DE19618062A1

DE19618062A1 - Verfahren und Einrichtung zur spangebenden Bearbeitung von Radsätzen schienengebundener Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19618062A1
Application number: DE19618062A
Authority: DE
Inventors: Hans J Naumann; Reinhard Robotta; Gunter Schroeter
Original assignee: Niles-Simmons Industrieanlagen 09117 Chemnitz De GmbH; Niles Simmons Industrieanlagen GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 1996-11-21
Also published as: DE29508017U1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur spangebenden Bearbeitung von Radsätzen schienengebundener Fahrzeuge.

Die Radsätze werden in Zentriermittel aufgenommen und mit am Rad angeordneten Reib- oder Stützrollen, nachfolgend als Rollen bezeichnet, angetrieben. Die Radsätze werden mit rotieren den oder feststehenden Werkzeugen bearbeitet.

An Radsatzbearbeitungsmaschinen sind für den Antrieb bewegliche Rollen mit über Schwenk hebel angeordneten Hubzylinder und Aufstandspunkte bekannt. Die in Radsatzbearbeitungsma schinen aufgenommenen Radsätze werden durch verschiedene Kraftwirkungen, hauptsächlich durch die Antriebskräfte und die Bearbeitungskräfte der Werkzeuge, beeinflußt. Zur Verringe rung der bekannten Mängel und zur Erhöhung der Arbeitsgenauigkeit der Radsatzbearbeitung sind mehrere Lösungen bekannt. In DE 39 13 747 wird vorgeschlagen, die Wirkungslinien der resultierenden Anpreßkräfte der Wirkungslinien der Gewichtskraft anzunähern, wobei die an hebende Rolleneinheit das Radsatzgewicht zusätzlich kompensiert. Nach EP 01 95 891 werden Reibrollen über Gleichlaufvorrichtungen und Schwenkantriebe gleichmäßig angedrückt. Nachteilig bei bekannten Lösungen ist, daß über Rollen jeweils gleichmäßig Anpreßkräfte auf gebracht werden oder mit speziellen Anordnungen der Rollen und festen Werkzeuge die Querkräfte reduziert werden. Dies erfordert jedoch beispielsweise einen erhöhten Aufwand durch die Anordnung von weiteren Rollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Kräfte über Rollen in Abhängigkeit der Kräfte aus der Zerspanung für eine Radsatzbearbei tungsmaschine vorzuschlagen. Damit soll eine hohe Arbeitsgenauigkeit, z. B. durch geringste Verschiebung des Radsatzes bei der spangebenden Bearbeitung, mit niedrigen Aufwand, er zielbar werden. Die notwendigen Antriebskräfte auf den Radsatz, hauptsächlich hervorgerufen aus den Schnittkräften und Normalkräften, sollen während der mechanischen Bearbeitung kei ne Kräfte erzeugen, die zum Verschieben des Radsatzes führen.

Die vorgenannte Aufgabe soll mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß der jeweilige Wert der Schnittkraft des oder der Werkzeuge entsprechend einer vergleich baren Kraft F_C die so über die Hubzylinder der Rollenträger übertragen wird, damit eine der Schnittkraft entgegenwirkende Kraft, überwiegend durch mindestens eine Rolle in der Ebene rechtwinklig zur Rotationsachse des Radsatzes übertragen, wobei die Kraft Z₂ an einer ersten Hubeinrichtung 4 über eine erste Rolle 2 als Kraft F_N2, um ein bestimmtes Verhältnis zu der tangentialen Komponente der Zerspanungskraft F_S1, entgegen der Richtung der tangentialen Komponente der Zerspanungskraft F_S1 des Werkzeuges 10 wirkend, größer eingestellt wird, als die Kraft F_N1 die von der Kraft Z₁ an einer zweiten Hubeinrichtung 5 die über eine zweite Rolle 3 aufgebracht wird, die demzufolge weniger belastet wird, in Abhängigkeit der tangentia len Komponente der Zerspanungskraft F_S1, so daß annähernd eine Kompensation der Werk zeugkräfte erfolgt.

In Radsatzbearbeitungsmaschinen mit Reibrollenantrieb und rotierenden Werkzeugen werden die Radsätze schienengebundener Fahrzeuge in Zentriermitteln aufgenommen und mindestens je zwei Rollen an einem Rad, die in Rollenträgern, Hebel und über Hubzylinder regelbar sind, aufgenommen. Ein so aufgenommener Radsatz hat bei Aufbringung der Zerspanungskraft aus den rotierenden Werkzeugen, eine tangential wirkende Zerspanungskraft, also eine Kraft komponente die auf eine Antriebsrolle gerichtet ist. Die Zerspanungskraft F wird in eine radiale und tangentiale Komponente zerlegt. Die radiale Zerspanungskraftkomponente ist für die Be trachtungen nicht interessant, da sie in Richtung des Radsatzgewichtes wirkt. Aus dem Aufbau einer Radsatzbearbeitungsmaschine mit eingespannten Radsatz sind die geometrischen Bezie hungen des Raddurchmessers, der Anordnung der Rollen, der Gelenkpunkte der Stützeinrich tung und damit die Richtungen der Normalkräfte, Antriebskräfte und der Zerspanungskräfte bekannt. Der tangentiale Anteil der Zerspanungskraft ist im Betrag gleich der Summe der auf gebrachten Antriebskräfte. Die Differenz aus den Kraftrichtungen dieser Kräfte ergibt eine Kraft, die durch die gezielte Änderung der Normalkräfte kompensiert werden kann. Die zu kompensierende Kraft ist die Differenz von tangentialer Zerspanungskraftkomponente und der Antriebskräfte in Richtung und Betrag. Die Änderung und die notwendige Andrückkraft an die Rollen wird durch eine Druckänderung in den Hubzylindern erreicht. Die vorgeschlagene Ein richtung ermöglicht, daß der jeweilige Wert der tangentialen Komponente der Zerspanungs kraft, auch als Schnittkraft F_S des oder der angetriebenen Werkzeuge bezeichnet entsprechend eines bestimmten Verhältnisses der Normalkräfte F_N1 und F_N2, so von den Hubzylindern der Rollenträger übertragen wird, damit eine der Schnittkraft entgegenwirkende Kraft, überwie gend durch eine erste Rolle, z. B. entgegen der Drehrichtung des Werkzeuges, in einer x- Richtung übertragen wird, so daß annähernd bei rotierenden Werkzeugen eine sogenannte Fräskraftkompensation erfolgt.

Aus dem Moment jeder einzelnen Rolle lassen sich Wirkungen auf die Kräfte an Rollen und Hubzylinder ableiten. Es können auch die resultierenden tangentialen Kräfte der Antriebsrollen mit den Schnittkräften aus den Werkzeugen verglichen werden. Vorteilhaft ist die Anord nung des Werkzeuges zwischen den Rollen. Basis für die während der Bearbeitung aufzubrin genden Drehmomente sind natürlich die bekannten Beziehungen zwischen Reibwert, Antriebs kraft und Schnittkraft. Die für die Bearbeitung notwendige Anpreßkraft der Rollen muß auch bei Formfehlern gehalten werden. Mittels einer Regelung der Normalkräfte, in Abhängigkeit der Schnittkräfte der Werkzeuge, wird ein Verschieben des Radsatzes in einer x-Richtung verhindert. Die Festlegung der mehr belasteten Rolle ist von der Drehrichtung des rotierenden Werkzeuges, von dessen Schnittkraftrichtung, abhängig, so daß effektiv mindestens eine erste Rolle durch die zusätzliche Kraftregelung mehr belastet und mindestens eine zweite Rolle ent lastet wird. Mittels der vorgeschlagenen Einrichtung wird ein Regelkreis zur Kompensation, eine Möglichkeit zur Eliminierung der Verschiebung des Rad satzes geschaffen und damit das Gleichgewicht der Kräfte am Radsatz erzielt. Der Radsatz verbleibt in einer vorbestimmten Lage.

Erfindungsgemäß wird dazu eine Einrichtung mit regelbaren Rollen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß

- zwei voneinander unabhängige Rollen, je eine Hubeinrichtung, je Rad
- eine erste Hubeinrichtung 4, eine erste Druckmeßeinrichtung 6
- eine zweite Hubeinrichtung 5 eine zweite Druckmeßeinrichtung 6′, aufweisen,
- Meßeinrichtungen zur Feststellung der jeweilig wirkenden Zerspanungskraft am Antrieb des oder der rotierenden Werkzeuges,
- eine Steuereinheit, zur Ermittlung der Daten für die Einstellung der über Rollen aufzubrin genden Kräfte F_N1 und F_N2, angeordnet ist.

Die Einrichtung kann auch bei der Bearbeitung einer Seite eines Radsatzes und durch die Kompensation an z. B. vier Rollen angewendet werden. Es ist eine verschiebungs- und ver schränkungsfreie Bearbeitung von Radsätzen möglich.

Weitere Ausgestaltungen werden durch die Anwendung von Sensoren zur Kraftmessung an den Hubzylindern der Hubeinrichtungen vorgesehen. Zur Feststellung der tangentialen Kom ponenten der Zerspanungskräfte wird weiterhin eine einfache Methode zur Ermittlung der von Werkzeugen aufgebrachte Zerspanungskraft über die Messung des Motorstromes des ange triebenen Werkzeuges vorgeschlagen. Zweckmäßig ist ebenfalls die Messung und Auswertung der Zerspanungskraft über Sensoren am Werkzeug, der Werkzeugaufnahme oder des Werk zeugspannkopfes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Motorstrom, der Antriebe der einzelnen an treibenden Rollen gemessen und durch Berechnung zur Ermittlung der aufzubringenden Kräfte F_N1 und F_N2 über die Hubeinrichtungen, ausgewertet für eine Fräskompensation. Sofern die Bearbeitung des Radsatzes nicht mit Fräswerkzeugen erfolgt, kann die Einrichtung auch bei Einsatz von nicht rotierenden Werkzeugen zur Werkzeugkraftkompensation ange wendet werden. Die Anwendung der Erfindung ist für das Gleich- und Gegenlauffräsen geeig net.

Der Erfindungsgegenstand soll anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels für eine Rad satzbearbeitungsmaschine mit rotierenden Werkzeugen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 Rollenanordnung an einer Unterflur- Radsatzbearbeitungsmaschine,

Fig. 2 Antriebs- und Bearbeitungskräfte am Radsatz,

Fig. 3 Kräfte am Rad ohne Zerspanungskraft,

Fig. 4 Kräfte am Rad während der spangebenden Bearbeitung.

Bezugszeichenliste

1 Rad/Radsatz
2 erste Rolle
3 zweite Rolle
4 erste Hubeinrichtung der ersten Rolle
5 zweite Hubeinrichtung der zweiten Rolle
6 Druckmeßeinrichtung der erste Hubeinrichtung
6′ Druckmeßeinrichtung der zweiten Hubeinrichtung
7 Schwenkhebel
8 Bett
9 Unterbett
10 rotierendes Werkzeug
11 Aufstandspunkt
12 dritte Rolle
13 vierte Rolle
14 Gehäuseunterstützung
F_RS Radsatzgewicht
F_N1/2 Normalkraft auf Rollen
F_C2 Antriebskraft der ersten Rolle
F_C1 Antriebskraft der zweiten Rolle
F_C4 Antriebskraft der dritten Rolle
F_C3 Antriebskraft der vierten Rolle
F_S1 tangentiale Zerspanungskraftkomponente des ersten Werkzeuges
F_S2 tangentiale Zerspanungskraftkomponente des zweiten Werkzeuges
F_Z Zerspanungskraft
Z₂ Kraft an der Hubeinrichtung der ersten Rolle
Z₁ Kraft an der Hubeinrichtung der zweiten Rolle
Z₄ Kraft an der Hubeinrichtung der dritten Rolle
Z₃ Kraft an der Hubeinrichtung der vierten Rolle
F_P1 Passivkraft.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Unterflurradsatzbearbeitungsmaschine mit einem rotierenden Werkzeug 10. Ein Unterbett 9 trägt ein Bett 8. Die Hubeinrichtungen sind an Auf standspunkten 11 gelagert und über Schwenkhebel 7 mit den Rollen 2, 3 verbunden. Ein auf Reib- oder Stützrollen 2, 3 aufgenommener Radsatz 1 wird zentriert, mit einer Gehäuseun terstützung 14 und unter Wirkung des Radsatzgewichtes und der Normalkraft F_N1/2 abgestützt ist, dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Radsatz 1 mit angelegten Rollen 2, 3, 12, 13 und der wir kenden Antriebskräfte F_C1-F_C4 zur Erzeugung einer Umfangskraft. Über Hubzylinder 4, 5 und Schwenkhebel werden die Normalkräfte F_N1 und F_N2 sowie die Antriebskräfte F_C1 und F_C2 am Rad 1 erzeugt. Die Normalkräfte F_N1 und F_N2 werden über die an den Hubeinrichtungen Z₁ und Z₂ mittels der Druckmeßeinrichtungen 6, 6′ und in Verbindung mit der jeweils über die Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Zerspanungskräfte zugeführten Daten ermittelt, in einer nicht dargestellten Steuereinheit ausgewertet, die auch Bestandteil einer CNC-Steuerung sein kann, als Kraft Z₁ und Z₂ in den Hubzylindern der Hubeinrichtungen 4, 5 erzeugt und über die Rollen 2, 3 als F_N1 und F_N2 aufgebracht.

Basis für die Fräskraftkompensation ist die tangentiale Zerspanungskraftkomponente F_S. Die Antriebskräfte F_C1, F_C2 und oder F_C3 und F_C4 wirken entgegen der Zerspanungskräfte des ro tierenden Werkzeuges 10. Über die Rollen werden Kräfte aus den Hubeinrichtungen Z₁-Z₄ so aufgebracht, daß z. B. die Kräfte an einer ersten Hubeinrichtung Z₂, Z₄ über eine erste Rolle 2, 13 entgegen der Richtung zu einer ermittelten tangentialen Zerspanungskraft F_S wirken, um ein bestimmtes Verhältnis jeweils größer eingestellt wird, als die Kräfte an einer zweiten Hubein richtung Z₁, Z₃. Dadurch wird eine ständige Fräskraftkompensation während des gesamten Be arbeitungsablaufes möglich.

In Fig. 3 werden in einem Krafteck die bekannte Aufbringung der Normalkräfte F_N1 und F_N2 zur Aufnahme des Radsatzgewichtes F_RS, als Ausgangszustand am Rad dargestellt.

In Fig. 4 werden die wesentlichen Kräfte am Rad während der Bearbeitung dargestellt. Die Aufnahme des Radsatzgewichtes F_RS die durch eine unterschiedliche Kraftaufbringung der Normalkräfte F_N1 und F_N2, die über Hubeinrichtungen erfolgt zur Werkzeugkraftkompensation dargestellt. Entgegen der tangentialen Zerspanungskraftkomponente F_S1, mit dem größeren Be trag der Normalkraft F_N2 und einem reduzierten Betrag der Normalkraft F_N1 ,sowie den An triebskräften F_C1, F_C2 wird die tangentiale Zerspanungskraftkomponente F_S1, bei nach Betrag gleichen Antriebskräften F_C1 und F_C2, kompensiert. Die Resultierende aus der tangentialen Zerspanungskompensation F_S1 und den Antriebskräften F_C1 und F_C2 wird durch Vergrößerung der Normalkraft F_N2 eingestellt, mittels der Hubeinrichtung Z₂, sowie die Verringerung der Normalkraft F_N1 an der Hubeinrichtung Z₁ erreicht. Die Passivkraft F_P1 wirkt dem Radsatzge wicht F_RS entgegen und verringert das Radsatzgewicht und damit gleichermaßen die Normal kräfte F_N1 und F_N2. Die radiale Komponente der Zerspanungskraft erzeugt keine Kraft in x- Richtung aber eine gleichmäßige Verringerung der Normalkräfte F_N1 und F_N2. Der zu kom pensierende Anteil der tangentialen Zerspanungskraftkomponente F_S1 ist einerseits abhängig von der geometrischen Anordnung der Rollen und andererseits vom Raddurchmesser, daß heißt, bei großen Raddurchmesser ist der zu kompensierende Anteil der tangentialen Zerspa nungskraftkomponente kleiner als bei kleinem Raddurchmesser. Die Kräfte am Rad befinden sich im Gleichgewicht.

Claims

1. Verfahren zur spangebenden Bearbeitung von Radsätzen schienengebundener Fahrzeuge mit kraftschlüssigen Antrieb, regelbaren Rollen mit bekannten Schwenkachsen dadurch ge kennzeichnet, daß der jeweilige Wert der Zerspanungskraft des oder der Werkzeuge ent sprechend einer vergleichbaren Kraft F_C die so über die Hubzylinder der Rollenträger über tragen wird, damit eine der Schnittkraft entgegenwirkende Kraft, überwiegend durch min destens eine Rolle in der Ebene rechtwinklig zur Rotationsachse des Rades übertragen wird, wobei die Kraft (Z₂) an einer ersten Hubeinrichtung (4) über eine erste Rolle (2) als Kraft (F_N2), um ein bestimmtes Verhältnis zu der tangentialen Komponente der Zerspanungskraft (F_S1), entgegen der Richtung der tangentialen Komponente der Zerspanungskraft (F_S1) des Werkzeuges wirkend, größer eingestellt wird, als die Kraft (F_N1) die von der Kraft (Z₁) an einer zweiten Hubeinrichtung (5) die über eine zweite Rolle (3) aufgebracht wird, die dem zufolge weniger belastet wird, in Abhängigkeit der tangentialen Komponente der Zerspa nungskraft (F_S1), so daß annähernd eine Kompensation der Werkzeugkräfte erfolgt.

2. Einrichtung zur spangebenden Bearbeitung von Radsätzen schienengebundener Fahrzeuge mit kraftschlüssigen Antrieb, regelbaren Rollen mit bekannten Schwenkachsen, zur Durch führung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

- zwei voneinander unabhängige Rollen je eine Hubeinrichtung, je Rad
- eine erste Hubeinrichtung (4) eine erste Druckmeßeinrichtung (6)
- eine zweite Hubeinrichtung (5) eine zweite Druckmeßeinrichtung (6′) aufweisen,
- Meßeinrichtungen zur Feststellung der jeweilig wirkenden Zerspanungskraft am Radsatz oder Werkzeug,
- eine Steuereinheit, zur Ermittlung der Daten für die Einstellung der über Rollen aufzu bringenden Normalkräfte (F_N1 und F_N2), angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtungen (6, 6′) in Form von Sensoren an den Hubzylindern der Hubeinrichtungen (4, 5) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der tan gentialen Komponente der Zerspanungskraft, Sensoren am rotierenden Werkzeug (10) oder der Werkzeugaufnahme angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Zerspanungs kräfte der Motorstrom der angetriebenen Werkzeuge ausgewertet wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Feststel lung der radialen Komponente der Zerspanungskräfte am Werkzeugspannkopf des rotieren den Werkzeuges angebracht ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Motorstrom der antreiben den den Rollen zur Ermittlung der aufzubringenden Kräfte F_N1 und F_N2 ausgewertet wird.

8. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Anwen dung an einer Radsatzbearbeitungsmaschine zur spangebenden Bearbeitung mit einem fest stehenden Werkzeug erfolgt.