DE10236901A1

DE10236901A1 - Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE10236901A1
Application number: DE10236901A
Authority: DE
Inventors: Antonio Battistella; Riccardo Campion; Giuseppe Fin; Marco Gabrielli
Original assignee: Sinico SpA
Current assignee: Sinico SpA
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2003-04-30
Also published as: US20060212159A1; FR2829411B1; ITTV20010121A1; ES2239487B1; FR2829411A1; ES2239487A1; US20030056629A1

Abstract

Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen, die mindestens eine Rohr- oder Rundstabschnittphase umfassen, wobei die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Stutzeinheit, von einer logischen Einheit kontrolliert, sich kontinuierlich und regelmäßig anpasst, so dass das abgeführte und angesammelte Spanvolumen in jedem Zwischenraum des Schnittmessers konstant bleibt, wobei beim Schnitt eines Stabes die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit am Anfang und am Ende des Schnitts größer und in dem zentralen Bereich geringer ist.

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen.
Der Vorschlag findet besondere, wenn auch nicht ausschließliche Anwendung auf dem Gebiet der automatischen Bearbeitung von Metallstangen, sowohl in Rohrform als auch voll, in Arbeitszentren.

Die Bearbeitung von Metallstangen ist bekannt. Sie betrifft gewöhnlich das Ende des Stückes, zum Beispiel den Stoß, die innere und äußere Abschrägung, das Innen- und Außengewindeschneiden und so weiter.

Da es sich um automatische Bearbeitungen handelt, beginnt man meistens mit der Einsetzung der zu behandelnden Stange in die Werkzeugmaschine, ob Rohr oder Vollstange. Danach ist die erste Phase der Schnitt oder das Stutzen des Stückes, worauf weitere Bearbeitungen folgen.

Die verschiedenen und aufeinanderfolgenden Bearbeitungen werden somit von festen Bearbeitungseinheiten durchgeführt, während das zu bearbeitende Stück mittels eines Drehtischs zyklisch vor jede Einheit versetzt wird, was Transfer genannt wird.

Bisher zeigte sich, dass die erste Phase der Bearbeitungssequenz, ob Rohr oder Vollstange, der Schnitt ist, so dass danach der Drehtisch, an dem das geschnittene Stück befestigt ist, es zu den anderen peripheren Stationen für die darauffolgenden Bearbeitungen versetzen kann.

Um die maximale Produktionskapazität zu erhalten, ist es daher die gemeinsame Absicht der Herstellerfirmen dieser automatischen Maschinen, die Zeit für die verschiedenen Schritte auf ein Minimum zu beschränken und insbesondere für die Schnitt- oder Stutzphase, die bei der beschriebenen Lösung allen darauffolgenden Bearbeitungen vorausgeht.

Diese Zeit zu verringern, bedeutet jedoch auch, die Lebensdauer des Schnittwerkzeugs stark zu beeinträchtigen, das im vorliegenden Fall eine Kreissäge ist. Daher, und auch wegen der Kosten für Kauf und Ersetzung des Messers, mit den entsprechenden notwendigen Totzeiten für die Maschine, ist es zwingend nötig geworden, Bearbeitungstechniken für den besten Kompromiss zwischen der Lebensdauer des Messers und der notwendigen Zeit für die Schnittphase aufzufinden.

Wie bekannt, besteht das Messer aus eine Reihe von Zähnen oder Schneidkanten entlang dem Umfang mit einer bestimmten Teilung, die in den meisten Fällen konstant ist.

Eine der wichtigsten Verschleißursachen des Messers sind die Vibrationen aufgrund des unterbrochenen Schnitts, der entlang dem ganzen Hub der Trennmaschineneinheit vor sich geht, d. h. von der Position, wo die Schneidscheibe die Fläche des zu schneidenden Stückes streift, bis zu der, wo der Schnitt vervollständigt wird. Deshalb wäre die ideale Bedingung, um diese Vibrationen zu verringern, ein Messer mit einer unendlichen Zahl von Schneiden.

Ganz offensichtlich ist dies vom praktischen Gesichtspunkt aus nicht möglich, auch weil man eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit anwenden müsste. Trotzdem kann man jedoch behaupten, umso näher an der idealen Bedingung für den Schnitt zu sein, je mehr Zähne das Messer hat, kompatibel mit der Schnittgeschwindigkeit.

Andererseits muss man auch berücksichtigen, dass eine hohe Zähnezahl einen minimalen Raum zwischen einem Zahn und dem anderen bedeutet, mit dem Risiko, dass der Span sich darin übermäßig anhäuft. Dieser Umstand gibt Anlass zur Entstehung von Reibung zwischen Messer, Zahn und Spänen und hat somit den Nachteil, einen übermäßigen Verschleiß des Messers zu bewirken.

Nun, da während der Schnittphase, zum Beispiel einer vollen Stange, ein gewöhnlicher Zahn des Messers (das mit konstanter Geschwindigkeit rotiert), auf zu schneidende Materialbögen verschiedener Länge trifft, je nachdem, ob man sich am Anfang des Schnitts befindet (kleiner Schnittbogen) oder in der Mitte (maximaler Schnittbogen), begreift man, dass das zwischen einem Zahn und dem anderen angehäufte Material geringer am Anfang des Schnitts (Kontaktbogen Werkstück- Messer klein) sein wird und größer am Ende (Kontaktbogen Werkstück-Messer groß). Natürlich gilt dieselbe Überlegung für den Schnitt eines gewöhnlichen Rohres.

Wenn man all dies berücksichtigt, wird klar, dass eine Methode, um das in einem Raum gespeicherten Spanvolumen zu verringern oder zu erhöhen darin besteht, die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Trennmaschinen-Achse zu verringern oder zu erhöhen, wobei man die Schnitt-, d. h. Rotationsgeschwindigkeit, konstant hält.

Kurz, man kann daher sagen, dass in einem Bearbeitungszentrum mit Trennmaschineneinheiten der herkömmlichen Art, die verbreitetsten Geräte die sind, die die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit konstant halten. Umgekehrt wird sie bei den am weitesten entwickelten Geräten stufenweise variiert, normalerweise in drei Stufen, je nach dem Punkt, an dem man sich befindet.

Im Prinzip kann man sagen, dass die traditionellen Lösungen noch weit entfernt von den optimalen Schnittbedingungen sind. Sie sind in der Tat alles in allem begrenzt, da sie die obengenannten Voraussetzungen erfüllen müssen, die sie zu einem Kompromiss zwingen und die zwar einerseits die Lebensdauer der Messer wahren, andererseits sich aber nachteilig auf die Ausführungszeit der Schnittphase auswirken.

Abschließend kann man sagen, dass die bisher angewendeten Schnittsysteme nie die maximal mögliche Reduzierung der Ausführungszeit der Schnittphase in Verhältnis zu einer bestimmten Verschleißschwelle des Messers erreichen, die als normal definiert ist.

Wenn man all dies berücksichtigt, erscheint die Notwendigkeit offensichtlich, alternative und viel effizientere Lösungen aufzufinden im Vergleich zu den bisher zur Verfügung stehenden oder zumindest ableitbaren.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, auf dem Markt eine Lösung anzubieten, die besser die Anforderungen der Kunden befriedigt.

Dieses und andere Ziele werden mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erreicht gemäß den aus den anhängenden Schutzansprüchen hervorgehenden Merkmalen, mittels eines Schnittsystems mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen, die mindestens eine Rohr- oder Rundstabschnittphase umfassen, wobei die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Stutzeinheit, die von einer logischen Einheit kontrolliert wird, sich kontinuierlich und regelmäßig anpasst, so dass das Volumen der abgeführten und gespeicherten Späne in jedem Zwischenraum des Messers konstant bleibt, wobei für den Schnitt einer Stange eine größere Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit am Anfang und am Ende des Schnitts und eine geringere Geschwindigkeit in dem zentralen Bereich gilt.

Auf diese Weise werden durch den bemerkenswerten kreativen Beitrag, dessen Wirkung einen unmittelbaren technischen Fortschritt darstellt, mehrere Ziele erreicht.

In erster Linie erreicht man eine deutliche Reduzierung der Schnittzeit im Vergleich zu den nachweisbaren Werten bei Standardgeräten.

Diese Zeitersparnis kommt bei jeglichem Durchmesser des Messers und der zu schneidenden Stange immer zustande.

Es handelt sich um eine Maschine mit einem guten technologischen Inhalt und mit einem System, das in der Lage ist, die Schnittzeit zu verringern, sich jedoch so nahe wie möglich an den idealen Schnittbedingungen hält, so dass man eine längere Lebensdauer des Messers im Vergleich zu den früheren Lösungen erhält.

Dieser und andere Vorteile gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung mindestens einer Vorzugslösung hervor, mit Hilfe der beigefügten schematischen Graphiken, deren Ausführungseinzelheiten nicht als einschränkend zu verstehen sind, sondern nur als beispielhaft.
Fig. 1 ist eine Graphik, die den Vergleich zwischen der Trennmaschinenachsbewegung gemäß der Standardschnitttechnik (1) und der Trennmaschinenachsbewegung gemäß der in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Schnitttechnik (2) darstellt. Die Analyse galt der Bearbeitung eines Rohrs mit Durchmesser 50 mm und mit einer Stärke von 8 mm.
Fig. 2 ist eine zweite Graphik, die den Vergleich der nötigen Zeit darstellt, um die Bearbeitungsphase gemäß der Standardschnitttechnik (1) bzw. gemäß der in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Schnitttechnik (2) auszuführen. Die Analyse galt einem Rohr mit Durchmesser 50 mm und mit einer Stärke von 8 mm.
Schließlich zeigt die Fig. 3 den Vergleich des angesammelten Spanvolumens im Innern jedes Zwischenraums gemäß der Standardschnitttechnik (1) bzw. gemäß der in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Schnitttechnik (2). Die Analyse galt ebenfalls der Bearbeitung eines Rohrs mit Durchmessers 50 mm und mit einer Stärke von 8 mm.
Unter Bezug auch auf die Figuren zeigt sich, dass das Ziel der vorliegenden Erfindung die Veränderung der Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Achse der Trennmaschineneinheit ist, damit das von jedem Zahn abgeführte Spanvolumen konstant bleibt.
Bei der schematischen Darstellung des Algorithmus, der zweckmäßigerweise in der logischen Einheit der Werkzeugmaschine vorgegeben ist, muss man zunächst berücksichtigen, dass das von jedem Zahn des Messers abgeführte Spanvolumen, gemessen in [mm^3/Zahn], ist:

q = Bogen.S.az

wobei
q = angesammeltes Spanvolumen zwischen zwei Zähnen des Messers [mm^3/Zahn]
Bogen = der Schnittbogen zwischen dem durchschnittlichen Umfang des Messers und dem runden zu schneidenden Stück [mm]
S = Stärke der Scheibe [mm]
Az = Vorwärtsbewegung pro Zahn der Trennmaschinenachse [Mm/Zahn]
Hinsichtlich der Stärke des Messers kann man feststellen, dass sie bekannt ist, da man annimmt, dass bezüglich der auszuführenden Operation schon entschieden worden ist, mit welcher Scheibe man schneiden will.
Den Schnittbogen erhält man über eine mathematische Relation, erhalten durch Lösung des Systems zwischen der Gleichung des Messerumfangs und der Gleichung des Umfangs der kreisförmigen zu schneidenden Stange in Abhängigkeit von dem Punkt, an dem sich das Messer im Innern der Stange befindet. Man erhält so das Verhältnis Bogen = f(x) wobei x die Position des Messers ist. Im Falle x = "0" ist Messer am Anfang des Schnittsund bei x = "Stangendurchmesser" befindet sich Messer am Ende des Schnitts.
Das abgeführte Spanvolumen "q", das konstant bleiben soll, wird berechnet unter der Annahme, dass das Messer sich im Zustand maximaler Abfuhr befindet, d. h. auf dem Durchmesser der vollen Stange (oder, bei Rohren, im Innern der Stärke mit dem Messer an die Bohrung anliegend). In diese Bedingungen führt man einen Wert für die Vorwärtsbewegung pro Zahn "az" ein, und man berechnet "q" mit der angegebenen Formel.
Je nach Durchmesser der zu schneidenden Stange entsteht eine Stichprobe von Punkten an verschiedenen Stellen von "0" bis zur Erreichung des Durchmessers der zu schneidenden Stange, und man wendet folgendes Verhältnis an:

az = q/(Bogen.S)
Die absolute Vorwärtsbewegung, zum Zweck der Bestimmung der Bewegung der Achse der Trennmaschineneinheit, erhält man über das Verhältnis:

a = az.z.n

mit:
a = absolute Vorwärtsbewegung der Trennmaschine in [mm/min]
z = Zahl der Schneiden des Messers (bekannt)
n = Drehzahl des Messers [U/min] (bekannt)

Claims

1. Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen, die mindestens eine Rohr- oder Rundstabschnittphase umfassen, wobei bekannt sind:
z = Zahl der Schneiden des Messers
n = Drehzahl des Messers [U/min]
az = Vorwärtsbewegung pro Zahn der Trennmaschinenachse [mm/Zahn]
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Stutzeinheit, kontrolliert von einer logischen Einheit, sich kontinuierlich und regelmäßig anpasst, so dass das angesammelte Spanvolumen in jedem Zwischenraum des Messers konstant bleibt, wobei das Verhältnis vorgesehen ist:

a = az.z.n

mit:
a = absolute Vorwärtsbewegung der Trennmaschine in [mm/min]

2. Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsbewegung pro Zahn der Trennmaschinenachse durch folgendes Verhältnis bestimmt ist:

az = q/(Bogen.S)

wobei
q = angesammeltes Spanvolumen zwischen zwei Zähnen des Messers [mm^3/Zahn]
Bogen = der Bogen aus der Überschneidung zwischen dem durchschnittlichen Umfang des Messers und dem kreisförmigen zu schneidenden Stück [mm]
S = Stärke der Scheibe [mm]
az = Vorwärtsbewegung pro Zahn der Trennmaschinenachse [mm/Zahn]

3. Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeführte Spanvolumen jedes Zahns des Messers, gemessen in [mm^3/Zahn], gegeben ist durch

q = Bogen.S.az

4. Schnittsystem mit konstantem Spanvolumen für Werkzeugmaschinen nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Stutzeinheit, kontrolliert von einer logischen Einheit, sich kontinuierlich und regelmäßig anpasst, so dass das angesammelte Spanvolumen in jedem Zwischenraum des Messers konstant bleibt, wobei es für den Schnitt einer Stange eine größere Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit am Anfang und am Ende des Schnitts und eine geringere Geschwindigkeit in dem zentralen Bereich gibt.