DE4101749C2

DE4101749C2 -

Info

Publication number: DE4101749C2
Application number: DE4101749A
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Kadono; Masatoshi Mihara Hiroshima Jp Okano
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1992-04-30
Also published as: US5097576A; DE4101749A1; KR910014171A; KR960006731B1; JPH03221311A

Description

Die Erfindung betrifft eine fahrbare Stahlrohr-Trennfräs maschine.

Entsprechende Trennfräsmaschinen für Stahlrohre sind in den japanischen Patentveröffentlichungen 62-27 926 (1987) und 62-74 525 (1986) beschrieben.

Gemäß den Fig. 7 und 8 sind bei einer bisherigen derartigen Maschine mehrere Fräserköpfe oder -träger 2, die jeweils mit einem in Gegenlaufrichtung rotierenden Fräser 1 be stückt sind, mittels drehbarer Wellen oder Achsen 3 an einem Drehring gelagert.

Der Drehring vermag mittels Antriebs durch einen Motor 5 über Zahnräder 6 und 7, eine Schnecke 8, ein Schnecken rad 9 und ein Ringzahnrad 10 eine Dreh- oder Umlaufbe wegung um die Mittelachse eines zu trennenden Rohrs 4 durchzuführen.

Der Fräserkopf 2 kann durch Pfeilbögen R₁ und R₂ be zeichnete Schwenk- oder Schwingbewegungen zum Konstant halten der Schnittiefe durchführen. Ein Wagen, auf den die Trennfräsmaschine aufgesetzt ist, bewegt sich synchron mit der Fertigungsstraßengeschwindigkeit. Wenn der Wagen bis zur Synchrongeschwindigkeit beschleunigt worden ist, wird das zu trennende Rohr 4 mittels einer nicht darge stellten Spannvorrichtung eingespannt und dann in der oben angegebenen Arbeitsfolge aus einer Umlaufbewegung sowie Schwingbewegungen mittels der mehreren Scheiben-Fräser 1 gleichzeitig getrennt.

Für die Steuerung des Trennvorgangs werden der Außen durchmesser des zu trennenden Rohrs 4, die Rohrwand dicke und eine maximale Schnittiefe im voraus in einen Rechner eingegeben. Durch gemeinsames Steuern von Umlauf stellung und -geschwindigkeit sowie Schwingstellung und -geschwindigkeit des (der) Fräser(s) 1 wird der Trenn vorgang durchgeführt, während die maximale Schnittiefe und ein Vorstand bzw. Eindringen des Scheiben-Fräsers 1 gegenüber der Rohrwanddicke stets konstantgehalten werden.

Bei der bisherigen Stahlrohr-Trennfräsmaschine finden so mit Dreh- bzw. Umlauf- und Schwingbewegungen statt. Bei der Berechnung der Lage eines geometrischen Orts des Fräsers wird dieser somit in Polarkoordinaten wieder gegeben, so daß auch im Fall eines quadratischen Vier kantrohrs einer einfachen Form die Berechnung und Steuerung für die Lage des geometrischen Orts kompliziert ist.

Da zudem die bisherige Trennfräsmaschine aufgrund ihrer Ausgestaltung die Schneid- oder Fräs-Gegenwirkkraft der Scheiben- Fräser 1 nur über die Wellen oder Achsen 3 aufnimmt, be sitzt sie eine ungenügende Steifheit bzw. Stabilität, und es kann dabei kaum eine große Trägheitsmasse gehandhabt werden. Da weiterhin der Schneidvorgang intermittierend erfolgt, unterliegt der Fräserkopf 2 großer Schwingung, und es kann keine große Spandicke eingestellt werden; zudem ist die Standzeit der Fräser-Zahn- oder -Schneid kante kurz.

Da ferner mehrere Fräserköpfe 2 mittels eines Drehrings (Ringzahnrad 10) synchron in Umlaufbewegung versetzt werden, ist es dabei unmöglich, unter den gleichen Be dingungen ein Rohr eines asymmetrischen Querschnitts zu schneiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße fahrbare Stahlrohr-Trennfräsmaschine so zu verbessern, daß unter Vermeidung der Mängel des Standes der Technik Berechnung und Steuerung des geometrischen Orts der Fräser leicht und einfach durchführbar sind, Steifheit bzw. Stabilität der Maschine und Standzeit der Fräser verbessert sind und darüber hinaus auch ein Rohr eines asymmetrischen Querschnitts unter gleichen Betriebsbedingungen getrennt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aus der US-PS 34 42 175 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine Mehrzahl von Werkstücken gleicher Konfiguration simultan bearbeitet werden kann. Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl von Fräsern auf einem gemeinsamen Träger montiert, der längs zweier orthogonaler Führungen verfahren werden kann. Bei dieser Vorrichtung müssen die simultan zu bearbeitenden Teile jeweils eine gleiche Kontur bzw. einen gleichen Umriß haben.

Wenn im Betrieb der erfindungsgemäßen Trennfräsmaschine der fahrbare Wagen bis zum Erreichen der Rohrfertigungsgeschwindigkeit beschleunigt worden ist, wird das zu trennende Rohr mit Hilfe der Spannvorrichtung fixiert, wobei sich zwei Fräserköpfe, die jeweils für zweiachsige bzw. biaxiale Zustellung längs einer X-Achse und einer Y-Achse o. dgl. gesteuert werden, unabhängig voneinander bewegen. Infolgedessen kann selbst ein Rohr eines asymmetrischen Querschnitts mittels dieser Trennfräsmaschine getrennt werden. Da zudem der geometrische Ort des Scheiben-Fräsers durch kartesische bzw. Orthogonalkoordinaten anstelle von Polarkoordinaten repräsentiert bzw. wieder gegeben wird, gestalten sich die Berechnung des geometrischen Orts und die Aufstellung eines Steuer programms für die Scheiben-Fräser einfach.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer fahrbaren Stahlrohr- Trennfräsmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für eine Steuervorrichtung bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines mit der Trennfräsmaschine nach Fig. 1 ausgeführten Trennvorgangs an einem Rohr,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines an einem Rohr eines asymmetrischen Querschnitts ausge führten Trennvorgangs,

Fig. 6 eine graphische Darstellung von Vergleichsdaten bezüglich der Abnützungsgrößen an Fräserzahn kanten, ermittelt durch Schneid versuche mit der erfindungsgemäßen Maschine und der bisherigen Maschine,

Fig. 7 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines wesentlichen Teils einer bisherigen fahr baren Rohrtrennfräsmaschine und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Rohrtrenn vorgangs mit der bisherigen Maschine

Die Fig. 7 und 8 sind eingangs bereits erläutert worden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 werden in einer erfindungsgemäßen fahrbaren Stahlrohr-Trennfräsmaschine ein erster Fräserkopf 14, der mit einem in Gleichlaufrichtung rotierenden ersten Scheibenfräser 12 und einem ersten Fräser-Antriebsmotor 16a versehen ist und An triebszahnräder und dgl. enthält, und ein zweiter Fräser kopf 15, der ebenfalls mit einem zweiten Scheibenfräser 13 und einem zweiten Fräser-Antriebsmotor 16b versehen ist und Antriebszahnräder und dgl. enthält, von einer Schlitten einheit 17 getragen, die in zwei orthogonalen Richtungen bewegbar ist und als in einem Maschinenrahmen 11 ange ordnete Führungseinrichtung dient.

Der erste Fräserkopf 14 und der erste Scheibenfräser 12 werden über eine Zustell- und Vorschubeinrichtung, z. B. Vor schubschraubspindel 22 o. dgl., durch einen ersten An triebsmotor 18 unabhängig angetrieben für Zustellung und Vorschub in Richtung einer ersten Achse (im folgen den als Y-Achse bezeichnet) und auch durch einen zweiten Antriebsmotor 20 unabhängig angetrieben für Zustellung in der Richtung einer zweiten Achse (im folgenden als X-Achse bezeichnet), die orthogonal zur Y-Achsenrichtung liegt. Der zweite Fräserkopf 15 und der zweite Scheibenfräser 13 werden gleichfalls durch einen dritten Antriebsmotor 19 unabhängig für Zustellung und Vorschub in Y-Achsen richtung und durch einen vierten Antriebsmotor 21 unab hängig für Zustellung in X-Achsenrichtung angetrieben (vgl. Pfeile in Fig. 2).

In der Nähe der ersten und zweiten Scheibenfräser 12 bzw. 13 sind zwei vordere und hintere Spannvorrichtungen 23 zum Ein spannen eines zu trennenden Rohrs 4 an Stellen vor und hinter den Scheibenfräsern vorgesehen, um ein Rattern des Rohrs 4 beim Trennen zu unterdrücken und einen stabilen Trennvorgang bzw. einen sauberen Schnitt zu erreichen.

Die oben beschriebenen Bauteile sind auf einem fahrbaren Wagen 24 montiert, der sich synchron mit dem zu schneiden den Rohr bewegt.

Gemäß Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Trennfräsmaschine mit einer Steuervorrichtung 25 versehen, die zur Be stimmung der Scheibenfräser-Drehzahl, der geo metrischen Orte der Scheibenfräser sowie der Scheibenfräser-Zustell- und -Vorschubgeschwindigkeiten durch Eingeben von Schneidbe dingungsdaten, wie Form, Abmessungen und Schnittlänge eines Rohrs und dgl., dient und die Drehantriebssteuerung von erstem und zweitem Fräser-Antriebsmotor 16a bzw. 16b sowie von erstem bis viertem Antriebsmotor 18-21 be wirkt.

Die Betriebsweise der beschriebenen Trennfräsmaschine ist nachstehend anhand des Ablaufdiagramms von Fig. 3 er läutert.

Nach der Eingabe von Schneidbedingungen, wie Form und Ab messungen eines Rohrs, Schnittlänge desselben, Spandicke und dgl., in die Steuervorrichtung 25 (Schritt P₁) be rechnet die Steuervorrichtung 25 zunächst geometrische Orte der betreffenden Scheibenfräser, die Zustell- und Vor schubgeschwindigkeiten an den jeweiligen Stellen der be treffenden Scheibenfräser, die Scheibenfräser und dgl. in Vorbereitung auf den Trennvorgang (Schritt P₂).

Bei der Vorschubbewegung des Rohrs wird sodann der fahr bare Wagen 24 durch ein Rohrfertigungs-Geschwindigkeits signal (Schritt P₃) synchron gesteuert (Schritt P₄), damit die Schnittlänge des Rohrs einer Soll-Länge ent spricht. Wenn Rohr und Wagen 24 gleiche Geschwindigkeit erreicht haben, wird das zu trennende Rohr 4 gemäß Fig. 4 im Bereich seiner Schnittstelle durch die Spann vorrichtungen 23 fest eingespannt (Schritt P₅), und die ersten und zweiten Scheibenfräser 12 bzw. 13, die mit gesteuerten Scheibenfräser-Drehzahlen in Gleichlaufrichtung an getrieben werden, werden gleichzeitig und getrennt für biaxiale Zustellung auf X-Achse und Y-Achse angesteuert (Schritte P₆ und P₇), so daß sie sich längs der Kontur des zu schneidenden Rohrs 4 bewegen. Der erste Scheibenfräser 12 schneidet dabei während seiner Bewegung auf der Bahn oder Strecke A → A′ → A′′, während der zweite Fräser 13 bei seiner Bewegung auf der Bahn oder Strecke B → B′ → B′′ schneidet (vgl. Pfeile in Fig. 4).

Nach Beendigung des Trennvorgangs wird das Rohr 4 aus der Spannvorrichtung 23 ausgespannt; der fahrbare Wagen 24 läuft sodann in Vorbereitung auf den nächsten Trennvor gang zurück (Schritte P₈, P₉ und P₁₁). Wenn dabei in einem Schritt P₁₀ Änderungen der Vorgabegrößen auftreten oder festgestellt werden, wird die Operation vom Schritt P₁ aus wieder eingeleitet; wenn keine Änderungen auf treten, werden die Schritte P₁ und P₂ ausgelassen.

Auch im Fall eines Rohrs eines asymmetrischen Querschnitts (Fig. 5) werden der erste Scheibenfräser 12 über die Strecke A → A′ → A′′ und der zweite Scheibenfräser 13 über die Strecke B → B′ → B′′ jeweils getrennt oder unabhängig in den beiden Achsrichtungen bewegt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht folgendes hervor: Da der geometrische Ort eines Scheibenfräsers in Orthogonal koordinaten wiedergegeben oder festgelegt wird, können die Berechnung der geometrischen Orts- Positionen für ein Rohr eines unregelmäßigen Querschnitts und die Vorbereitung oder Aufstellung eines Steuer programms für das Trennen des Rohrs in kurzer Zeit durchgeführt werden; außerdem sind dabei auch Korrektur arbeiten am Einsatzort möglich.

Da sich beide Fräserköpfe unabhängig voneinander bzw. getrennt bewegen, kann auch ein Rohr eines asymmetrischen Querschnitts getrennt werden.

Da ferner die Steifheit oder Stabilität der Führungsein richtung unter Vergrößerung der Abstützkraft für den Fräserkopf verbessert ist, so daß der Fräserkopf eine große Trägheitsmasse aufweisen kann, werden Schwingung und Rütteln des Fräserkopfes aufgrund des für das Fräsen typischen intermittierenden Schneidens (Zerspanens) ver ringert. Da weiterhin ein Rattern des zu schneidenden Rohrs durch Einspannen desselben in der Nähe der Schnitt stelle mittels der Spannvorrichtung unterdrückt wird, wird ein Bruch der Fräserzahnkanten weitgehend ausge schaltet und damit die Abnützung derselben vermindert. Bei der bisherigen Trennfräsmaschine ist eine Spandicke S beim Schneiden auf 0,2 mm begrenzt; erfindungsgemäß hat es sich dagegen gezeigt, daß auch im Fall einer Spandicke S von 0,3 mm oder mehr kein Bruch der Fräserzahnkante auftritt und ein einwandfreies Schneiden möglich ist. Infolgedessen werden die Zeit für das Schneiden eines Rohrs wesentlich verkürzt und damit die Fahrstrecke des fahrbaren Wagens verkleinert. Hierdurch wird nicht nur eine Verkleinerung der Ausrüstung, sondern auch eine Kostensenkung ermöglicht und zudem auch die Schneid leistung wesentlich verbessert, so daß selbst ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes (transportiertes) Rohr zu Stücken kleiner Länge geschnitten werden kann.

Bezüglich der Standzeit der Fräserzahnkanten läßt sich folgendes sagen: Während bei der bisherigen Trennfräs maschine wegen der weitgehenden Schwingungsfreiheit das Schneiden nach einer Gegenlaufmethode erfolgt, wobei jedoch möglicherweise Zahnkantenbruch am Fräser auftritt, haben Schneidversuche erwiesen, daß erfindungsgemäß das Schneiden nach der Gleichlaufmethode erfolgen kann. Fig. 6 veranschaulicht Vergleichsdaten für den Flankenver schleiß (Verschleiß oder Abnützung V_B) an einem Scheibenfräser für den erfindungsgemäßen Fall und den bisherigen Fall beim Schneiden eines (quadratischen) Vierkantrohrs durch Fräsen mit einer Fräser-Umfangsgeschwindigkeit von 240 m/min. Aus Fig. 6 geht hervor, daß nach dem Fräsen mit einer Standard-Metallabtragungsmenge der Flankenver schleiß am Scheibenfräser (bei der erfindungsgemäßen Trennfräs maschine) auf ein Fünftel desjenigen bei der bisherigen Trennfräsmaschine verringert ist. Da die Standzeit oder Lebensdauer der Fräserzahnkante erheblich verlängert ist, braucht der Fräser deutlich weniger oft ausgewechselt zu werden. Demzufolge kann die Produktionsleistung höher sein; der laufende Aufwand für Fräsererneuerung ist mit hin erheblich verringert.

Claims

1. Fahrbare Stahlrohr-Trennfräsmaschine zum Trennen eines Rohrs, während sich die Trennfräsmaschine synchron mit der Rohrfertigungsgeschwindigkeit bewegt,
mit mehreren Fräserköpfen, die jeweils mit einem Scheibenfräser bestückt und über eine Zustell- und Vorschubeinrichtung bewegbar sind, wobei die Scheibenfräser in einer gemeinsamen, rechtwinklig zur zentralen Maschinenlängsachse verlaufenden Ebene angeordnet sind, und
mit einer in der Nähe der Scheibenfräser angeordneten Spannvorrichtung zum Einspannen und Fixieren des Rohrs, wobei die gesamte Anordnung auf einem fahrbaren Wagen angeordnet ist, sowie
mit einer Steuervorrichtung zum Steuern der Zustellung und des Vorschubs der Fräserköpfe,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Fräserköpfe (14, 15) von jeweils einer in zwei orthogonalen Richtungen bewegbaren Führungseinrichtung (17) getragen werden, wobei die orthogonalen Richtungen einander bezüglich der zentralen Maschinenlängsachse paarweise gegenüberliegend verlaufen,
daß jeder Fräserkopf (14, 15) für jede der beiden orthogonalen Richtungen einen separaten, der jeweiligen Führungseinrichtung (17) zugeordneten Antriebsmotor (18, 20, 19, 21) aufweist und
daß die Steuervorrichtung (25) auf der Grundlage von Eingabedaten für Schneidbedingungen jeden Antriebsmotor (18, 20, 19, 21) individuell so ansteuert, daß der jeweilige Fräserkopf (14, 15) unabhängig von der Bewegung eines anderen Fräserkopfes in zwei orthogonalen Richtungen verfahrbar ist.

2. Trennfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuervorrichtung die Drehzahl der Scheibenfräser steuerbar ist.