CN104903047A - 用于加工管子的端部的加工机器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加工机器(1)并涉及用于刨平管子(14)的端部表面(13)的方法。因为已知方法仅以极大的代价来实现所需要的表面质量，用于刨平管子的端部表面的已知方法因此证明是不利的。因而本发明要解决的问题是使以改进的质量加工精加工管子的端部表面成为可能的加工机器和方法可用。为此，本发明建议用于一种刨平管子(14)的端部表面(13)的加工机器(1)，其具有：用于待加工管子的夹紧装置(2)；具有刨平刀具(4)的刀具保持架(3)，其中刀具保持架(3)由马达驱动且能够绕旋转轴线(6)旋转，其中夹紧装置(2)和刀具保持架由马达驱动且能够在平行于刀具保持架的旋转轴线(6)的方向上朝向彼此移动，且其中加工机器(1)包括冷却装置，该冷却装置布置成使得其在装置的操作期间借助于液态和/或固态二氧化碳冷却待加工的管子(14)和/或刨平刀具(4)。

Description

用于加工管子的端部的加工机器和方法
技术领域
本发明涉及一种加工机器和一种用于刨平管子的端部表面的方法。
背景技术
在管子的制造中，尤其是通过轧制或拉延，精加工的管子必须在某点处被及时定长切割。管子的该定长切割通常被称为切断。当切断管子时，其被分成两个管段。
对于某些应用，需要每一个精加工的定长切割的管段的端部表面具有高的表面质量和平面度。对于通过轨迹焊接而稍后连接到彼此的这种管段，设定有对管子的端部表面的表面质量的特别需要(特别是平面度)。
因此已知的是，在精加工轧制或拉延之后，即，在内径和/或外径减小到需要的额定尺寸之后，管子首先在第一机器中在轧制轧机的外侧被切断，且然后它们的端部或终止表面随后被加工。
已知方法被发现是不利的，因为它们使得仅能够通过极大的代价来获得需要的端部表面的表面质量。
发明内容
相比之下，本发明的目的是提供使得能够以改进的质量来对精加工管子的端部表面进行加工的加工机器和方法。
该目的通过这样的用于刨平管子的端部表面的加工机器实现，该加工机器具有：用于待加工管子的夹紧装置；具有刨平刀具的刀具保持架，其中刀具保持架由马达驱动并能够绕旋转轴线旋转，其中夹紧装置和刀具保持架能够由马达在平行于刀具保持架的旋转轴线的方向上驱动移动到彼此，并且其中加工机器包括冷却装置，所述冷却装置布置成使得所述冷却装置在所述装置的操作期间借助于液态和/或固态二氧化碳冷却待加工的管子和/或刨平刀具。
令人惊讶的是，利用液态或固态二氧化碳(CO2)对刀具和工件(即，管子)之间的接合区域的冷却还引起润滑，所述润滑导致以此方式加工的管子的端部表面的最优表面质量。因此，在实施例中，除CO2之外，没有必要供应另外的润滑剂。
在一个实施例中，冷却装置包括用于二氧化碳的至少一个喷嘴，其中所述喷嘴布置成使得在所述装置的操作期间，二氧化碳流出喷嘴并流动到管子或刨平刀具上，但优选的是流动到管子并流动到刨平刀具上。
这里有利的是，喷嘴被布置成使得二氧化碳流出喷嘴并在管子和刨平刀具之间的接合处附近流动到管子上。
为了使液态或固态氮可利用，冷却装置有利地另外包括经由管路连接到喷嘴的用于液态二氧化碳的贮存器。
为了使二氧化碳以有目的的方式从喷嘴排出，在一个实施例中，冷却装置包括同样通过管路连接到喷嘴的用于产生压缩空气的装置。
如果在一个实施例中利用固态二氧化碳而不是液态二氧化碳进行冷却，则有利的是，喷嘴以这样的方式设计，即：使得在加工机器的操作期间在喷嘴中从液态二氧化碳产生干冰雪形式的固态二氧化碳。
利用固态二氧化碳进行的这种类型的冷却具有这样的优势，即，对工件或刀具喷射干冰雪使得与使液态氮流动到其上相比能够实现更有效的冷却。避免了由于在待冷却的管子和液态二氧化碳之间的气态二氧化碳(莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)效应)产生的绝热(insulation)。
为了产生固态二氧化碳或干冰，有利的是，冷却装置包括用于二氧化碳的至少一个喷嘴，其中喷嘴具有膨胀室，所述膨胀室以这样的方式布置，即：使得液态二氧化碳能够在膨胀室中膨胀，使得产生干冰。
此外，在一个实施例中，冷却装置包括经由管路连接到喷嘴的用于产生压缩空气的装置。从而有意义的是，管路的端部以这样的方式布置在喷嘴中，即：使得在膨胀室中产生的干冰能够借助于压缩空气排出喷嘴。
在另一实施例中，加工机器具有用于待加工的管子的端部表面的止挡。以这种方式，能够实现引入到夹紧装置中的管子和该管子的端部表面的准确定位。然后，用于端部表面的该止挡优选地形成刨平刀具在工件，即，待加工的管子的端部表面上的前移的基准。
在本发明的实施例中，止挡能够由马达在基本上垂直于刀具保持架的旋转轴线的方向上从第一位置驱动移动到第二位置，其中在所述第一位置中，止挡以这样的方式布置，即：使得止挡能够与待加工的管子的端部表面接合，并且在所述第二位置中，止挡以这样的方式布置，即：使得止挡释放待加工的管子的端部表面。
以这种方式，端部表面可以在止挡不防止或限制利用刀具去除端部表面的情况下利用刨平刀具铣削。
应理解，在机器的操作期间的刀具保持架的旋转轴线优选地与待加工的管子的对称轴线重合。为此，特别是，夹紧装置然后以这样的方式布置，即：使得其将待加工的管子夹紧，使得管子的对称轴线与刀具保持架的旋转轴线重合。
如果平行于或垂直于旋转轴线的方向在本申请中被论述，则应理解其具有与垂直于或平行于待加工的管子的对称轴线相同的意思。此外，应理解，如果平行于或垂直于旋转轴线的方向在本申请的意义上论述，则从平行方向或垂直方向偏离在管子的加工所要求的公差的体系中是可能的。
为了能够更好地理解本发明的加工机器的功能以及其任选特征，参考能够利用加工机器实施的本发明的方法来解释该机器。
上述问题也通过用于刨平管子的端部表面的方法来解决，该方法具有以下步骤：利用夹紧装置将管子夹紧；使刨平刀具绕与待加工的管子的对称轴线重合的旋转轴线旋转；使管段和刨平刀具在平行于旋转轴线朝向彼此的方向上相对于彼此移动；使刨平刀具与管子的端部表面接合；以及刨平管子的端部表面，其特征在于，在刨平刀具和管子的端部表面之间的接合期间，利用液态和/或固态二氧化碳冷却待加工的管子和/或刨平刀具。
在一个实施例中，夹紧装置可以由马达在平行于旋转轴线的方向上驱动移动，使得待加工的管子和刨平刀具的相对前移移动能够在轴向方向，即，平行于刀具保持架的旋转轴线的方向上进行，而刀具保持架自身不必在轴向方向上进行前移。
对于在平行于旋转轴线的方向上的夹紧装置的马达驱动装置，另外地或可替代地，具有刨平刀具的刀具保持架还可包括用于在平行于旋转轴线的方向上的线性移动的驱动装置。
因此，根据本申请，如果表述“刨平刀具在平行于旋转轴线的方向上朝向管子的端部表面的前移”被使用，则该前移可以通过平行于旋转轴线的刀具保持架的马达驱动或通过使待加工的管子平行于旋转轴线移动来实现。
为了刨平管子的端部表面，刨平刀具绕旋转轴线旋转，且同时在平行于旋转轴线的方向上朝向管子的端部表面前移。刨平刀具与端部表面接合，从而管子的端部表面被刨平。
除刨平端部表面之外，接纳在刀具保持架上的刨平刀具能够用于对端部表面进行倒角。
在本发明的一个实施例中，刨平刀具是切削板或切削刀片，优选地是用于加工的、具有限定的切削刃的可转位切削板。
为此，在一个实施例中，刨平刀具包括上表面和下表面以及在上表面和下表面之间延伸的侧表面。下表面用作接触表面且在安装状态与刀具保持架的相应表面接合。在侧表面和上表面之间的两个相对边缘形成这种切削刀具的切削刃。刀具以这样的方式接纳在刀具保持架中，即：使得在刨平刀具与工件的接合期间，上表面形成刀具的加工表面。在一个实施例中，上表面或加工表面凹形地弯曲。
在本发明的一个实施例中，加工机器另外包括控制器，其中，该控制器以这样的方式布置，即：使得其以这样的方式控制加工机器的操作，即：使得其执行以下步骤：使刀具保持架绕旋转轴线旋转；在刀具保持架和夹紧装置之间产生在平行于旋转轴线的方向上的相对运动，以用于刨平管子的端部表面。总之，控制器因此以这样的方式布置，即：使得其以这样的方式在操作期间控制加工机器，即：使得加工机器执行根据本发明的方法。
在变型中，用于刨平管子的端部表面的加工机器包括：用于待加工的管子的第一夹紧装置；用于待加工的管子的第二夹紧装置；带有切断刀具的第一刀具保持架；和带有刨平刀具的第二刀具保持架，其中由马达驱动的第一刀具保持架和第二刀具保持架能够绕旋转轴线旋转，其中至少第一夹紧装置或第二夹紧装置能够由马达在平行于第一刀具保持架和第二刀具保持架的旋转轴线的方向上驱动移动，其中第一刀具保持架和第二刀具保持架能够由马达在垂直于旋转轴线的方向上驱动前移，并且其中第一刀具保持架和第二刀具保持架布置成使得在第一夹紧装置和第二夹紧装置之间接纳在刀具保持架中的刀具能够与待加工的管子形成接合。
以这种方式设计的加工机器使得不仅能够刨平管子的端部表面而且能够利用同一机器切断管子，由此在一个实施例中，该机器能够结合到轧制机或拉延机中。
为了能够更好地理解本发明的这种设计的功能，利用可以利用加工机器执行的本发明的方法的实施例对其进行解释。该方法包括另外的步骤：利用第一夹紧装置夹紧管子的第一管段；利用第二夹紧装置夹紧管子的第二节段；使切断刀具绕与待加工的管子的对称轴线重合的旋转轴线旋转；使切断刀具在第一夹紧装置和第二夹紧装置之间在垂直于对称轴线的方向上朝向管子前移；使切断刀具与管子接合，并切断管子，使得形成第一管段和第二管段；使切断管子的第一管段和第二管段彼此移动分开；使刨平刀具绕旋转轴线旋转；使第一管段和刨平刀具在平行于旋转轴线朝向彼此的方向上相对于彼此移动；使刨平刀具与第一管段的端部表面接合，并刨平第一管段的端部表面；使第二管段和刨平刀具在平行于旋转轴线朝向彼此的方向上相对于彼此移动；以及使刨平刀具与第二管段的端部表面接合，并刨平第二管段的端部表面。
对于本发明来说，是第一管段的端部表面的刨平或第二管段的端部表面的刨平首先发生，还是甚至第一管段和第二管段的端部表面两者同时被刨平，是无关紧要的。
在加工机器的操作期间，接纳在第一刀具保持架上的切断刀具绕旋转轴线旋转且同时在垂直于旋转轴线的方向，即，在径向方向上朝向待切断的管子前移。此时，切断刀具与管子接合，且管子被切断，即，周向分离。管子的分离产生两个管段，这两个管段彼此独立，且其中第一个管段夹紧在第一夹紧装置中，而第二个管段夹紧在第二夹紧装置中。
在切断之后，两个管段通过改变两个夹紧装置之间的距离而彼此被拉开，使得在其端部表面之间产生足够的空间，用以引入刨平刀具。
为了刨平两个管段的端部表面，刨平刀具绕旋转轴线旋转且同时在平行于旋转轴线的方向上朝向选择性地第一管段或第二管段的端部表面前进，或者然而同时前进到第一管段和第二管段的端部表面。由此，刨平刀具与端部表面接合，且管段的端部表面被刨平。
例如，在本发明的意义上的切断刀具是具有限定的切削刃的、用于加工的切削板或切削刀片。特别是，车削刀具适合作为切断刀具。
特别地，具有两个切削刃的上述刨平刀具使得能够利用接纳在第二刀具保持架中的同一个刨平刀具来加工切断的管子的两个管段的相对的端部表面。
附图说明
本发明的其它优势、特征和应用的可能性从以下实施例的描述和相关附图变得清楚。
图1示出了根据本发明的加工机器的实施例的示意性侧向截面图，其中管子没有在加工机器中。
图2示出了图1的加工机器的示意性截面图，其中管子在加工机器中。
图3示出了图1和图2的加工机器的示意性截面图，其中具有延伸的止挡。
图4示出了图1至图3的加工机器的示意性截面图，其中刨平刀具与管子接合。
图5示出了图1至图4的加工机器的示意性截面图，其中刀具缩回。
图6示出了图1至图4的加工机器的示意性截面图，其中所加工的管子延伸。
图7示出了刨平刀具的实施例的透视图。
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
图1在示意性横向截面图中示出了根据本发明的加工机器1的实施例。该机器1的各个部件可被清楚地识别。该加工机器包括作为用于待加工的管子(图1中未示出)的夹紧装置的夹紧缸2。该夹紧缸2在管子的外周上夹持管子，并大体在管子的径向方向施加力。此外，该机器设有刀具保持架3，刨平刀具4被接纳在该刀具保持架3中。刀具保持架3借助于马达驱动装置5以可旋转的方式绕旋转轴线6驱动，使得刨平刀具4执行绕旋转轴线6的旋转运动，由此刨平刀具4移动的半径近似对应于待加工的且占据在夹紧缸2中的管子的半径。
机器以这样的方式布置，即：使得待加工的且占据在夹紧缸2中的管子布置成使得其对称轴线与刀具保持架3的旋转轴线6基本上重合。
为了清楚地限定机器的工作平面，机器还包括止挡7，该止挡7由马达(在该情形中，由线性驱动装置8)在基本上垂直于旋转轴线6的方向9上驱动并且能够移出刀具保持架3的前移轨迹。
此外，刀具保持架3可以由线性驱动装置10在基本上平行于旋转轴线6的方向上移动，使得刨平刀具4可以前移到待加工的管子并再次往回移动。
作为用于在刨平刀具4和管子14之间的接合期间对待加工的工件(即管子)进行冷却的冷却装置的部件设置在机器上的喷嘴11对用于刨平管子的端部表面的这种加工机器的根据本发明的改进是决定性的。
为此，喷嘴11还经由管路12连接到用于产生压缩空气的装置且连接到用于液态二氧化碳的储存器。喷嘴11以这样的方式布置，即：使得来自储存器的液态二氧化碳可以在喷嘴11的膨胀室中膨胀，并且以这种方式产生了干冰颗粒，干冰颗粒此处也称为干冰雪。该干冰雪随后传送到由压缩空气产生的空气流中，并且被以高速束射(beam)到待加工的管子和刨平刀具4的待冷却表面上。由于其固态聚集状态，干冰雪不在雪和待冷却表面之间形成绝热气态层，使得发生表面的有效冷却。
图2至图6示出了在已经切断的(即定长切割的)管子14的端部表面13的车削和刨平期间的装置。管子在图2中移动到加工机器1的夹紧缸2中并靠在止挡7上。在加工过程的此时此刻，止挡7已借助于其马达驱动装置8径向地移动到机器1中如此得远，使得止挡7至少部分地沿着管子14的端部表面13延伸。
在接下来的步骤中，夹紧缸2前移，使得管子14被夹紧在夹紧缸2中以进行加工过程。图3现在示出了止挡7随后如何通过马达驱动装置8移动到管子14的端部表面13的范围外。管子14的端部表面13的刨平或刨平铣削的实际过程现在开始，如图4中示意性地示出的那样。为此，刀具保持架或者更准确地说被接纳在其上的刨平刀具4被马达5驱动，使得其绕旋转轴线6旋转，且同时借助于线性驱动装置10在朝向管子14的端部表面13的方向上前移，使得刨平刀具4在管子14的周向方向上对端部表面13进行铣削。
与此同时，干冰雪经由喷嘴11吹到刀具4和工件14之间的接合区域中。
当端部表面13的实际铣削终止时，刀具4与刀具保持架3一起缩回，如图5中示出，并且被精加工铣削的和刨平的管子14随后在夹紧缸2打开之后移出，如图6中表示。
图7示出了接纳在刀具保持架3中的刨平刀具4的实施例。该刨平刀具4是具有两个切削刃27、28的可转位的切削刀片。该可转位的切削刀片可以用于加工两个管段的管子端部。在操作期间，切削刀片4以这种方式接纳在刀具保持架上，即：使得第一切削刃27可以对先前已切断的管段的管子端部进行加工。为了将切削刀片4接纳在刀具保持架3上，刀具4包括中心紧固孔29。此外，切削刀片4包括用作在刀具保持架3上的接触表面的下表面或底表面30，并且包括将下表面30连接到上表面33的侧表面31、32。上表面33在所示出的实施例中设计成是凹形的。切削刀片4能够以这样的方式接纳在刀具保持架3上，即：使得在管子端部的加工期间，上表面33用作切屑表面，切屑在该切屑表面上流走。
应指出，对于原始公开的目的，本领域技术人员从本说明书、附图和权利要求书(即使它们仅结合某些其它特征具体地进行描述)得出的所有特征可以单独地组合以及以与此处公开的其它特征或特征组组合的任何组合来组合，只要这没有明确地被排除或除非技术事实使这种组合不可能或无意义。为了本说明书的简化和易读，本文没有给出所有可设想的特征组合的全面、详尽的提供。
尽管本发明在附图和前面的说明书中进行了详细介绍和描述，但是该介绍和说明仅作为示例且不意图限制由权利要求书限定的保护范围。本发明不限于所公开的实施例。
所公开的实施例的改型对于本领域技术人员来说从附图、说明书和所附权利要求书是明显的。在权利要求书中，单词“包括”不排除其它元件或步骤且不定冠词“一”不排除多个。某些特征在不同权利要求中声明的仅有事实不排除它们的组合。在权利要求书中的附图标记不意图是对保护范围的限制。
附图标记列表
1   加工机器，机器
2   夹紧缸
3   刀具保持架
4   刨平刀具
5   驱动装置
6   旋转轴线
7   止挡
8、10  线性驱动装置
9   方向
11  喷嘴
12  管路
13  管子14的端部表面
14  管子
27、28 切削刃
29  紧固孔
30  底表面
31、32 侧表面
33  切屑表面

Claims (14)

1.一种用于刨平管子(14)的端部表面(13)的加工机器(1)，所述加工机器(1)具有：
用于待加工的管子的夹紧装置(2)，
刀具保持架(3)，所述刀具保持架(3)具有刨平刀具(4)，
其中所述刀具保持架(3)由马达驱动，并且能够绕旋转轴线(6)旋转，并且
其中所述夹紧装置(2)和所述刀具保持架能够移动到彼此，由马达在平行于所述刀具保持架的旋转轴线(6)的方向(9)上驱动，
其特征在于，
所述加工机器(1)包括冷却装置，所述冷却装置布置成使得所述冷却装置在所述装置的操作期间借助于液体和/或固态二氧化碳对所述待加工的管子(14)和/或所述刨平刀具(4)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述液态或固态二氧化碳的至少一个喷嘴(11)，其中所述喷嘴(11)布置成使得在所述装置的操作期间，所述二氧化碳流出所述喷嘴(11)并优选地在所述管子(14)和所述刨平刀具(4)之间的接合处附近流动到所述管子上。
3.根据权利要求1所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述二氧化碳的至少一个喷嘴(11)，其中所述喷嘴(11)布置成使得在所述装置的操作期间，所述二氧化碳流出所述喷嘴(11)并优选地在所述管子(14)和所述刨平刀具(4)之间的接合处附近流动到所述刨平刀具(4)上。
4.根据权利要求1所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述二氧化碳的至少一个喷嘴(11)，其中所述喷嘴(11)布置成使得在所述装置的操作期间，所述二氧化碳流出所述喷嘴(11)并优选地在所述管子(14)和所述刨平刀具(4)之间的接合处附近流动到所述刨平刀具(4)和所述管子(14)上。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于液态二氧化碳的贮存器，所述贮存器经由管路(12)连接到所述喷嘴(11)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述二氧化碳的至少一个喷嘴(11)，其中所述喷嘴(11)具有膨胀室，所述膨胀室布置成使得液态二氧化碳能够在所述膨胀室中膨胀，使得产生干冰。
7.根据权利要求6所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于产生压缩空气的装置，该用于产生压缩空气的装置经由管路(12)连接到所述喷嘴(11)，其中所述管路(12)的端部布置在所述喷嘴(11)中，使得能够借助于压缩空气将在所述膨胀室中产生的干冰排出所述喷嘴(11)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的加工机器(1)，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述二氧化碳的至少一个喷嘴(11)，其中在所述装置的操作期间，在所述喷嘴(11)中从所述液态二氧化碳产生干冰雪形式的固态二氧化碳。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的加工机器(1)，其特征在于，所述加工机器(1)包括用于所述待加工的管子的端部表面(13)的止挡(7)。
10.根据权利要求9所述的加工机器(1)，其特征在于，所述止挡(7)能够由马达在基本上垂直于所述刀具保持架的旋转轴线(6)的方向(9)上从第一位置驱动移动到第二位置，
其中在所述第一位置中，所述止挡(7)布置成使得所述止挡(7)能够与所述待加工的管子的端部表面(13)接合，并且在所述第二位置中，所述止挡(7)布置成使得所述止挡(7)释放所述待加工的管子的端部表面(13)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的加工机器(1)，其特征在于，所述加工机器(1)包括：用于所述待加工的管子的第一夹紧装置；用于所述待加工的管子的第二夹紧装置；带有切断刀具的第一刀具保持架(3)；和带有刨平刀具(4)的第二刀具保持架(3)，其中所述第一刀具保持架(3)和所述第二刀具保持架(3)由马达驱动，使得所述第一刀具保持架(3)和所述第二刀具保持架(3)能够绕旋转轴线(6)旋转，其中至少所述第一夹紧装置或所述第二夹紧装置能够由马达在平行于所述第一刀具保持架(3)和所述第二刀具保持架(3)的所述旋转轴线(6)的方向(9)上驱动移动，其中所述第一刀具保持架和所述第二刀具保持架能够由马达在垂直于所述旋转轴线(6)的方向(9)上驱动前移，并且其中所述第一刀具保持架(3)和所述第二刀具保持架(3)布置成使得在所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置之间的接纳在所述刀具保持架中的所述刀具能够与所述待加工的管子(14)形成接合。
12.一种用于刨平管子的端部表面(13)的方法，所述方法具有以下步骤：
利用夹紧装置来将所述管子夹紧，
使刨平刀具(4)绕旋转轴线(6)旋转，所述旋转轴线(6)与待加工的所述管子的对称轴线重合，
使管段和所述刨平刀具(4)在平行于所述旋转轴线(6)朝向彼此的方向(9)上相对于彼此移动，
使所述刨平刀具(4)与所述管子的端部表面(13)接合，以及
刨平所述管子的端部表面(13)，
其特征在于，
在所述刨平刀具(4)和所述管子的端部表面(13)之间的接合期间，利用液态和/或固态二氧化碳对待加工的所述管子(14)和/或所述刨平刀具(4)进行冷却。
13.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于干冰雪来冷却待加工的所述管子(14)和/或所述刨平刀具(4)。
14.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述干冰雪通过液态二氧化碳在膨胀室中的膨胀而在所述管子(14)的附近产生。
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