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Vorrichtung zum Fräsen und Schleifen von Walzkalibern Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fräsen und Schleifen von Walzkalibern mit
radial und axial veränderlichem Querschnitt, bei der das kreisscheibenförmige Werkzeug
(Fräser oder Schleifscheibe) mit halbkreisförmiger Schneidkante radial und axial
gegenüber dem Walzkaliber verschiebbar ist und die Werkzeugmitte einen im Durchmesser
veränderlichen Kreisbogen beschreibt.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art beschreibt die Werkzeugmitte
einen im Durchmesser veränderlichen Kreisbogen dadurch, daß das Werkzeug (Fräser
oder Schleifscheibe) radial und axial gegenüber dem Walzkaliber parallel zu sich
selbst verschiebbar ist (deutsche Patentschrift 1179 438).
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Mit dieser bekannten Vorrichtung ist der Vorzug verbunden, daß einerseits
beim Nachschleifen infolge der großen Angriffsflächen trotz kleinerer Vorschübe
große Spanabnahmen und damit kurze Arbeitszeiten erzielbar sind und andererseits
mit der zum wirtschaftlichen Nachschleifen erforderlichen, kräftig gebauten Maschine
auch die benötigten Erstkalibrierungen in das volle Material durch Fräsen mit handelsüblichen
Fräsern in wirtschaftlich günstigen Zeiten gefertigt werden können. Trotzdem bleibt
die Abnutzung der Werkzeuge gering und formgerecht, da sich die Halbkreisform der
Schneide gleichmäßig an dem geschnittenen Kaliber abwälzt.
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Trotz der Vorteile gegenüber älteren Vorrichtungen ist es von Nachteil,
daß die halbkreisförmigen Schneidkanten des Werkzeuges mit einzelnen Abschnitten
in stärkerem Maße zur Bearbeitung herangezogen werden als andere und daß die Außenkanten
der Kaliberöffnung geringfügige Abweichungen von der vorgesehenen Querschnittsform
erfahren, die darauf zurückzuführen sind, daß sich das Kaliber über seinen Umfang
verengt, die Ebene des kreisscheibenförmigen Werkzeuges aber stets parallel zur
Kalibermittelebene verbleibt, so daß dadurch im konischen Kaliberteil ein Nachschliff
entsteht, welcher in den meisten Fällen unerwünscht ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser
Art zu schaffen, bei welcher die Schneidkante des Werkzeuges über ihren halbkreisförmigen
Bogen gleichmäßig zum Schneiden kommt und auch an den Seitenkanten der Kaliberöffnung
die geometrisch genau halbkreisförmige Querschnittsform der Kaliberöffnung erreicht
wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Werkzeugachse bei der kreisförmigen
Bewegung der Werkzeugmitte eine solche Pendelbewegung aufzwingbar ist, bei der die
Schwenkachse durch den Mittelpunkt des Halbkreises der Schneidkante hindurchgeht.
Während bei der Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift 1179 438 das Werkzeug
radial und axial gegenüber dem Walzkaliber parallel zu sich selbst verschoben wird,
so daß das Werkzeug radial und axial gegenüber dem Walzkaliber bewegt wird, wird
erfindungsgemäß diese Bewegung nur für die Werkzeugmitte beibehalten, der Werkzeugachse
dagegen bei der kreisförmigen Bewegung der Werkzeugmitte eine Pendelbewegung aufgezwungen,
und zwar derart, daß die Schwenkachse der Pendelbewegung durch den Mittelpunkt des
Halbkreises der Schneidkante hindurchgeht.
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Damit ist erreicht, daß infolge der Pendelbewegung der Werkzeugebene
die halbkreisförmige Schneidkante des kreisförmigen Werkzeuges eine wechselnde Schrägstellung
an den Kaliberkanten erfährt und damit stets nur in einer einzigen Schneidebene
mit dem Werkstück zum Eingriff kommt, so daß die Schneidkante auch an den äußeren
Kanten der Kaliberöffnung genau dem vorgesehenen Kreisbogen folgt, dessen Radius
sich über die Länge des Kaliberumfanges lau= fend ändert. Die wechselnde Schrägstellung
des Werkzeuges an den Kaliberkanten hat weiterhin zur Folge, daß an den auf dem
Umfang der Walzen konisch verlaufenden Kaliberkanten ein Nachschliff bzw. eine unbeabsichtigte
Beschädigung nicht auftritt.
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Im einzelnen kann nach der Erfindung vorgesehen sein, daß der Werkzeugträger
von einem mit verstellbarer Exzentrizität um eine feststehende, sich parallel zur
Kalibermittelebene erstreckende Achse umlaufenden Exzenterzapfen getragen ist und
sich davon mit Abstand auf einem parallel zur Kaliberachse verlagerbaren Stützzapfen
abstützt, der in mindestens einen in der Mittelstellung des Werkzeuges sich in der
Mittelebene des Kalibers erstreckenden Langschlitz im Werkzeugträger verschiebbar
eingreift.
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Indem der Werkzeugträger von einem mit verstellbarer Exzentrizität
um eine feststehende, sich parallel zur Kalibermittelebene erstreckende Achse umlaufenden
Exzenterzapfen
getragen ist, ist die Möglichkeit gegeben, durch Veränderung der Exzentrizität den
Radius der Kaliberöffnung laufend zu verändern. Dabei gewährleistet gleichzeitig
die Abstützung des Werkzeugträgers mittels eines Stützzapfens, der in einen Langschlitz
bestimmter Lage und Anordnung eingreift, daß die Achse des Werkzeugträgers die Pendelbewegung
ausführt, und zwar derart, daß die Schwenkachse der Pendelbewegung durch den Mittelpunkt
des Halbkreises der Schneidkante hindurchgeht.
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Die Größe der Ausschläge bei der Pendelbewegung kann erfindungsgemäß
dadurch verändert werden, daß der Stützzapfen an einem parallel zur Kaliberachse
verschiebbaren Schieber angeordnet ist.
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Die Verstellung des Schiebers kann erfIndungsgemäß dadurch möglich
gemacht sein, daß am Schieber eine Pleuelstange angreift, deren anderes Ende mit
einem verstellbaren Kurbelzapfen verbunden ist, so daß durch Drehen des Kurbelzapfens
über die Pleuelstange der Schieber eine Verlagerung erfährt, was mit einer Änderung
der Größe der Schwenkbewegung des Werkzeugträgers verbunden ist, jedoch die Symmetrie
der Ausschläge gewährleistet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kaliberachse lotrecht
stehend vorgesehen sein. Dies bringt gegenüber der bekannten Anordnung der Kaliberachse
in einer waagerechten Lage den Vorteil mit sich, daß die rotierenden und die schwingenden
Massen eine hängende und damit stabilere Lage in bezug auf die Aufhängepunkte des
Werkzeugträgers haben. Die das Gewicht des Werkzeugträgers und damit dessen Schwerpunkt
bestimmenden Aggregate, nämlich der eigentliche Trägerkörper des Werkzeuges, der
Antriebsmotor und sein Getriebe, sind infolge der lotrechten Anordnung der Kaliberachse
unterhalb der Aufhängepunkte des 'Werkzeugträgers dem exzentrisch umlaufenden Zapfen
und dem Stützzapfen angeordnet. Außerdem ist durch die erfindungsgemäße Ausrichtung
der Kaliberachse das Kaliber leichter auf die Vorrichtung aufsetzbar als im Falle
einer waagerechten Lage der Kaliberachse. Auch kann sich bei lotrechter Lage der
Kaliberachse das Kaliber mit einer Stirnfläche auf seinem Antriebsteil abstützen,
so daß das Kaliber seine Tragachse nicht auf Durchbiegung beansprucht und einfachere
Lagerungen ausgewählt werden können.
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Bei einer Vorrichtung zum gleichzeitigen und symmetrischen Fräsen
oder Schleifen der beiden Walzkaliber eines geschlossenen Kalibers kann erfindungsgemäß
von besonderem Vorteil sein, daß der Werkzeugträger als U-förmige Schwinge ausgebildet
ist und auf mit verstellbarer Exzentrizität umlaufenden Exzenterzapfen mit seinen
beiden Schenkeln lagert, von denen jeder ein einem Kaliber zugeordnetes Werkzeug
trägt, und deren Verbindungsschenkel sich mittig am parallel zur Kaliberachse am
Ständer verlagerbaren Stützzapfen abstützt.
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Mit dieser Ausführungsform nimmt eine Maschine gleichzeitig zwei Vorrichtungen
zum Fräsen oder zum Schleifen auf, die einen gemeinsamen Antrieb und eine gemeinsame
Steuerung erfahren, wobei die symmetrische Ausgestaltung der die Werkzeuge tragenden
Schwinge besonders günstige Lagerverhältnisse schafft. Auch der Maschinenständer
erfährt somit einen günstigen symmetrischen Aufbau, vor allem auch dadurch, daß
beide Walzkaliber, mit lotrechter Achse eingerichtet, keine Zwischenstützpunkte,
frei tragende Achsen und dementsprechend viele Lagerungen erfordern.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
schematisch wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 die Draufsicht auf eine Maschine mit
zwei Vorrichtungen nach der Erfindung, F i g. 2 die Maschine gemäß F i g. 1 in der
Seitenansicht, F i g. 3 die Maschine nach den F i g. 1 und 2 in der Stirnansicht
bei gleichzeitiger Andeutung der Antriebe und Einstellvorrichtungen, F i g. 4 in
vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus der F i g. 3 zur Verdeutlichung der
Arbeitsbewegungen der Werkzeuge und F i g. 5 den Gesamtgetriebeplan.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, besteht die Maschine mit Vorrichtungen
nach der Erfindung aus dem Maschinengestell 1, welches mittig das Scheibenträgergehäuse
2 und an den Enden die beiden Kaliberaufnahmen 3 aufweist. Auf den Kaliberaufnahmen
3 sind die Kaliberschlitten 4 mittels der Handräder 5 quer zur Längsachse des Maschinengestells
1 verstellbar.
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An den beiden Stirnseiten des Scheibenträgers 43 sind die beiden Scheiben
6 vorgesehen, welche jeweils einen Exzenterzapfen 7 tragen, der durch eine radiale
Verlagerung der Scheibe 6 exzentrisch zur Mittelachse 8 des Scheibenträgergehäuses
2, bzw. des Scheibenträgers 43 verlagerbar ist. An den Exzenterzapfen 7 hängen die
Schenkel 9 des als U-förmige Schwinge ausgebildeten Werkzeugträgers 10, der mittig
an der Stelle 11 eine Abstützung am Maschinengestell 1 erfährt, die später im einzelnen
erläutert wird.
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Einen weiteren Teil des Maschinengestells 1 bildet noch der Aufbau
12 hinter dem Scheibenträgergehäuse 2, in dem sich verschiedene Antriebs- und Getriebeorgane
befinden. Am Aufbau 12 ist insbesondere der Trägerschlitten 86 verschiebbar mit
der austauschbaren Schablone 13 in Form eines Lineals angebracht, welche der Fühler
14 abtastet, durch welchen die exzentrische Lage des Exzenterzapfens 7 in bezug
auf die Achse 8 des Scheibenträgers 43 ihre Einstellung erfährt.
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Auf den Kaliberschlitten 4 sind jeweils die Kaliber 15 mit einem Drehantrieb
angebracht. Den Kalibern 15 liegen die kreisseheibenförmigen Werkzeuge 16 mit ihrem
Drehantrieb 17 zugeordnet. Die Werkzeuge 16 sind an den Schenkeln 9 des schwingenförmigen
Werkzeugträgers 10 befestigt und erfahren durch den exzentrischen Umlauf der Exzenterzapfen
7, an denen die Schenkel 9 des Werkzeugträgers 10 hängen, die für das Fräsen
und Schleifen vorgesehene Bewegung derart, daß der Werkzeugachse bei der kreisförmigen
Bewegung der Werkzeugmitte eine solche Pendelbewegung aufgezwungen wird, bei der
die Schwenkachse durch den Mittelpunkt des Halbkreises der Schneidkante hindurchgeht.
Diese Schwenkbewegung wird an dem an der Stelle 11 am Scheibenträgergehäuse 2 des
Maschinengestells 1 abgestützten Werkzeugträger 10 erzielt. Dies ist im einzelnen
aus den F i g. 3 und 4 zu ersehen.
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Nach den F i g. 3 und 4 rotiert jeweils der Exzenterzapfen 7 exzentrisch
um die Achse 8, wobei die Größe des Kreisbogendurchmessers, also die Exzentrizität,
durch Abtasten des Lineals 13 durch den Fühler 14 laufend verändert wird. Die Schneidkante
18
des kreisscheibenförmigen Werkzeuges 16 verläuft auf einem Halbkreisbogen, dessen
Radius gleich der halben Werkzeugdicke ist. Da die Schenkel 9 des Werkzeugträgers
10 an den exzentrisch umlaufenden Zapfen 7 angehängt sind, vollführt der Werkzeugträger
10 eine der Bewegungen des Exzenterzapfens 7 entsprechende kreisende Bewegung, welche
das am Werkzeugträger, nämlich dessen Schenkel 9 gelagerte Werkzeug 16 mitmacht.
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Die Lager der Werkzeuge 16 sind schematisch gezeigt und mit 19 bezeichnet,
wobei das Band 20 die Verbindung mit dem Werkzeugantriebsmotor 17 herstellt.
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Die Schenkel 9 des als U-förmige Schwinge ausgebildeten Werkzeugträgers
10 weisen auf der dem jeweiligen Werkzeug 16 gegenüberliegenden Seite den Langschlitz
21 auf, welcher derart angeordnet ist, daß seine Mittellinie mit der Mittelebene
des Werkzeuges 16 fluchtet. In den Schlitz 21 greift der frei drehbare Stützzapfen
22 ein, auf dem sich der Schenkel 9 abstützt, und zwar derart, daß der Schenkel
9 um den Stützzapfen 22 pendelt und gleichzeitig in dem Schlitz 21 entsprechend
der Exzenterbewegung des Exzenterzapfens 7 eine hin- und hergehende Bewegung erfährt.
Dadurch, daß Schwenkmittelpunkt des Stützzapfens 22 und Kreismittelpunkt der Schneidkante
18 auf einer Geraden liegen, wobei der Kreismittelpunkt der Schneide 18 mit der
Achse des Exzenterzapfens 7 zusammenfallen, und weil außerdem der Schenkel 9 durch
die Abstützung auf dem Stützzapfen 22 im Längsschlitz 21 eine Hin- und Herverschiebung
erfährt, führt der Schenkel 9 bzw. der ganze Werkzeugträger 10 mit seinen beiden
Schenkeln eine Schaukelbewegung aus, wobei zum einen eine Pendelbewegung um den
Mittelpunkt der Schneidkante 18 und zum anderen eine Pendelbewegung um den Stützzapfen
22 stattfindet. Dabei bewegt sich der Stützzapfen 22 relativ zum Schenkel 9 auf
einer Geraden, während der Kreismittelpunkt der Schneidkante 18 eine kreisbogenförmige
Bewegung ausführt, und zwar durch die Pendelbewegung derart, daß jeweils nur die
abgerundete Schneidkante mit der Fläche der Kaliberöffnung in Berührung kommt, an
welcher die Bearbeitung stattfindet mit dem Ergebnis, daß die Kaliberöffnung bis
zu den Außenrändern geometrisch genau kreisförmig verläuft und eine einwandfreie
Kaliber-Halbkreisform erzielt wird.
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Der Stützzapfen 22 wird von dem Schieber 23 getragen, der lotrecht
verschiebbar am Maschinengestell 1 bzw. dessen Teil 12 angebracht ist. Er hängt
lotrecht verschiebbar an der Pleuelstange 24, die an einem verstellbaren Kurbelzapfen
24 a des Kurbeltriebes 68 hängt. Der Kurbelzapfen 24a läßt sich mittels der Spindel
24 b derart einstellen, daß er zentrisch oder exzentrisch umläuft. Exzentrischer
Umlauf gewährleistet, daß der Stützzapfen 22 während des Betriebes laufend auf-
und abwärts bewegt wird, um so den Schwenkwinkel des Schenkels 9 des Werkzeugträgers
10 auf einen bestimmten Winkel einzustellen, sei es, indem der Stützzapfen 22 unterhalb
der Mittelebene der Kaliberöffnung sich verlagert, sei es, daß er eine Verlagerung
oberhalb erfährt, um auf diese Weise die Pendelbewegung des Werkzeuges 16 beim exzentrischen
Umlauf des Mittelpunktes der Werkzeugschneide 18 der Größe der Ausschläge nach zu
verändern. Außerdem erfährt die Höhenlage des Stützzapfens 22 bzw. seines Schiebers
23 laufend im Rhythmus des Umlaufes der Exzenterzapfen 7 eine Veränderung, um zu
gewährleisten, daß sich Mittelebene des Werkzeuges 16 und Achse des Stützzapfens
22 in einer Ebene befinden.
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Aus F i g. 3 ist im einzelnen zu ersehen, wie der Kalibersehlitten
4 mittels des Handrades 5 in der einen oder anderen Richtung des Pfeiles 25 in die
jeweils erforderliche Lage in bezug auf das Werkzeug 16 gebracht werden kann.
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Der Exzenterzapfen 7 sitzt auf der Kreisausschnittsscheibe 6, die
auf der Stirnfläche 26 des umlaufenden Scheibenträgers 43 radial verschiebbar ist,
wobei die Verschiebung zwecks allmählicher Vergrößerung der Exzentrizität nach Maßgabe
der Abtastbewegung des Fühlers 14 am Lineal 13 erfolgt. Das Lineal 13 ist auch in
der F i g. 3 ebenso wie der Fühler 14 ersichtlich.
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In übereinstimmung mit der Bewegung des das Lineal 13 abtastenden
Fühlers 14 erfolgt die Verschiebung der Scheiben 6 an den Scheibenträgern 43.
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Dazu läßt der Fühler 14 beim Abtasten des sich verschiebenden Lineals
13 über die elektrischen Leitungen 51 den Elektromotor 50 ansprechen,
dessen Antriebswelle 52 die Getrieberäder 53 umlaufen läßt. Diese treiben die Schnecke
53 a an, die in das Schnekkrenrad 54 des Rotors 38 a eingreift, der das Rad
38 trägt. Durch das Rad 38 ist die Verbindung mit der Spindel 30 des Fühlersupports
28 hergestellt, der auf der Spindel 30 mittels der Spindelmutter 29 sitzt. Der Triebverbindung
dienen das Rad 37, das Schneckengetriebe 36, die Welle 33 und die Kegelräder 32
und 31.
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Somit führt der Umlauf des Motors 50 zu einer der Fühlerbewegung entsprechenden
Bewegung des Fühlersupports 28.
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Vom Schneckenrad 54 wird auch der Verstelltrieb für die Scheiben 6
mit den Exzenterzapfen 7 abgenommen. Das Schneckenrad 54 ist nämlich mit dem Innenzahnkranz
54 a eines Planetengetriebes versehen. Der Innenzahnkranz 54 a treibt das
Planetenrad 55,
welches über den Steg 56 mit der Welle 57 umläuft, die über
das Rad 58 in den Zahnkranz 59 eingreift, der auf dem Scheibenträger 43 sitzt, so
daß dessen Rotation den Steg 56 umlaufen läßt. Vom Planetenrad 55 wird das Sonnenrad
60 angetrieben, auf dessen Welle am anderen Ende das Rad 61 sitzt, das für den Antrieb
der Welle 44 in das auf dem Scheibenträger 43 frei umlaufende Rad 39, 40 und dieses
wiederum in das auf der Welle 44 aufsitzende Rad 41 eingreift, durch welche die
Exzentrizität des Exzenterzapfens 7 eingestellt wird. Die Verbindung über das Planetengetriebe
gewährleistet, daß die Drehzahl der Scheiben 6 bzw. der Umlauf der Exzenterzapfen
7 und die Verstellung der Exzentrizität der Exzenterzapfen 7 in einem bestimmten
Verhältnis zueinander stehen.
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Die Welle 44 trägt an ihren Enden jeweils eine Schnecke 45, die in
ein Schneckenrad 46 auf der Spindel 47 eingreift. Die Spindeln 47 durchdringen jeweils
eine Spindelmutter 48, die mittels der Spindeldrehung eine Verschiebung erfährt,
deren Größe der gewünschten Exzentrizität der Exzenterzapfen 7 entspricht, indem
die Verschiebung durch den Fühler 14 durch Abtasten des Lineals 13 bestimmt wird.
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Der Umlauf der Scheibenträger 43, die miteinander durch die Welle
49 verbunden und im Scheibenträgergehäuse 2 gelagert sind, erfolgt mittels des Zahnkranzes
62, in den die Schnecke 63 eingreift.
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Auf deren Achse sitzt die Riemenscheibe 63 a, die mittels des Riemens
70 von der Riemenscheibe 71
mit Kupplung des Antriebsmotors 69 angetrieben
wird.
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Die Schnecke 63 dient außerdem dem Antrieb der Welle 64, welche, wie
die F i g. 4 zeigt, über die Räderpaare 65 und 66 das Schneckengetriebe 67 antreibt,
das seinerseits den Kurbeltrieb 68 in Drehung versetzt, so daß mittels der Pleuelstange
24 deren Schieber 23 mit dem Stützzapfen 22 auf- und abwärts bewegt wird.
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Der Stützzapfen 22 greift in den Längsschlitz 21. Sowohl Stützzapfen
22 als auch Längsschlitz 21 sind aus der F i g. 5 zu ersehen, wobei, wie letztere
zeigt, zwei Schlitze 21 nebeneinander angeordnet sind, in welche beiderseits die
Zapfen 22 des Schiebers 23 eingreifen.
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Der Antriebsmotor 69 dient gleichzeitig dem Antrieb der Kaliber 15
über das Kettenrad 72, dessen Kette 73 das Kettenrad 74 antreibt, das seinerseits
über das Getriebe 75 die Schnecke 76 in Drehung setzt. Die Schnecke 76 greift in
das Schneckenrad 77, auf dessen Welle 78 die Schnecken 79 vorgesehen sind, welche
in die Schneckenräder 80 eingreifen, mit denen die Kaliber 15 angetrieben werden.
Die Welle 78 treibt ferner über die Räderpaare 81 und 82, die über die Teleskopwelle
83 miteinander verbunden sind, die Schnecke 84, die über das Getriebe 85 den Trägerschlitten
86 für das Lineal 13 längs entsprechend der Drehbewegung der Kaliber 15 fortbewegt,
so daß der Fühler 14 durch das Lineal 13 seine Verstellung erfährt, die, wie bereits
beschrieben, die Verstellung der Exzentrizität der Exzenterzapfen 7 bewirkt. Mit
zwei Feststellmuttern 34 wird das jeweilig benötigte Lineal 13 auf dem Trägerschlitten
86 befestigt.
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Wie aus vorstehendem hervorgeht, wird das Fräsen oder Schleifen der
beiden Walzenkaliber 15 selbständig durchgeführt, wobei dieses durch die einander
überlagernden Bewegungen des Werkzeuges bei gleichzeitiger Änderung der Bewegungen
durch Verlagerung des Stützzapfens 22 und durch Veränderung der Exzentrizität der
Exzenterzapfen 7 zustande kommt. Hinzu kommt der Vorteil, daß durch die Pendelbewegung
des Werkzeuges 16 um eine Achse, die durch den Mittelpunkt des Halbkreises der Schneidkante
hindurchgeht, laufend wechselnde Schneidkantenabschnitte zum Eingriff kommen, wodurch
die Lebensdauer des Werkzeuges 16 wesentlich erhöht wird.