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Werkzeugkopf für Schälmaschinen und ähnliche
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Werkzeugmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen an der Stirnseite
einer drehantreibbaren Hohlwelle angeordneten Messerkopf für Schälmaschinen und
ähnliche Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von rundem Stangen- oder Rohrmaterial,
bei dem in der Werkstück-Vorschubrichtung gesehen, zwei Gruppen von Werkzeugen in
zueinander parallelen Ebenen senkrecht zur Drehachse des Werkzeugkopfes hintereinander,
je gleichmäßig über den Umfang ver teilt, angeordnet sind, die je in Radialrichtung
einstellbar sind und die Werkzeuge der beiden Gruppen von je einem Stellmotor mittels
je eines Differentialumlaufgetriehes radial verstellbar sind, insbesondere geteilter
Werkzeugkopf, wobei der eine Kopfteil desselben mittels Zentrier- und Befestigung
~ mitteln an der Stirnseite der Hohlwelle anbringbar und der andere Kopfteil mittels
mit den vorgenannten Zentrier- und Befestigungsmitteln in den Maßen übereinstimmenden
Zentrier-und Befestigungsmitteln der Stirnseite des erstgenannten Kopfteils befestigt
ist.
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Die bekannten Werkzeugköpfe vorgenannter Art (DT-Gbm 7 605 808) waren
geteilt ausgeführt, wobei der eine Teil den Schälmesserkopf, der andere Teil einen
Polierwalzenkopf bildete, welch letzterer mittels Zentrier- und Befestigungsmitteln
an der Stirnseite der Hohlwelle einer Schälmaschine
anbringbar ist
und der Schälmesserkopf mittels der vorgenannten Zentrier- und Befestigungsmittel
in den Maßen übereinstimmenden Zentrier- und Befestigungsmitteln an der Stirnseite
des Polierwalzenkopfes I befestigt ist. Die Schälmesser und die Polierwalzen waren
in an sich bekannter Weise von je einem Stellmotor mittels je eines flifferentialumlaufgetriebes
radial verstellbar. Die radiale Verstellung der Schälmesser bzw. der Polierwalzen
erfolgte vom Differentialantrieb her über auf einem Flansch der Hohlwelle frei drehbar
gelagerte Zahnringe und mittels mit diesen kämmenden Ritzeln auf im Werkzeugkopf
parallel zu dessen Drehachse angeordneten Verstellwellen, die über je einen Schneckentrieb
mit einer Gewindespindel in Eingriff standen, die wiederum mit ihrem Gewinde mit
den radial verschiebbaren Haltern der Schälmesser bzw. der Polierwalzen in Eingriff
standen. Die Verstellwelle für die Schälmesser war, zum Beispiel über eine Stirnzahnkupplung,
mit einer fluchtend im Polierwalzenkopf angeordneten Zwischenwelle kuppelbar, die
selbst wiederum, zum Beispiel über eine Stirnzahnkupplung, mit einer das eine Ritzel
des Differentialantriebs tragenden, im Hohlwellenflansch gelagerten Welle kuppelbar
war, während die Verstellwelle über die Polierwalzen, zum Beispiel über eine Stirnverzahnung
mit einer das andere Ritzel des Differentialantriebs tragenden, im Hohlwellenflansch
gelagerten Welle kuppelbar war. Die Polierwalzen waren im Polierwalzenkopf in zylinderförmigen,
durch einen Verstellmechanismus um gewisse Winkelbeträge um ihre Achse verschwenkbaren
Haltern mit radial gerichteter Achse angeordnet. Im Schälmesserkopf war in Werkstückvorschubrichtung
hinter den Schälmessern ein das Stangenmaterial umschließender Schutzring angeordnet.
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Beim Schälen von Stangen stellen die Stangenanfänge aus zwei Gründen
ein schwieriges Problem dar. Zum einen wird die Messerstandzeit durch die Zahl der
Stangenanfänge verhältnismässig stark beeinflußt, zum anderen bereitet es große
Schwierigkeiten, die Toleranz schon auf den ersten 100 mm zu halten.
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Dies zeigt sich umso stärker, je schneller geschält wird und je schwieriger
das Schälgut zu zerspanen ist.
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Es ist nun seit langem bekannt, daß beim Schälen von Drahtbunden die
Messerstandzeit um den Faktor 2 bis 3 größer sein kann als beim Schälen von Stangen
bei sonst gleichen Zerspanungsbedingungen. Der Stangenanfang verursacht einen plötzlichen
Anstieg der Zerspanungskräfte und ist deshalb einerseits Ursache des Erliegens der
Schälmesser, zum anderen vergeht eine gewisse Zeit, bis der Zerspanungsprozess wieder
gleichförmiger verläuft, so daß die ersten 100 mm des zu schälenden Materials oft
wegen verhältnismässig großer Unrundheit beanstandet werden, während ein Drahtbund
dagegen eine quasi unendliche Stange mit nur einem Anfang ist.
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Um dem zu begegnen, hat man schon vor Jahren vorgeschlagen, auch beim
Schälen von Stangen auf möglichst große Längen überzugehen und die Vorschubgeschwindigkeit
am Stangenanfan so zu erniedrigen, daß sich sowohl optimale Standzeiten als auch
tragbare Toleranzen ergeben. Dieser Lösungsweg führt zu 30m langen und längeren
Stangen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die Benutzer der Schälmaschinen diesen
Lösungs weg nur sehr zögernd gehen, trotzdem wegen der höheren Last laufzeit größere
Messerstandzeiten fordern. Oarüberhinaus wollen sie bei verhältnismäßig kurzen Stangen
keine Toleranzminderung am Stangenanfang hinnehmen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem
eingangs erwähnten Werkzeugkopf für Schälmaschinen od. dgl. die Standzeit der eigentlichen
Schälmesser wesentlich zu erhöhen und die Rundheit der Stangenanfänge wesentlich
zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dafür
zu sorgen, daß der der Hohlwelle des eingangs
erwähnten Werkzeugkopfes
nächstliegende Kopf nicht mehr Polierwalzen, sondern Schälmesser und der andere
Kopf nicht mehr Schälmesser, sondern Vormesser trägt,die nur während eines gewissen
Teiles des Schälvorganges schälend wirken. Damit wird die eingangs gestellte Aufgabe
gelöst.
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Zweckmäßig ist es, als Vormesser an sich bekannte, verdrehbare Scheibenmesser
vorzusehen. Wenngleich dieser Vormesser beim Berühren des zu schälenden Stangenmaterials
umlaufen, kann es zweckmäßig sein, sie antreibbar auszubilden.
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Die Vormesser werden kurz vor einem Stangenende von einer schnittfreien
Stellung auf Schälmaß bzw. auf 0,1 mm über Schälmaß gefahren, dann aber unmittelbar
nach dem Stangenanfang einer folgenden Stange, die stumpf stoßen einander folgen,
wieder in ihre schnittfreie Ausgangsstellung gefahren, während die Schälmesser während
dieser Zeit auf Schälmaß bleiben. Dazu ist es erforderlich, daß der Stangenweg genau
abgebildet wird und der Stangenanfang und das Stangenende genau verfolgbar sind,
damit die Steuersignale zum Zu- und Aufsteuern genau zum richtigen Zeitpunkt gegeben
werden. Dies ist heute mit elektronischen Mitteln relativ leicht und preiswert zu
erreichen.
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Durch die Art des Zulaufs kann gewährleistet werden, daß kurz vor
den Vorschubrollen zwischen den einzelnen Stangen noch eine verhältnismäßig kleine
Lücke vorhanden ist, die mit Hilfe eines Endschalters, z.B. induktiv, abtastbar
ist.
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Eine Belegung dieses Endschalters nach zuvoriger Nichtbelegung bedeutet,
daß jetzt der Stangenanfang den Endschalter passiert. Eine Nichtbelegung dieses
Endschalters nach zuvori ger Belegung bedeutet dagegen, daß jetzt ein Stangenende
den Endschalter passiert. Dieses Stangenende wird nun in der Schälmaschine verfolgt.
In der Schälebene stoßen das Stangen ende einer Stange und der Stangenanfang einer
folgenden
Stange aneinander, da meist versucht wird, Stange an Stange
zu fahren. Da jede Stange fest in den Vorschubrollen eingespannt ist, kann mit einem
Winkeldrehgeber der Weg jeder Stange, zum Beispiel in einer programmierbaren Steuerung,
abgebildet werden. Jeder Winkelschritt ist gleichbedeutend mit einer bestimmten
Wegstrecke. So sei die Impulslänge des Winkeldrehgebers zum Beispiel gleichbedeutend
mit 20 mm.
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Wenn jetzt der Weg vom Endschalter zur Schälebene 2 m beträgt, so
muß man einen Zähler auf 100 setzen. Ist dieser Zähler durch 100 Impulse ausgezählt,
passiert das Stangenende gerade die Schälebene. Nun sollen die Vormesser gerade
2 mm auf und zu gefahren werden, dazu wird unabhängig von der Schnittgeschwindigkeit
und der Vorschubgeschwindigkeit eine konstante Zeit von z.B. 0,3 sec. benötigt.
Da nun während dieser 0,3 sec. die Stange bei unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten
einen unterschiedlichen Weg zurücklegt, die Eingriffslänge der Vormesser jedoch
von der Vorschubgeschwindigkeit nicht abhängen soll, wird die Vorschubgeschwindigkeit
mit Hilfe des Drehimpulsgebers und eines Zeitwerkes gemessen und bei der Auslösung
des Steuerungsimpulses für die Vormesser mit berücksichtigt. Das kann zum Beispiel
dadurch geschehen, daß Geschwindigkeitsklassen gebildet werden, die verschiedenen
Vorhaltswerten in weiteren Zählern so zugeordnet sind, daß die Vormesser immer an
der gleichen Stangenstelle ihr Endmaß erreichen. Variiert die Schnittgeschwindigkeit
verhältnismäßig stark, dann empfiehlt es sich auf analoge Weise eine Korrektur des
Zustellmaßes sowohl der Vormesser als auch der Schälmesser vorzunehmen.
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So empfiehlt es sich bei verhältnismäßig geringem Vorschub pro Umdrehung
die Messer um etwa 0,01 mm weniger zuzustellen, um das gewünschte Schälmaß zu erhalten.
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Durch das Verwenden von Scheibenmessern, die sich drehen können, als
Vormesser, werden immer wieder unterschiedliche Schneidenteile belastet und damit
wird die Standzeit der
Vormesser mindestens genauso groß wie die
Standzeit der Schälmesser.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Werkzeugkopf,
der geteilt ist, obwohl dies nicht der Fall zu sein braucht, mit den erfindungsgemäß
angeordneten Schäl- und Vormessern, Fig. 2 eine Ansicht eines Vormesser-Halters
mit einem Vormesser, Fig. 3 eine Seitenansicht der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt
nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
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In einem Gehäuse 1 ist in Wälzlagern eine von einem Riementrieb 3
drehangetriebene Hohlwelle 2 gelagert, die an ihrer Stirnseite in einer Zentrieraufnahme
4 einen Schälmesserkopf 5 trägt, der wiederum an seiner Stirnseite in einer Zentrieraufnahme
6, die der Zentrieraufnahme 4 gleicht, einen Vormesserkopf 7 trägt. Diese beiden
Kopfteile 5 und 7 können auch einstückig sein.
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W ist ein koaxial durch die Hohlwelle 2 zu bewegendes Werkstück, welches
entweder rundes Vollmaterial oder auch ein Rohr sein kann. Im Vormesserkopf 7 sind
über den Umfang verteilt mehrere radial verschiebbare Halter 8 für Vormesser 9 angeordnet.
Deren radiale Verschiebung erfolgt mittels radialer Gewindespindeln 10, die im Gewindeeingriff
mit den Vormesserhaltern B stehen und die über je einen Schneckentrieb 11 von je
einer achsparallel im Werkzeugkopf gelagerten Welle 12 antreibbar sind. Die Welle
12 ist, zum Beispiel durch Stirnverzahnung, mit einer fluchtend im Schälmesserkopf
5 gelagerten Welle 12a kuppelbar, die wiederum, zum Beispiel durch Stirnverzahnung,
mit einer in einem Flansch 2a der Hohlwelle 2 gelagerten Welle 12b kuppelbar ist.
Diese trägt an ihrem aus dem Flansch 2a herausragenden Ende ein Ritzel 13, welches
in die Innenverzahnung 14a eines auf dem Flansch 2a koaxial mit der Hohlwelle 2
frei drehbar gelagerten Zahnringes 14 eingreift, der auch eine Außenverzahnung 14b
aufweist.
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In gleicher Weise erfolgt ein radiales Verstellen der Halter 15 der
Schälmesser 16, von denen ebenfalls mehrere über den Umfang des Kopfteiles 5 gleichmäßig
verteilt angeordnet sind. In den Schälmesserhalter 15 greift eine Gewindespindel
18 ein, die über einen Schneckenantrieb 19 von einer im Schälmesserkopf 5 achsparallel
gelagerten Welle 20 antreibbar ist, die zum Beispiel über eine Stirnverzahnung mit
einer im Hohlwellenflansch 2a gelagerten Welle 20a kuppelbar ist, die an ihrem Ende
in einem ringförmigen Schlitz des Flansches 2a ein Zahnrad 21 trägt, das in die
Innenverzahnung 22a eines auf dem Hohlwellenflansch 2a zu diesem koaxial frei drehbar
gelagerten Zahnringes 22 eingreift, der außerdem eine Außenverzahnung 22b aufweist.
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Die Außenverzahnungen 14b und 22b der Zahnringe 14 und 22 und deren
Innenverzahnungen 14a und 22a weisen jeweils gleichen Durchmesser auf. Der Flansch
2a der Hohlwelle 2
weist einen zwischen den Zahnringen 14 und 22
befindlichen Zahnkranz 23 auf, dessen Teilkreisdurchmesser gleich dem der Zahnringe
14 und 22 ist.
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Mit dem Zahnkranz 23 kämmt ein Zwischenrad 24, das mit seiner Achse
25 in einem auskragenden Teil 1a des Gehäuses 1 gelagert ist. Mit diesem Zahnrad
24 kämmt ein weiteres Zahnrad 26, welches fest auf einer Welle 26a angeordnet ist,
die zu beiden Seiten des auskragenden Gehäuseteils la, in diesem gelagert, herausragt.
Diese beiden Wellenenden bilden den einen von zwei Abtrieben je eines Differential-Umlaufgetriebemotors
27 bzw. 28, die als Stellmotoren für die Vormesserhalter 8 bzw. die Schälmesserhalter
15 dienen.
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Der zweite Antrieb ist jeweils eine koaxial auf den Enden der Welle
26a gelagerten Hohlwelle 29 bzw. 30, auf denen Zahnräder 31 bzw. 32 befestigt sind,
die mit auf der Achse 25 lose gelagerten Zwischenrädern 33 bzw. 34 kämmen. Die Teilkreisdurchmesser
der Räder 31 und 32 sind gleich dem Teilkreisdurchmesser des Rades 26, die Teilkreisdurchmesser
der Räder 33 und 34 gleich dem des Rades 24. Die beiden Räder 33 und 34 kämmen mit
der Außenverzahnung 14b bzw. 22b der Zahnringe 14 bzw. 22.
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Die Wirkungsweise ist Folgende: Es sei angenommen, daß die Hohlwelle
2 mit dem Schälmesserkopf 5 und mit dem Vormesserkopf 7 über den Riementrieb 3 angetrieben
umlaufen und die beiden Stellmotore 27 und 28 abgeschaltet sind. Dann werden über
den Zahnkranz 23 des Hohlwellenflansches 2a und das Zwischenrad 24 das Rad 26 und
die Wellenenden 26a angetrieben. Bei abgeschalteten Stellmotoren der Differential-Umlaufgetriebe
werden die Hohlwellen 29 und 30 von den Wellenenden 26a über die Umlaufgetriebe
27 und 23 mit gleicher Drehzahl und mit gleicher Drehrichtung angetrieben, so daß
auch die Räder 33
und 34 die gleiche Drehzahl haben wie das Rad
24. Infolgedessen haben auch die beiden Zahnringe 14 und 22 die gleiche Drehzahl
wie die Hohlwelle 2. Die Verstellwellen 12 bzw. 20 wie die Vormesser bzw. die Schälmesser
bleiben also in Ruhe.
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Wenn nun z.B. der Verstellmotor des Getriebes 27 in der einen oder
in der anderen Richtung eingeschaltet wird, entsteht zwischen dem mit konstanter
Drehzahl weiterlaufenden Rad 26 auf der Welle 26a und dem Rad 31 auf der Hohlwelle
29 eine positive oder negative Drehzahldifferenz, die ein Vor- oder ein Nacheilen
des Zahnringes 14 gegenüber der Hohlwelle 2 zur Folge hat. Über Ritzel 13, Wellen
12b, 12a, 12 und den Schneckentrieb 11 werden die Vormesserhalte 8 zugestellt oder
zurückgezogen. Das gilt natürlich auch dann, wenn die Maschine stillsteht.
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In völlig analoger Weise werden auch die Schälmesserhalter 15 über
das Umlaufgetriebe 28 radial verstellt.
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Die Figuren 2 bis 4 veranschaulichen den Aufbau der Vormesser-Halter
8, die die Vormesser 9 lagern. Jeder Halter 8, etwa rechteckigen Querschnitts, weist
eine Gewindebohrung 10a zur Aufnahme einer Gewindespindel 10 auf, an derem inneren
Ende ein Hohlraum 36 vorgesehen ist. An dem der Gewindebohrung 10a abgewandten Ende
jedes Vormesserhalters 8 ist ein Vormesser 9 auf einem mit einem Kopf 37 versehenen
Zapfen 38 in einer Ausnehmung 39 des Halters 8 gelagert.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist in diesem Fall der Zapfen 38 gegen
dem Halter gegenüber dem Halter durch einen Zapfen
40 gesichert,
der in eine Aussparung 41 des Zapfens 38 eingreift. Der Zapfen 38 weist außerdem
eine umlaufende Ausnehmung 42 auf, in die das Ende einer Schraube 43 eingreift,
um den Zapfen in radialer Richtung gegen Verschieben zu sichern. Ein die Ausnehmung
42 begrenzender Bund 44 des Zapfens 38 steht unter Wirkung von Tellerfedern 45,
die sich an einer Fläche 46 des Halters 3 abstützen.
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Sollen die Vormesser 9 antreibbar sein, dann ist jedes Vormesser mit
dem es lagernden Zapfen 38 durch Keilnuten und eine Feder od. dgl. fest zu verbinden,
der Zapfen 40 kann entfallen und es ist dafür zu sorgen, daß der Zapfen 38 mit einem
Antriebsmittel verbunden ist.
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