduziert werden. Ausserdem erfolgt die Loslösung der Rollköpfe vom Werkstück beim Zurückfahren der Rollspindel oder -spindeln schneller als bei nicht vorgespanntem Kraftrahmen.
Im Folgenden wird die erfindungsgemässe Profilrollmaschine unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels detaillierter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemässen Profilrollmaschine, wobei gewisse Maschinenteile und -verschalungen aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen wurden;
Fig. 2 den Werkzeugteil der Profilrollmaschine von Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht von vorne;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Werkzeugteil der Profilrollmaschine von Fig. 1, wobei gewisse Teile strichpunktiert dargestellt sind oder weggelassen wurden, und
Fig. 4 einen Schnitt durch den Werkzeugteil der Profilrollmaschine von Fig. 1 gemäss der Linie I-I in Fig. 2, wobei gewisse Teile strichpunktiert dargestellt sind.
Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Profilrollmaschine umfasst ein auf ein Gestell 7 montiertes, verwindungssteifes, gegossenes Maschinenbett 3, auf das vier vorgespannte Führungsschienen 31-34 für zwei Schlitten 4, 40 geschraubt sind. Die beiden Schlitten 4, 40 stützen sich über je drei Füsse 41-43 bzw. 441-443 auf den Führungsschienen 31-34 ab, sind entlang dieser verschiebbar und tragen über Rollspindellagerungen 13 bzw. 14 je eine Rollspindel 1 bzw. 10. Die Rollspindeln 1, 10 weisen zur Bearbeitung eines Werkstücks je einen Rollkopf 11 bzw. 12 mit einem geeigneten Profil auf. Zum Halten des Werkstücks dient eine nicht gezeichnete, auf dem Maschinenbett 3 angeordnete Werkstückhalterung.
Das Maschinenbett 3 trägt des Weiteren einen Kraftrahmen 2 mit zwei Jochplatten 21, 22 und zwei die Jochplatten 21, 22 verbindenden, je in einem Zugankerrohr 25, 26 angeordneten Zugankern 23, 24. Der Kraftrahmen 2 ist nach innen vorgespannt, wobei die Zuganker 23, 24 unter Zug und die Zugankerrohre 25, 26 unter Druck stehen, und über den Zuganker 24 und das Zugankerrohr 26 mittels Schrauben 27 nur an einer Stelle fest mit dem Maschinenbett 3 verbunden. Dadurch ist der Kraftrahmen 2 gegenüber dem Maschinenbett 3 in Zugankerlängsrichtung, die der Schlittenverschiebungsrichtung und damit der Rollspindelstossrichtung entspricht, bis auf diese eine Stelle prinzipiell beweglich.
Die beiden Enden des Zugankerrohrs 26 sind ausserdem je von einer am Maschinenbett 3 angebrachten Lagerung 6 bzw. 60 geführt und weisen einen im Vergleich zum mittleren Teil des Zugankerrohrs 26 kleineren Durchmesser auf.
Der Kraftrahmen 2 ist so auf dem Maschinenbett 3 angeordnet, dass die beiden Zugankerrohre 25, 26 Raum lassen für ein Beschicken des Werkstückbearbeitungsbereichs mit Werkstücken sowohl von vorne als auch von oben bzw. das Anbrin gen von horizontalen und vertikalen Beschickungseinrichtungen.
Für das Stossen des Schlittens 40 mit der Rollspindel 10 in Richtung der Rollspindel 1 ist an der Jochplatte 22 ein Hydraulikzylinder 5 mit einem Zylinderkolben 50 angebracht. Der Zylinderkolben 50 ist mit dem Schlitten 4 fest verbunden und stösst diesen von der Jochplatte 22 weg oder zieht ihn zu dieser hin, je nachdem, ob dem Hydraulikzylinder 5 Hydrauliköl zugeführt oder entnommen wird. Der Schlitten 4 ist über ein Distanzstück 44 fest mit der Jochplatte 21 verbunden.
Der Hydraulikzylinder 5 wird von einem in einem Antriebsblock 8 angeordneten Hydraulikaggregat betrieben, das eine geregelte Hochdruck/Niederdruck-Innenzahnradpumpe 81, Druckbegrenzungsventile, Ventilatoren, einen Thermostat, einen Nebenstromkühler und eine Nebenstrompumpe 82 aufweist. Im Antriebsblock 8 ist ausserdem ein stufenlos regelbarer Antrieb für die beiden Rollspindeln 1, 10 angeordnet, wobei Riemen 83, 84 und Wellen 85-88 zur Kraftübertragung dienen. In Fig. 1 nicht dargestellt sind Gelenkwellen zwischen der Rollspindel 1 und der Welle 86 sowie der Rollspindel 10 und der Welle 88. Diese ermöglichen ein seitliches Verschieben sowie für das Durchlaufverfahren ein Schwenken der Rollspindeln 1, 10.
Die Steuerung der Profilrollmaschine ist in einem Steuerschrank 9 mit integriertem Klimagerät angeordnet und umfasst eine Steuerung mit Verstärker für den stufenlos regelbaren Antrieb und das Hydraulikaggregat sowie eine speicherprogrammierbare Steuerung, die für einen sicherheitskonformen Ablauf des Rollvorgangs sorgt und über genügend Kapazität für eine eventuelle Integration der Profilrollmaschine in einen automatischen Fertigungsprozess verfügt.
Die Bedienung der Profilrollmaschine erfolgt über ein nicht dargestelltes Bedienfeld.
Zu der vorbeschriebenen erfindungsgemässen Profilrollmaschine sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich erwähnt sei noch, dass die Rollspindeln 1 und 10 anstatt mit einem einzigen stufenlos regelbaren Antrieb über Riemen auch auf eine andere Weise angetrieben werden können, z.B. mit zwei elektronisch gesteuerten AC-Servomotoren.
The present invention relates to a profile rolling machine with two at least approximately parallel rolling spindles, as defined in the preamble of independent claim 1.
Profile rolling machines are used to form the outer surface of rotationally symmetrical workpieces and are e.g. used for rolling threads, screw profiles, gears, knurls and cords as well as for smooth rolling. Known profile rolling machines of the type of interest here comprise two at least approximately parallel rolling spindles, each with a rolling head for machining a workpiece arranged between the rolling heads, and use either the so-called plunge-cut method, the continuous method or the combined method for thread rolling.
In the grooving process, the profile ground on the rolling heads has the same pitch angle as the workpiece. The workpiece remains axially stationary during the rolling process; it is therefore also possible to roll up to a bundle. This process is very precise and therefore well suited for the production of all kinds of precision threads.
In the continuous process, the rolling heads have incline-free grooves on the circumference, the cross-sectional shape of which corresponds to the profile to be rolled. The rolling spindles with the rolling heads are swiveled into the flank angle of the workpiece, so that the workpiece is axially shifted by one pitch during a full rotation during the rolling process.
The combined process is a connection between the plunge-cut and continuous processes. The rolling heads have a pitch angle that is smaller than that of the workpiece. The resulting angular deviation is compensated for by swiveling the roller spindles. This ensures that the workpiece receives an axial feed, which is however smaller than in the normal continuous process.
In all of these methods, when machining a workpiece, it tends to push the two roller spindles apart. These outward-acting rolling forces should be absorbed by the profile rolling machine as much as possible in order to prevent the rolling spindles from drifting apart and thus preventing manufacturing inaccuracies.
From Rollwalztechnik <TM> Abele und Höltich GmbH, Engen / Germany, a profile rolling machine with the designation RWT 20 X CNC / AC is known, in which a force frame is provided to absorb the external rolling forces. The force frame comprises two yoke plates and four tie rods which connect the yoke plates and are each arranged in a tie rod tube. The two yoke plates are firmly attached to a machine bed. One of the two rolling spindles is supported directly by the first yoke plate, while the other is mounted on a slide that is guided by the four tie rod tubes. By means of a hydraulic cylinder attached to the second yoke plate, the roller spindle mounted on the slide can be pushed in the direction of the others.
This profile rolling machine has the disadvantage that the rolling forces occurring during the machining of a workpiece can push the two yoke plates of the force frame apart by a small distance and the machine bed is also exposed to the rolling forces via the yoke plates. The machine bed can therefore not be used, among other things, as a precise measuring base for determining the positions of the rolling heads for any compensatory position adjustments of the one rolling head by means of the hydraulic cylinder.
In view of the problems caused by the rolling forces in the previously known profile rolling machines, in particular also the RWT 20 X CNC / AC described above, the invention is based on the following object. A profile rolling machine of the type mentioned at the outset is to be created, in which essentially all rolling forces are neutralized by the force frame.
This object is achieved by the profile rolling machine according to the invention as defined in independent claim 1. Preferred design variants result from the dependent patent claims.
The essence of the invention is that in a profile rolling machine with two at least approximately parallel rolling spindles, each having a rolling head for machining a workpiece, and means for pushing one of the rolling spindles in the direction of the other, a force frame on a machine bed in the rolling spindle pushing direction at least partially is movably arranged that essentially no impact and rolling forces are transmitted to it. The force frame comprises two yoke plates and at least two tie rods which connect the yoke plates and are each arranged in a tie rod tube. The means for pushing one of the roller spindles in the direction of the other are partially attached or supported on one of the yoke plates.
The basically movable arrangement of the force frame on the machine bed ensures that essentially all rolling forces are neutralized by the force frame. Among other things, this creates the possibility of using the machine bed as a stable measuring basis for determining the positions of the rolling heads.
The force frame is preferably firmly connected to the machine bed at only one point. In this way, the force frame is anchored on the machine bed, but can still be moved in the direction of the roller spindle.
Advantageously, a roller spindle or both roller spindles are carried by a slide which is or is supported and guided on the machine bed. Due to the stability of the machine bed, the carriage (s) are guided with relative precision. This can avoid unnecessary manufacturing inaccuracies.
A preferred embodiment variant of the profile rolling machine according to the invention has a length measuring device arranged on the machine bed, with which the position of the carriage or carriages with respect to the machine bed can be measured, and advantageously a controller which controls the means for pushing one of the rolling spindles in the direction of the other in function of the measurement results controls the length measuring device in such a way that any longitudinal expansion of the force frame is compensated for. In this way, the effects of the rolling forces on the positions of the rolling heads can be completely neutralized and manufacturing inaccuracies avoided.
The force frame is preferably prestressed in such a way that the tie rods are under tension and the tie rod tubes are under pressure. When machining a workpiece, the rolling forces that occur relieve the tie rod tubes and put strain on the tie rods. The pre-tensioning force should be greater than the maximum rolling force so that the yoke plates never lift off the tie rod tubes. Thanks to this preload, the longitudinal expansion of the force frame caused by the rolling forces can be considerably reduced. In addition, when the rolling spindle or spindles are retracted, the rolling heads are released from the workpiece faster than when the force frame is not preloaded.
The profile rolling machine according to the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings using an exemplary embodiment. Show it:
1 shows a perspective view of a profile rolling machine according to the invention, certain machine parts and cladding having been omitted for reasons of clarity;
FIG. 2 shows the tool part of the profile rolling machine from FIG. 1 in a partially sectioned view from the front;
Fig. 3 is a plan view of the tool part of the profile rolling machine of Fig. 1, with certain parts shown in phantom or have been omitted, and
Fig. 4 shows a section through the tool part of the profile rolling machine of Fig. 1 along the line I-I in Fig. 2, certain parts being shown in broken lines.
The exemplary embodiment of a profile rolling machine according to the invention shown in FIGS. 1 to 4 comprises a torsionally rigid, cast machine bed 3 mounted on a frame 7, onto which four prestressed guide rails 31-34 for two slides 4, 40 are screwed. The two carriages 4, 40 are supported on the guide rails 31-34 by three feet 41-43 and 441-443, are displaceable along the latter and each have a roller spindle 1 or 10 via roller spindle bearings 13 or 14. The roller spindles 1, 10 each have a rolling head 11 or 12 with a suitable profile for machining a workpiece. A workpiece holder (not shown) arranged on the machine bed 3 is used to hold the workpiece.
The machine bed 3 also carries a force frame 2 with two yoke plates 21, 22 and two tie rods 23, 24 connecting the yoke plates 21, 22, each arranged in a tie rod tube 25, 26. The force frame 2 is prestressed inwards, the tie rods 23, 24 are under tension and the tie rods 25, 26 are under pressure, and are firmly connected to the machine bed 3 at only one point via the tie 24 and the tie tube 26 by means of screws 27. As a result, the force frame 2 is principally movable with respect to the machine bed 3 in the longitudinal direction of the tie rod, which corresponds to the direction of slide displacement and thus the direction of the roller spindle, except for one point.
The two ends of the tie rod tube 26 are also each guided by a bearing 6 or 60 attached to the machine bed 3 and have a smaller diameter than the middle part of the tie rod tube 26.
The force frame 2 is arranged on the machine bed 3 in such a way that the two tie rods 25, 26 leave space for loading the workpiece machining area with workpieces both from the front and from above or for mounting horizontal and vertical loading devices.
For pushing the carriage 40 with the roller spindle 10 in the direction of the roller spindle 1, a hydraulic cylinder 5 with a cylinder piston 50 is attached to the yoke plate 22. The cylinder piston 50 is fixedly connected to the carriage 4 and pushes it away from the yoke plate 22 or pulls it towards the latter, depending on whether hydraulic oil 5 is supplied or removed from the hydraulic cylinder. The carriage 4 is fixedly connected to the yoke plate 21 via a spacer 44.
The hydraulic cylinder 5 is operated by a hydraulic unit arranged in a drive block 8, which has a regulated high-pressure / low-pressure internal gear pump 81, pressure relief valves, fans, a thermostat, a bypass cooler and a bypass pump 82. In the drive block 8 there is also an infinitely variable drive for the two rolling spindles 1, 10, belts 83, 84 and shafts 85-88 being used for power transmission. Articulated shafts between the roller spindle 1 and the shaft 86 and the roller spindle 10 and the shaft 88 are not shown in FIG. 1.
The control of the profile rolling machine is arranged in a control cabinet 9 with an integrated air conditioning unit and comprises a control with amplifier for the continuously variable drive and the hydraulic unit as well as a programmable logic controller that ensures a safety-compliant course of the rolling process and has sufficient capacity for a possible integration of the profile rolling machine in an automatic manufacturing process.
The profile rolling machine is operated via a control panel (not shown).
Further design variations can be implemented for the profile rolling machine according to the invention described above. It should be expressly mentioned here that the roller spindles 1 and 10 can also be driven in a different way instead of with a single continuously variable drive via belts, e.g. with two electronically controlled AC servo motors.