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Die
Erfindung betrifft eine Profilwalzmaschine mit Kraftrahmen zum Walzen
mit außenverzahnten
Rundwalzwerkzeugen von Gewinde, Profilen und Verzahnungen bei zylindrischen
Werkstücken,
mit zwei parallelen Walzspindeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus
der
EP 894 555 A1 oder
der
DE 864 388 B sind
Profilwalzmaschinen mit zwei parallelen Rollspindeln bekannt, wobei
die Kräfte,
welche beim Bearbeiten eines Werkstücks die beiden Rollspindeln auseinanderzudrücken, durch
einen Kraftrahmen aufgefangen werden, um ein Auseinanderdriften
der Rollspindeln und damit Fertigungsungenauigkeiten möglichst
zu verhindern. Der Kraftrahmen umfaßt zwei Jochplatten, die mit
Zugankern verbunden und gegen Zugankerrohre abgestützt sind.
Mit den zwischen den Jochplatten angeordneten Zugankern wird auf
die Zugankerrohre eine definierte Vorspannung erzeugt, mit deren
Hilfe im wesentlichen alle Rollkräfte von dem Kraftrahmen neutralisiert
werden. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks entlasten die auftretenden
Rollkräfte
die Zugankerrohre und belasten die Zuganker. Die Vorspannungskraft
soll größer sein
als die maximalen Rollkräfte,
damit die Jochplatten zu keinem Zeitpunkt von den Zugankerrohren
abheben. Durch diese Vorspannung soll die von den Rollkräften bewirkte
Längenausdehnung
des Kraftrahmens reduziert werden. Dies schafft unter anderem die
Möglichkeit,
das Maschinenbett als stabile Meßbasis für die Bestimmung der Positionen
der Rollköpfe
zu verwenden.
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Für das Bewegen
des Werkzeugschlittens mit der Rollspindel in Richtung der gegenüberliegenden
Rollspindel ist an der Jochplatte ein Hydraulikzylinder mit einem
Zylinderkolben angebracht. Der Zylinderkolben ist mit dem Werkzeugschlitten
fest verbunden und bewegt diesen von der Jochplatte weg oder zieht
ihn zu dieser hin, je nachdem ob dem Hydraulikzylinder Hydrauliköl zugeführt oder
entnommen wird.
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Bei
der
DD 200 146 beziehungsweise
der
DD 243 442 wird der
Kraftrahmen von einem Zugbügel
gebildet, der freihängend
innerhalb des Maschinengestells angeordnet ist. Nachteilig ist,
daß für den hydraulischen
Vorschub der Werkzeugschlitten eine mechanische Gleichlaufeinrichtung
vorzusehen ist, die mit dem Zugbügel
ständig
in Eingriff ist. Auf diese Weise ist die Herstellung einer Profilwalzmaschine mit
einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden.
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Nach
der
DE 20 25 659 A1 kann
auf einen zusätzlichen
Kraftrahmen verzichtet werden, wenn die Werkzeugschlitten mittels
zwei mit einem Zuganker versehenen Hydraulikzylindern aufeinander
zu bewegt werden. Nachteilig ist die Steuerung der hydraulisch angetriebenen
Gewindewalzmaschine, was einen erheblichen Aufwand zur Bereitstellung des
Druckmittels und einen Steuerkolben zum Unterbrechen und Wiedereinschalten
des Druckmittels erforderlich macht.
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Ein
wesentlicher Nachteil der hydraulischen Profilwalzmaschinen mit
einem Kraftrahmen besteht darin, daß beim Beschleunigen beziehungsweise
Abbremsen der beweglichen Werkzeugschlitten zusammen mit den Hydraulikkolben
große
Massen bewegt werden.
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Die
Erfindung bezweckt somit eine Profilwalzmaschine mit auf ein Minimum
beschränkten
bewegten Massen, die Bahnbeschleunigungen und Geschwindigkeiten
ermöglichen,
die weit über
der Leistungsfähigkeit
herkömmlicher
Maschinenkonzepte liegen. Die Profilwalzmaschine soll bei einem
günstigen
statischen Steifigkeitsverhalten einen relativ einfachen Aufbau
aus standardisierten Baugruppen und eine geringe Anzahl von Bauelementen
aufweisen, um deutlich geringere Fertigungsaufwendungen und Herstellkosten
zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß sind die
Werkzeugschlitten mit einem Gewindespindelantrieb mit zwei synchron
angetriebenen Gewindespindeln hin und her bewegbar, wobei die Gewindespindeln
zwei in Längsrichtung
hintereinander liegende Gewindeabschnitte mit gegenläufiger Gewindesteigung
aufweisen und die Werkzeugschlitten mit Spindelmuttern versehen
und die Gewindespindeln endseitig mit einem Synchronmotor synchron
angetrieben sind.
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Der
Vorteil der vorgeschlagenen Lösung
besteht in erster Linie darin, daß die Werkzeugschlitten der
Profilwalzmaschine mit zwei Gewindespindeln angetrieben sind, die
zusammen mit den Werkzeugschlitten einen Kraftrahmen bilden. Der
Kraftrahmen zum Neutralisieren der Walzkräfte ist hierbei als Zugrahmen
ausgebildet. Die Gewindespindeln zum Antrieb der Werkzeugschlitten
sind beim Walzen nur auf Zug beansprucht. Ein weiterer Vorteil ist
dadurch gegeben, daß mit
den Gewindespindeln mit gegenläufigen
Gewindeabschnitten ein mechanischer Gleichlauf vorhanden ist, welcher
bewirkt, daß bei
einer Relativdrehung zwischen der Gewindespindel und der zugeordneten
Spindelmutter die Werkzeugschlitten in entgegengesetzter Richtung
um die gleiche Strecke verschoben werden. Hierdurch wird erreicht,
daß beide
Walzwerkzeuge stets in entgegengesetzter Richtung um die gleiche
Strecke bewegt werden, wodurch sie sich in der Arbeitsstellung immer
in derselben Position berühren.
Eine ansonsten bei Hydraulikantrieben notwendige Gleichlaufeinrichtung
ist nicht erforderlich.
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Profilwalzmaschinen
mit Gewindespindeln sind seit langem beispielsweise aus der
EP 761 339 A2 bekannt,
bei welcher die Hydraulikzylinder durch einen Spindelantrieb mit
Kugelgewinde ersetzt werden. Die Genauigkeit eines gewalzten Zahnrades wird
jedoch durch die Aufbiegung der Werkzeugschlitten beeinträchtigt,
so daß die
Profilwalzmaschine nur zum Warmwalzen von weichen Werkstoffen mit
geringen Walzkräften
geeignet ist.
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In
den Abstracts der Japanischen Patentanmeldung
JP 10323732 A1 oder
JP 07124675 A1 beziehungsweise
JP 218 7227 A1 sind
Profilwalzmaschinen mit Flachbackenwerkzeugen dargestellt, die mit
zwei gegenläufig
arbeitenden Gewindespindeln mit Kugelgewinde angetrieben werden.
Profilwalzmaschinen mit Flachbackenwerkzeugen besitzen zwei unter
Ausbildung eines Walzspaltes gegensinnig verfahrbare Werkzeugträger, denen
rückseitig Stützrollen
zugeordnet sind. Mit derartigen Flachbacken – Querwalzmaschinen erfolgt
das Umformen von Werkstücken
mit Kreisquerschnitt durch keilförmige
Werkzeuge. Die am Werkstück
wirkenden Verformungskräfte
werden durch den Maschinenrahmen ausgeglichen. Da die Flachbackenwerkzeuge
quer zur Werkstückachse
bewegt werden, ist der Einsatz eines Kraftrahmens nicht möglich. Weiterhin
wirkt jeder Werkzeugträger
noch mit beidseitig der Stützrolle befindlichen
Führungsrollen
zusammen. Der vorgenannten Bauformen ist ein aufwendiger Aufbau
gemeinsam, was zu erhöhten
Fertigungskosten der Profilwalzmaschine mit Flachbackenwerkzeugen führt.
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Aus
der
DE 4301314 C2 schließlich ist
eine Querwalzmaschine mit zwei horizontal nebeneinander angeordneten
Walzen bekannt, die mit einer Schwenkeinrichtung auf einer gemeinsamen
Achse schwenkbar zueinander gelagert sind. Die Veränderung
des Walzspalts erfolgt mit einem Spindelantrieb von einem Elektromotor,
der unter Zwischenschaltung eines Zwischengetriebes von einem Elektromotor
angetrieben ist. Der Spindelantrieb weist eine einzige Spindel auf,
die hintereinanderliegend mit einem Links – und Rechtsgewinde versehen
ist. Auf diese Weise kann eine Synchronverstellung der Walzen vorgenommen
werden, um den Walzspalt zu vergrößern oder zu verkleinern. Nachteilig
ist, daß der Walzspalt
ringsum geschlossen ist. Der Werkstückdurchmesser ist dadurch beengt
und die Werkstücke können nur
in Richtung der Werkstückachse
zugeführt
werden. Die Querwalzmaschine enthält somit keinerlei Anregung
für eine
Profilwalzmaschine mit zwei gegeneinander verstellbaren Werkzeugschlitten.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Gewindespindeln diagonal
versetzt zu der durch die Walzspindeln gebildeten Walzebene angeordnet, wobei
vorzugsweise die vordere Gewindespindel auf der Bedienseite unterhalb
der Walzebene und die hintere Gewindespindel oberhalb der Walzebene
angeordnet ist.
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Auf
diese Weise ist die Bedienung der Profilwalzmaschine durch eine
Bedienperson wesentlich einfacher und komfortabler gestaltet. Die
Profilwalzmaschine bietet freien Zugang auf der Bedienseite und
erlaubt dadurch einen bequemen Werkzeugwechsel sowie die optimale
Ausrüstung
mit Automatisierungskomponenten. So lassen sich Werkstückzuführungen
und Fördereinrichtungen
für das
Abführen
von Werkstücken
kostengünstig
integrieren.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die hintere Gewindespindel
in dem oberen Eckbereich des Werkzeugschlittens und die vordere
Gewindespindel dazu diagonal beabstandet im unteren Eckbereich des
Werkzeugschlittens auf der Vorderseite der Walzmaschine angeordnet,
wobei die zwischen den Gewindespindeln gedachte Diagonalfläche im Schwerpunktbereich
des Werkstücks beziehungsweise
der Walzwerkzeuge liegt. Dadurch können seitlich auf das Werkstück wirkende
Kräfte
im ganzen vermieden werden.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert
werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Im einzelnen zeigt
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1 eine
Profilwalzmaschine mit zwei Werkzeugschlitten und einem Servoantrieb
mit Verteilergetriebe,
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2 eine
Seitenansicht der Profilwalzmaschine nach 1 und
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3 eine
Profilwalzmaschine mit jeweils mittels Servoantrieb direkt angetriebenen
Gewindespindeln in schematischer Ausführung.
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1 zeigt
stark schematisiert eine Profilwalzmaschine mit einem Rundwalzwerkzeug 1 auf der
linken Seite und rechts ein Rundwalzwerkzeug 1, die gegeneinander
achsparallel beabstandet sind. Das Rundwalzwerkzeug 1 ist
mit einer Walzspindel 2 drehbar in einem linken Werkzeugschlitten 3 und
einem rechten Werkzeugschlitten 3 querverschiebar gelagert
und in Richtung des Doppelpfeils 4 gegenüber einem
zu walzenden Werkstück 5 zustellbar
sowie hin und hergehend angeordnet. Die Drehrichtung der beiden
mit gleicher Drehzahl angetriebenen Rundwalzwerkzeuge 1 ist
gleichsinnig. Dadurch ergibt sich mit dem Abwälzvorgang eine entgegengesetzte
Rotationsrichtung des Werkstücks 5.
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Beim
Kaltwalzen wird das zylindrische Werkstück 5 durch geeignete
Zuführungseinrichtungen
in den Arbeitsraum der in 1 dargestellten
Profilwalzmaschine eingebracht und in dem Walzspalt 6 in bekannter
Weise zwischen den beiden Rundwalzwerkzeugen 1 positioniert.
Durch Zustellung der Werkzeugschlitten 3 entsprechend der
Richtung des Doppelpfeils 4 wird der Walzspalt 6 verringert,
wobei die Profilabbildungen der Rundwalzwerkzeuge 1 auf jeder
Kontaktseite mit der äußern Mantelfläche des Werkstücks 5 in
Eingriff treten und an ihren Berührungsstellen
auf der Umfangsfläche
in axialer Richtung mit gleichem Abstand ein ringförmiges Profil oder
ein Steigungsprofil abbilden. In der Praxis werden abweichend zu
dem vorgenannten Ausführungsbeispiel
verschiedene Anordnungen von Rundwalzwerkzeugen 1 angewendet,
so daß die
Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt werden
kann.
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Der
Antrieb der Rundwalzwerkzeuge 1 erfolgt mit CNC gesteuerten
Antriebsmotoren 7, die jeweils an einem der Werkzeugschlitten 3 angeflanscht und
mit diesem gemeinsam beim Walzen des Werkstücks 5 verschiebbar
sind.
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Auf
einem Maschinengestell 8 in Leichtbauweise sind die Werkzeugschlitten 3 in
Schlittenführungen 9 hin
und her verschiebbar gelagert. Der Linearbewegungsantrieb für die Werkzeugschlitten 3 umfaßt eine
beim Walzvorgang auf Zug beanspruchte vordere Gewindespindel 11 und
eine zweite parallel angeordnete hintere Gewindespindel 12,
die auf der Rückseite
der Profilwalzmaschine angeordnet ist. Der Vorschub und die Rückholbewegung
der Werkzeugschlitten 3 wird durch seitlich an der Profilwalzmaschine
angeordnete elektromotorische Synchronantriebe 13 bewerkstelligt,
die endseitig mit den Gewindespindeln 11, 12 verbunden
sind. Nach 3 können einzelne Drehstrom – Synchronmotoren 14 für die erforderlichen
axialen Bewegungsabläufe
für das
Vor – und
Rückwärtsfahren
der Werkzeugschlitten 3 eingesetzt werden. Für den Einzelantrieb
der Gewindespindel 11 werden drehzahlregelbare Drehstrom – Synchronmotoren 14 eingesetzt,
die mit Regelkreisen versehen, analog oder digital gesteuert durch
den ständigen
Vergleich der Soll – und
Istwerte des Stroms und der Drehzahl dafür sorgen, daß der Antrieb
auch bei wechselnder Belastung den gewünschten Bewegungsablauf exakt
einhält.
Durch Einsatz einer CNC – Steuerung
besteht die Möglichkeit
zur exakten Synchronisation der Gewindespindeln 11, 12.
Die Werkzeugschlitten 3 können auf diese Weise in wenigen
Sekunden beschleunigt werden und dabei die Zielposition auf wenige
Hundertstel Millimeter genau anzufahren. Die Profilwalzmaschine weist
daher eine hohe Dynamik mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten auf.
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Nach 2 kann
das Verstellen der Werkzeugschlitten 3 ebenfalls elektromechanisch
mit einem Drehstrom – Asynchrongetriebemotor 15 und mittels
Zahnriemen 16 vorgenommen werden, welche die hohen Drehzahlen
der Motoren auf die Gewindespindeln 11, 12 übertragen.
Das Ende der Gewindespindeln 11, 12 ist nach 1 antriebsseitig
in einer Motorplatte 17 gelagert, die zur Aufnahme der elektromechanischen
Antriebe oder eines Verteilergetriebes vorgesehen ist. Mit Hilfe
der Servoantriebe und den Gewindespindeln 11, 12 können die
Werkzeugschlitten 3 schnell beschleunigt werden, um innerhalb
kürzester
Zeit die Walzposition präzise
zu erreichen. Dabei können
kurze Walzzyklen erreicht werden.
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Um
einen symmetrischen Walzhub der beiden Werkzeugschlitten 3 zu
gewährleisten,
sind die Gewindespindeln 11, 12 hintereinander
in Längsrichtung
mit zwei Gewindeabschnitten mit gegenläufiger Gewindesteigung mit
Linksgewinde 18 und Rechtsgewinde 19 versehen.
In den Werkzeugschlitten 3 sind axial fluchtend, drehfest
den Gewindespindeln 11, 12 entsprechende Spindelmuttern 21 angeordnet,
die mit den Gewindespindeln 11, 12 in Eingriff stehen.
Der Spindeltrieb kann mit minimalen Reibungsverlusten ausgeführt werden,
damit eine schnelle Drehbewegung in eine Linearbewegung umgesetzt
werden kann. Auf diese Weise kann auf eine weitere Gleichlaufeinrichtung
verzichtet werden. Mit vergleichsweise geringem Aufwand kann ein
sehr kompakter und reibungsarmer Linearantrieb der Werkzeugschlitten 3 realisiert
werden. Die beim Kaltwalzen eines Werkstücks 5 entgegen der
Vorschubrichtung entstehende Walzkraft wird damit nicht am Maschinengestell 8,
sondern direkt im Werkzeugschlitten 3 selbst abgestützt, wobei
wie bei einem Kraftrahmen ein Kraftausgleich zwischen den Rundwalzwerkzeugen 1 entsteht.
Der Unterschied gegenüber
dem Stand der Technik besteht darin, daß der Kraftausgleich nicht
mit einem Druckrahmen, sondern mit einem Zugrahmen vorgenommen wird,
der durch die Gewindespindeln 11, 12 in Verbindung
mit den Werkzeugschlitten 3 gebildet wird.
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Durch
eine Ausbildung der Profilwalzmaschine gemäß 2 befinden
sich die Gewindespindeln 11, 12 außerhalb
der in der Horizontalen liegenden Walzebene 22, die durch
die Walzspindeln 2 definiert wird. Somit wird auch der
Kraftfluss um die Walzebene 22 herumgeführt, was für die konstruktive Ausbildung
der Gewindewalzmaschine von Vorteil ist. Die Gewindespindeln 11, 12 sind
diagonal versetzt zu der durch die Walzspindeln 2 gebildeten
Walzebene 22 angeordnet, wobei vorzugsweise die vordere
Gewindespindel 11 auf der Bedienerseite unterhalb der Walzebene 22 und
die hintere Gewindespindel 12 oberhalb der Walzebene 22 angeordnet
ist.
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Wenn
die hintere Gewindespindel 12 in dem oberen Eckbereich
des Werkzeugschlittens 3 und die vordere Gewindespindel 11 dazu
beabstandet im diagonalen unteren Eckbereich des Werkzeugschlittens 3 auf
der Vorderseite der Walzmaschine angeordnet ist, besteht eine besonders
großer
Distanz zwischen den Gewindespindeln 11, 12, die
gewährleistet,
daß bei
Gleichlauf seitlich auf das Werkstück 5 wirkende Kräfte im ganzen
vermieden werden. Darüber
hinaus kann der ungestörte
Kraftfluß zum
Ausgleich der Walzkräfte
gewährleistet
werden, wenn die zwischen den Gewindespindeln 11, 12 gedachte
und strichpunktiert angedeutete Diagonalfläche 23 im Schwerpunktbereich
des Werkstücks 5 beziehungsweise
der Rundwalzwerkzeuge 1 liegt.