DE4428049A1

DE4428049A1 - Werkzeugkopf für Rohrgewindeschneidmaschinen

Info

Publication number: DE4428049A1
Application number: DE19944428049
Authority: DE
Original assignee: KOYEMANN WERKZEUGE GmbH
Current assignee: Cbs Praezisionswerkzeuge 40629 Duesseldorf De GmbH
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-10
Also published as: DE4428049C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugkopf für Maschinen zur Herstellung von Gewindeanschlüssen an Rohrenden, insbesondere von Gas- und Ölfeldrohren, der um eine Bearbeitungsachse drehbar an einer von einem Antriebsmotor antreibbaren Spindel befestigt ist und der um einen zentralen Aufnahmeraum mindestens vier im Werkzeugkopf radial geführte Werkzeugschieber aufweist, an die mit mindestens einem Werkzeug be stückte Werkzeughalter anbringbar sind, und die in der Weise radial ver schiebbar sind, daß jeweils drei in gleichen Abständen auf dem Umfang verteilte Werkzeugschieber radial nach innen in Bearbeitungsstellung und die jeweils neben diesen Werkzeugschiebern angeordneten Werkzeugschie ber radial nach außen verschoben werden, wobei die radiale Verschiebung der Werkzeugschieber von einer innerhalb oder außerhalb der Spindel angeordneten und mit ihr umlaufenden Stellhülse bewirkt wird, die gegen über dem Werkzeugkopf axial verschiebbar oder verdrehbar ist und auf im Werkzeugkopf gelagerten und mit den Werkzeugschiebern formschlüssig gekuppelten Stellglieder einwirkt.

Werkzeugköpfe dieser Art sind bekannt und wurden von der Patentanmelde rin für Maschinen zur Herstellung der Gewindeanschlüsse von Gas- und Ölfeldrohren hergestellt. Diese Maschinen arbeiten mit drehendem Werk zeugkopf und fest eingespanntem Rohr. Die CNC-gesteuerten Bewegungen der Werkzeugschieber werden von einer axial verschiebbaren Stellhülse bewirkt, welche einen Teil der Werkzeuge in eine Bearbeitungsstellung bringt, um am zu bearbeitenden Rohrende beispielsweise das Planen, das Innenfasen und das Außenfasen durchzuführen, und danach den anderen Teil der Werkzeuge in eine Bearbeitungsstellung bringt, um am Rohrende das Kegeldrehen und Gewindeschneiden durchzuführen. Bei der Zustellung eines Teils der Werkzeuge wird der jeweils anderen Teil des Werkzeugs in eine Außer-Eingriff-Stellung bewegt. Bei den bekannten Werkzeugköpfen werden sechs Werkzeugschieber von sechs im Körper des Werkzeugkopfes parallel zur Bearbeitungsachse verschiebbar gelagerten Zahnstangen bewegt, die an einer axial bewegbaren Stellhülse befestigt sind. Die Zahnstangen haben an ihren mit den Werkzeugschiebern korrespondierenden Enden eine Schrägzahnung, die in eine an den Werkzeugschiebern befindliche Schräg zahnung eingreift. Die Schrägzahnung an den Zahnstangen und Werkzeug schiebern ist der Art, daß durch eine Vorschubbewegung der Stellhülse und dadurch bewirkte Druckbelastung der Zahnstangen drei um 120° versetzte Werkzeugschieber radial nach innen in die Bearbeitungsstellung bewegt werden, während gleichzeitig die drei anderen Werkzeugschieber um den gleichen Betrag radial nach außen bewegt werden. Durch Zurückziehen der Stellhülse und die dadurch bewirkte Zugbelastung der Zahnstangen werden die in Bearbeitungsstellung befindlichen Werkzeugschieber radial nach außen bewegt und die drei anderen Werkzeugschieber radial nach innen in die Bearbeitungsstellung bewegt.

Bei der bekannten Rohrgewindeschneidmaschine ist die Schrägzahnung so ausgeführt, daß die Bewegung der Stellhülse und der Zahnstangen um einen bestimmten Betrag eine radiale Bewegung der Werkzeugschieber um den halben Betrag zur Folge hat. Die Zähne und deren Flanken verlaufen dem entsprechend im Winkel von 26,5° zur Längsachse der Zahnstangen. Das Untersetzungsverhältnis von Bewegung der Stellhülse zur Bewegung der Werkzeugschieber kann aber auch kleiner oder größer sein als 2 : 1.

Zur Erzielung einer hohen Maschinenleistung und optimaler Bearbeitungs qualität rotiert der Werkzeugkopf mit ca. 1000 U/min. Dadurch wirken auf die Werkzeugschieber, welche leicht auswechselbare Werkzeughalter mit den Werkzeugen tragen, sehr große Fliehkräfte, die im Bereich von mehre ren 1000 kp liegen. Dementsprechend sind auch die für das radiale Ver schieben der Werkzeugschieber erforderlichen Kräfte groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Werkzeugköpfen der ein gangs genannten Art, die für das radiale Verschieben der Werkzeugköpfe erforderlichen Kräfte zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwei benachbarte Werkzeugschieber über ein im Körper des Werkzeugkopfes beweglich gelagertes Kraftübertragungsglied so miteinander gekuppelt sind, daß die radiale Verschiebung eines Werkzeugschiebers eine gleich große entgegengerichtete Verschiebung des benachbarten Werkzeugschiebers bewirkt und für jeweils ein Paar miteinander gekuppelter Werkzeugschieber nur ein im Körper des Werkzeugkopfes gelagertes und mit der Stellhülse formschlüssig gekuppeltes Stellglied vorgesehen ist.

Die unmittelbare Kupplung zweier benachbarter gegenläufig zustellbarer Werkzeugschieber über ein Kraftübertragungsglied, das insbesondere ein Querschieber, ein Zahnrad oder ein zweiarmiger Hebel sein kann, hat den Vorteil, daß die Kräfte, welche die Zustellung der Werkzeuge bewirken, relativ klein sind, weil in der Mittelstellung der Werkzeugschieber die auf das Kraftübertragungsglied wirkenden Fliehkräfte gleich groß sind und sich ausgleichen. Zum Verschieben der miteinander gekoppelten Werkzeug schieber ist nur noch eine Kraft aufzubringen, die der Differenz der Flieh kräfte der beiden gekoppelten Werkzeugschieber zuzüglich der Schnittreak tionskräfte, der Reibungskräfte und der Massenbeschleunigungskräfte entspricht. Ferner ist zum Verschieben je zweier gekoppelter Werkzeug schieber nur ein Stellglied, insbesondere eine Zahnstange, erforderlich, deren Schrägzahnung in bekannter Weise in eine an einem Werkzeugschie ber angebrachten Schrägzahnung eingreift.

Vorteilhafterweise wirkt das Stellglied nicht unmittelbar auf einen der beiden gekuppelten Werkzeugschieber ein, sondern ist formschlüssig mit dem Kraftübertragungsglied gekuppelt. Die Werkzeugschieber haben nur eine formschlüssige Kupplung mit dem Kraftübertragungsglied, so daß die Masse und das Volumen der Werkzeugschieber reduziert werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele des erfindungs gemäßen Werkzeugkopfes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Stirnansicht des Werkzeugkopfes nach der Erfindung, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine Ansicht nach der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Werkzeugkopfes mit unterschiedlichen Kraftübertragungsgliedern zwischen benachbarten Werkzeug schiebern,

Fig. 4 eine Ansicht nach der Schnittlinie II-II in Fig. 3.

Der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Werkzeugkopf 1 ist über einen Spin delflansch 4 an einer Spindel 3 befestigt, die um die Bearbeitungsachse 2 drehbar von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Der Werkzeugkopf 1 ist für Maschinen zur Herstellung von Gewindeanschlüssen an Rohrenden von Gas- und Ölfeldrohren bestimmt. Das Rohr wird bei diesen Maschinen koaxial zur Bearbeitungsachse 2 fest eingespannt. Der Werkzeugkopf und das Rohr sind relativ zueinander axial verschiebbar, so daß entweder das Rohrende während der Bearbeitung in den zentralen Aufnahmeraum 12 des Werkzeugkopfes 1 vorgeschoben oder der Werkzeugkopf 1 mit seinem Aufnahmeraum 12 über das Rohrende bewegt werden kann.

Wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, sind im Werkzeugkopf 1 sechs Werk zeugschieber 5 und 5′ radial verschiebbar geführt. Wie Fig. 1 zeigt, sind an den Werkzeugschiebern 5, 5, Werkzeughalter 6 angebracht, die mit minde stens einem Werkzeug 7, 8 oder 9 ausgerüstet sind. Zur Bearbeitung unter schiedlicher Rohrdimensionen sind die Werkzeughalter 6 leicht auswechsel bar an den Werkzeugschiebern 5 und 5, befestigt. Die Werkzeugschieber 5 und 5, sind in der Weise von einer Stellhülse 13 über einen Stellring 14 und Zahnstangen 15 radial verschiebbar, daß jeweils drei in gleichen Abständen auf dem Umfang verteilte Werkzeugschieber 5 radial nach innen in Be arbeitungsstellung verschoben werden, während die jeweils neben diesen Werkzeugschiebern 5 angeordneten Werkzeugschieber 5, radial nach außen verschoben werden. Das Verschieben der Werkzeugschieber 5 und 5′ erfolgt durch eine mit der Spindel 3 rotierende Stellhülse 13, die gegenüber dem Gewindekopf 1 axial verschiebbar ist und über einen Stellring 14 mit Zahnstangen 15 verbunden ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgibt die Stellhülse 13 die Spindel 3. Die Stellhülse kann aber auch innerhalb der Spindel 3 angeordnet sein, und der Stellring 14 kann über Arme mit der im Inneren der Spindel 3 befindlichen Stellhülse verbunden sein, welche durch Öffnungen greifen, die am Umfang der Spindel angeordnet sind.

Für den Werkzeugkopf 1 sind drei Zahnstangen 15 vorgesehen, die auf den Winkelhalbierenden 25 zwischen den miteinander über einen Querschieber 17 gekuppelten Werkzeugschieber 5 und 5, angeordnet sind. Diese Zahn stangen 15 haben an ihrem freien Ende eine Schrägzahnung 18, die mit einer im mittleren Bereich der Querschieber 17 angeordneten Schrägzah nung in Eingriff steht. In den Endbereichen des im Führungskanal 21 im Körper 10 des Werkzeugkopfes 1 geführten Querschiebers 17 sind Schräg zahnungen 19 und 20 angeordnet, die einander entgegengesetzt geneigt sind, so daß beispielsweise beim Verschieben des Querschiebers 17 nach links die Schrägzahnung 19 den Schieber 5 von der Bearbeitungsstellung axial nach außen drückt, während die Schrägzahnung 20 den anderen Werkzeugschie ber 5, in die Bearbeitungsstellung drückt. Die Schrägzahnungen 19 und 20 an den Enden des Querschiebers 17 verlaufen parallel zu der Winkelhal bierenden des Winkels zwischen der Führung des zugeordneten Werkzeug schiebers 5 oder 5′ und des Querschiebers 17. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Anordnung der Schrägzahnungen die beim Verstellen der Werkzeug schieber 5, 5, auftretenden Reibungskräfte am geringsten sind. Die Anord nung des Stellgliedes bzw. der Zahnstange 15 zwischen den miteinander gekoppelten Werkzeugschiebern hat den Vorteil, daß die Werkzeugschieber relativ flach ausgebildet sein können und nur noch an ihrer Rückseite eine Schrägzahnung tragen, die mit der Schrägzahnung 19 und 20 des Quer schiebers 17 korrespondiert.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Schrägzahnung an den Werkzeugschiebern 5 und 5, an einem Block 26 angebracht, der in eine Ausnehmung an der Rückseite der Werkzeugschieber 5, 5, eingesetzt ist. Auf diese Weise läßt sich die am Block 26 vorgesehene Verzahnung gegenüber der Schrägzah nung 19 und 20 des Querschiebers 17 noch genau ausrichten, bevor der Block 26 am Werkzeugschieber 5, 5′ befestigt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt die Verstellung der Werkzeugschieber 5 und 5, durch eine axial verstellbare Stellhülse 13. Die Verstellung könnte aber auch durch eine gegenüber dem Werkzeugkopf 1 verdrehbare Stellhülse erfolgen. In diesem Falle müßten die Zahnstangen 15 durch Stellglieder ersetzt werden, welche die Rotationsbewegung des Stell rings 14 in eine Verschiebebewegung der Querschieber 17 umsetzen.

Die Fig. 3 zeigt einen Werkzeugkopf 1, bei dem die drei jeweils mitein ander gekoppelten Paare von Werkzeugschiebern 5 und 5, über drei vonein ander verschiedene Kraftübertragungsglieder miteinander gekoppelt sind. Der obere befindliche Werkzeugschieber 5, sowie der rechts daneben befindliche, in Bearbeitungsstellung befindliche Schieber 5 sind über einen zweiarmigen Hebel 30 miteinander gegensinnig bewegbar gekuppelt. Der zweiarmige Hebel 30 ist um eine Achse 31 schwenkbar, die auf der Winkel halbierenden 25 zwischen den Gleitführungen der beiden miteinander gekup pelten Werkzeugschieber 5, 5, angeordnet ist. Die kugeligen Enden des zweiarmigen Hebels 30 greifen in eine Ausnehmung 32 der Werkzeugschie ber 5 und 5′ spielfrei ein. Diese Ausnehmung ist so dimensioniert, daß die Arme des zweiarmigen Hebels 30 sich ausreichend bewegen können.

Anstelle des zweiarmigen Hebels 30 kann auch die Kopplung zweier Werk zeugschieber 5 und 5, über ein Zahnrad 35 erfolgen, das um eine auf der Winkelhalbierenden 25 angeordneten Achse 36 schwenkbar ist und mit Zahnleisten kämmt, die an benachbarten Seiten der miteinander gekoppelten Werkzeugschieber 5 und 5, angeordnet sind. Wie die Fig. 4 zeigt, kann einer der beiden miteinander gekoppelten Werkzeugschieber über eine Zahnstange 15 bewegt werden, deren Schrägzahnung 16 mit einer Schräg zahnung in Eingriff steht, die am Werkzeugschieber 5 angebracht ist.

Die erfindungsgemäße Kopplung der Werkzeugschieber ist bei allen Werk zeugköpfen möglich, die mit vier oder mehr geradzahligen Werkzeugschie bern bestückt sind.

Bezugszeichenliste

1 Werkzeugkopf
2 Bearbeitungsachse
3 Spindel
4 Spindelflansch
5 Werkzeugschieber
5, Werkzeugschieber
6 Werkzeughalter
7 Werkzeug
8 Werkzeug
9 Werkzeug
10 Körper des Werkzeugkopfes
11 radiale Führung
12 zentraler Bearbeitungsraum
13 Stellhülse
14 Stellring
15 Zahnstange
16 Schrägzahnung
17 Querschieber
18 Schrägzahnung Mitte
19 Schrägzahnung links
20 Schrägzahnung rechts
21 Führungskanal
22 Führungsleisten
23 Stirnwand
24 Deckel
25 Winkelhalbierende
26 mit Schrägzähnen versehener Block
27 Deckel für Zahnstangenführung
30 Zweiarmiger Hebel
31 Schwenkachse
32 Ausnehmung
35 Zahnrad
36 Achse.

Claims

1. Werkzeugkopf für Maschinen zur Herstellung von Gewindeanschlüssen an Rohrenden, insbesondere von Gas- und Ölfeldrohren, der um eine Be arbeitungsachse (2) drehbar an einer von einem Antriebsmotor antreibbaren Spindel (3) befestigt ist und der um einen zentralen Aufnahmeraum (12) mindestens vier im Werkzeugkopf (1) radial geführte Werkzeugschieber (5, 5′) aufweist, an die mit mindestens einem Werkzeug (7, 8, 9) bestückte Werkzeughalter (6) anbringbar sind, und die in der Weise radial verschieb bar sind, daß jeweils ein Teil der in gleichen Abständen auf dem Umfang verteilte Werkzeugschieber (5) radial nach innen in Bearbeitungsstellung und die jeweils neben diesen Werkzeugschiebern (5) angeordneten Werk zeugschieber (5′) radial nach außen verschoben werden, wobei die radiale Verschiebung der Werkzeugschieber (5, 5′) von einer mit der Spindel (3) umlaufenden Stellhülse (13) bewirkt wird, die gegenüber dem Werkzeug kopf (1) axial verschiebbar oder verdrehbar ist und auf im Werkzeugkopf (1) gelagerte und mit den Werkzeugschiebern (5, 5′) formschlüssig gekup pelte Stellglieder (15, 17) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Werkzeugschieber (5, 5′) über ein im Körper (10) des Werkzeugkopfes (1) beweglich gelager tes Kraftübertragungsglied (17, 30, 35) so miteinander gekuppelt sind, daß die radiale Verschiebung eines Werkzeugschiebers (5) eine gleich große, entgegengerichtete Verschiebung des benachbarten Werkzeugschiebers (5′) bewirkt und für jeweils ein Paar miteinander gekuppelter Werkzeugschieber (5, 5′) nur ein im Körper (10) des Werkzeugkopfes (1) gelagertes und mit der Stellhülse (13) formschlüssig gekuppeltes Stellglied (15) vorgesehen ist.

2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft übertragungsglied ein Querschieber (17) ist, der in einem rechtwinklig zur Winkelhalbierenden (25) zwischen den Gleitführungen (11) der miteinander gegenläufig gekoppelten Werkzeugschieber (5, 5′) im Körper (10) des Werkzeugkopfes (1) verlaufenden Führungskanal (21) verschiebbar geführt ist, und der an seinen beiden Enden mit einander entgegengeneigten Schräg zahnungen (19, 20) versehen ist, die mit an den Werkzeugschiebern (5, 5′) angebrachten Schrägzahnungen in Eingriff stehen.

3. Werkzeugkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägzahnung (19, 20) an den Enden des Querschiebers (17) parallel zu den Winkelhalbierenden der Winkel zwischen der Führung des Querschiebers (17) und den Führungen der jeweils zugeordneten Werkzeugschieber (5, 5′) verlaufen.

4. Werkzeugkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Körper (10) des Werkzeugkopfes (1) gelagerte und die Verschiebung der gegenläufig miteinander gekoppelten Werkzeugschieber (5, 5′) bewirkende Stellglied eine parallel zur Bearbeitungsachse (2) verschiebbare Zahnstange (15) ist, die über eine Schrägzahnung (16) mit einer im mittleren Bereich des Querschiebers (17) befindlichen Schrägzahnung (18) in Eingriff steht.

5. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft übertragungsglied ein zweiarmiger Hebel (30) ist, der um eine parallel zur Bearbeitungsachse (2) verlaufende und in der Winkelhalbierenden (25) zwischen den Gleitführungen der gekuppelten Werkzeugschieber (5, 5′) angeordnete Achse (31) schwenkbar gelagert ist.

6. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft übertragungsglied ein Zahnrad (35) ist, das zwischen den gekuppelten Werkzeugschiebern (5, 5′) angeordnet ist und mit an den Werkzeugschiebern (5, 5′) angebrachten Zahnleisten kämmt.