DE2556221A1 - Nadelfraeser-anordnung - Google Patents

Description

Th. Kieserling & Albrecht 1¹ · Dezember 197 5 Solingen „ Pat.Abt.Bra/St. Patentanmeldung Akte K 207

Nadelfräser-Anordnung.

Die Erfindung betrifft eine Nadelfräser-Anordnung zur Bearbeitung von etwa ebenen Oberflächen länglicher Werkstücke, bestehend aus mindestens einem zylindrischen Nadelfräser, dessen Länge größer ist als die Breite des zu bearbeitenden Werkstücks und der schräg zur Durchlaufrichtung des Werkstücks angeordnet ist.

Bürsten unterliegen bei der spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken einer deutlichen Abnutzung. Wenn mit rotierenden Bürsten Bandmaterial geringer Breite oder Draht bearbeitet wird, nutzen sich diese, wenn sie quer zur Durchlaufrichtung des Werkstücks angeordnet sind, auf ihrem Umfangsprofil unterschiedlich stark ab. Eine sich evtl. anschließende gleichmäßige Bearbeitung von breiteren Werkstücken ist dann - ohne Nachbearbeitung der Bürsten - nicht mehr möglich. Deshalb wird vereinzelt vorgesehen, die Bürstenlänge nach der größtmöglichen Breite der Werkstücke auszulegen und die Bürsten schräg anzustellen.

Die GB-PS 854 7 66 zeigt eine Maschinenanordnung zur Oberflächenbearbeitung metallischer Bänder. Dort sind mehrere Gerüste mit Bearbeitungswerkzeugen hintereinander gereiht. Jedes Gerüst hat mindestens zwei rotierende, in etwa quer zur Durchlaufrichtung der Werkstücke angeordnete Bürsten, die die Oberfläche des durch die Gerüste hindurch geführten Werkstücks auf gegenüberliegenden Seiten bearbeiten. Zur Vermeidung der Profilbildung auf der Umfangsflache der Bürsten können -die Gerüste um ein Winkelmaß zwischen 5 und 45 geschwenkt werden. Alternativ zu einer Schwenkung der Gerüste ist dort vorgesehen, daß die Bürsten axial hin- und herbewegt

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werden, um eine Profilbildung auf der Umfangsflache derselben zu vermeiden.

•Nadelfräser sind zylindrische Bürsten, die sich durch eine besonders dichte Packung der Stahlnadeln am Umfang der Fräser auszeichnen (DT-OS 1 802 3 60). Sie wurden speziell für den Abtrag von Oberflächenschichten metallischer Werkstücke geschaffen. Sie eignen sich insbesondere auch zur Rißfreibearbeitung warmgewalzter Werkstücke aus Stahl, wie z.B. 4-kant Knüppel und Platinen und auch zur Bearbeitung von Werkstücken aus NE-Metallen. Sie stehen damit im Wettbewerb zu Verfahren, wie Strahlentzundern/ Beizen oder Schleifen. Mit den bekannten Anordnungen von Bürsten oder Fräsern war es nicht möglich, die Leistungen der konkurrierenden Verfahren zu erzielen, ohne durch eine Erhöhung der Anzahl der Werkzeuge vom Kaufpreis her an Wettbewerbsfähigkeit einzubüßen. Auch steht der Erhöhung der Anzahl der Werkzeuge das Argument größerer baulicher Abmessungen entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit von Nadelfräsern bzw. von Nadelfräsanlagen wesentlich zu erhöhen, und den Platzbedarf und die Herstellungskosten zu verringern.

" Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fräserlänge das zwei - bis zwanzigfache der Werkstückbreite beträgt, und daß der Anstellwinkel des Nadelfräsers gegenüber dem Werkstück so gewählt ist, daß der Fräser mit seiner ganzen Länge die gesamte Breite des Werkstücks bearbeitet.

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Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Nadelfräserlänge zu Werkstückbreite zwischen 3 : 1 und 10:1. Der zugehörige Anstellwinkel jedes Fräsers zwischen einer Geraden quer zur Durchlaufrichtung des Werkstücks und der Drehachse der Fräser ergibt sich damit etwa zu 70 bis 85 . Dadurch kann die Leistung einer Nadelfrässtation um bis zu einer Zehnerpotenz und mehr erhöht werden. Die Sehragstellung der Werkzeuge richtet sich nach der Werkstückbreite. Die Zerspanungsleistung der Werkzeuge ist deshalb unabhängig von den Werkstückabmessungen .

Da durch die besonders ausgeprägte Sehragstellung der Nadelfräser erhebliche Querkräfte auf das Werkstück einwirken, kann nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß sich die Längsachsen der Fräser kreuzen und zur Durchlaufrichtung der Werkstücke gleiche Winkel aufweisen. Im Ergebnis wird dadurch erreicht, daß sich entsprechend der Drehrichtung der Werkzeuge die genannten Querkräfte in etwa aufheben. Durch unterschiedliche Schnittkräfte und daraus resultierende Schwinqunqen oder durch andere Unregelmäßigkeiten kann es vorkommen, daß sich dennoch geringe Querkräfte ergeben. Besonders wenn nur eine Seite des Werkstücks bearbeitet werden soll, ist das Maß der auftretenden Querkräfte erheblich.

Um diese Querkräfte auffangen zu können und um Schwingungen zu vermeiden, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß den Seitenflächen des Werkstücks

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im Bereich der Nadelfräser Stützelemente, z.B. Stützrollen zugeordnet sind, die mit ihren Umfangsflachen an den Seitenflächen des Werkstücks anliegen. Vorzugsweise ist eine paarweise seitliche Abstützung des Werkstücks durch Rollen vorgesehen. Die Stützrollen sind zwischen den Nadelfräsern angeordnet, sodaß die auftretenden Querkräfte kein Biegemoment auf das Werkstück ausüben.

In der Ein- und Auslaufphase eines jeden Werkstücks ergeben sich durch die Schrägstellung der Nadelfräser besondere Probleme, da bei unveränderter Anordnung zunächst die gesamte Anpreßkraft der Nadelfräser auf einefsehr geringemFläche in das Werkstück eingeleitet werden müßte, bzw. der Fräser aufgrund seiner außermittigen Belastung wegkippen würde. Zur Vermeidung dieses Nachteils sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nadelf raser anordnung, die mit einer Schwenkvorrichtung für jeden Fräser ausgerüstet ist, eine ansich bekannnte -Abtasteinrichtung zur Ermittlung von Werkstückanfang und Werkstückende vor, die unmittelbar vor den Nadelfräsern angeordnet ist, sowie ein mit der Schwenkvorrichtung verbundenes Gerät zur Ermittlung und Weiterleitung des Winkelwertes der schräg angestellten Fräser, welches Gerät an die Zustellmittel der Werkzeuge angeschlossen ist. Mit der Abtasteinrichtung werden Werkstückanfang und Werkstückende ermittelt. Das so erhaltene Signal wird verzögert. Wenn z.B. der Werkstückanfang den zugehörigen Nadelfräser erreicht hat, wird dieser aus

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seiner Stellung quer zum Werkstück um eine Achse rechtwinklig zur zu bearbeitenden Werkstückoberfläche geschwenkt, sodaß er nach Abschluß der Schwenkbewegung die erfindungsgemäße Schrägstellung inne hat. Die Werkzeuge werden von den Zustellmitteln, z. B. von einem Hydraulikzylinder, erst dann mit der vollen.Kraft gegen das Werkstück gedrückt, wenn sie ihre endgültige Lage relativ zum Werkstück eingenommen haben. Der Aufbau der Anpreßkraft geschieht in dem Maße, in dem das Werkzeug mit seiner Länge am Werkstück angreift. Als Gerät zur Ermittlung und Weiterleitung äes Winkelwertes der schräg angestellten Fräser dient ein Potentiometer, vozugsweise ein Cosinuspotentiometer. In Ausgestaltung dieses Merkmals der Erfindung kann vorgesehen sein, daß neben der Anpreßkraft des Werkzeugs auf das Werkstück auch die Schwenkgeschwindigkeit des Werkzeugs und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Werkstücks gesteuert werden. Die Abtasteinrichtung istfin Durchlaufrichtung des Werkstücks gesehen^vor den Werkzeugen angeordnet. Bei Bearbeitungsbeginn sind die Nadelfräser quer zur Durchlaufrichtung des Werkstücks angeordnet. Das Werkstück wird zwischen die Längsmitten der Nadelfräser eingeführt. Die Nadelfräser werden in ihre diagonale Anordnung zum Werkstück geschwenkt, sobald der vordere Werkstückabschnitt den Fräserbereich verläßt. Bevor der hintere Werkstückabschnitt in den Fräserbereich kommt, werden die Nadelfräser aus ihrer diagonalen Anordnung in die Stellung quer zur Durchlaufrichtung des

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Werkstücks zurückgeschwenkt. Damit wird erreicht, daß die Fräser in der Anfangs- und Endphase mittig belastet werden und daß die Werkzeuge selbst in der Einlaufphase eine Art Einführtrichter bilden. Der Druck des Werkzeugs auf das Werkstück ist während der gesamten Bearbeitung konstant. Die Aufhängung der Nadelfräser ist so nachgiebig gewählt, daß sie Unebenheiten und Verdrallungen des Werkstücks folgen können.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist die Aufsicht auf einen erfindungsgemäß angeordneten Nadelfräser.

Fig. 2 zeigt die paarweise Anordnung von Nadelfräsern in perspektivischer Darstellung

Fig. 3 stellt die seitliche Abstützung des

Werkstücks zwischen den erfindungsgemäß angeordneten Nadelfräsern perspektivisch dar.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Schwenken eines Nadelfräsers in Perspektive.

-In Fig. 1 ist ein Werkstück 1 dargestellt, das von einem Nadelfräser 2 bearbeitet wird. Das Werkstück,1 ist eine Bramme mit in etwa ebenen Oberflächenabschnitten. Der Nadelfräser 2 ist schräg

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zur Durchlaufrichtung 3 des Werkstücks 1 angestellt. Die Fräserlänge " 1 " beträgt etwa das Fünffache der Werkstückbreite " b ". Der Anstellwinkel " <£ " ist so gewählt, daß der Fräser mit seiner ganzen Länge ⁿ 1 " die gesamte Breite " b " des Werkstücks 1 bearbeitet. Der Anstellwinkel " oL " des Werkzeugs beträgt etwa 78°. Die paarweise erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 2 besteht aus den Nadelfräsern 4 und 5, die das Werkstück 1 an gegenüberliegenden Seiten bearbeiten. Die Längsachsen 22,23 der Nadelfräser 4, 5 sind gegensinnig mit gleichen Winkeln " qL " zur Querachse 24 des Werkstücks 1 engestellt. Die Schnittkräfte 19, 20, die sich nach Größe und Richtung u.a. aus der Umfangskraft der Fräser und der Vorschubkraft des Werkstücks ergeben, heben sich in etwa auf, sodaß keine nennenswerten Qu er kr äf te auf das Werkstück einwirken.Aus Richtung des Pfeiles 6 gesehen, haben die Fräser gleichen Drehsinn.

In Fig.. 3 wird das_Werkstück 1 ebenso wie in Fig. 2 auf zwei gegenüberliegenden Seiten von den Nadelfräsern 4,5 bearbeitet. Die Anordnung der Fräser 4,5 entspricht der Anordnung in Fig. 2. Zusätzlich sind auf Höhe der Nadelfräser 4,5 den nicht bearbeiteten Seitenflächen 7,8 des Werkstücks Stützrollen 9,10 zugeordnet. Die Stützrollen 9y10 stehen mit ihren Achsen 16, 17 senkrecht zur Durchlaufrichtung 3 des Werkstücks. Sie sind mit ihrem Profil der Form der abzustützenden Seitenflächen angepaßt. En gezeigten Bespiel handelt es sich um zylindrische Stützrollen. Die Stützrollen sind in einer Ebene mit den

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Nadelfräsern angeordnet. Die wesentliche Funktion der Stützrollen .besteht darin, daß sie Schwingungen des Werkstücks, die durch die Nadelfräserbearbeitung angeregt werden können, vermeiden und das Werkstück auf Nadelfräsermitte zentrieren und daß sie auftretende Querkräfte aufnehmen. Da die Richtung der Querkräfte nicht vorhersehbar ist, sind die Stützrollen 9, 10 bevorzugt paarweise gegenüberliegend angeordnet.

In der Anfangs- und Endphase der Bearbeitung eines Werkstücks wäre in der gezeigten Fräseranordnung nicht die gesamte Fräserlänge belastet. Ein oder zwei (bei Doppel-Anordnung der Fräser) außermittige Fräserabschnitte müßten die gesamte Anpreßkraft aufnehmen. Deshalb ist bei der Erfindung vorgesehen, im Anfangsund Endstadium der Bearbeitung eines Werkstücks die Fräser quer zur Durchlaufrichtung des Werkstücks anzustellen. Hierzu dient die Schwenkvorrichtung 11. Alle Nadelfräser weisen eine derartige Schwenkeinrichtung auf. Einlaufseitig ist dem Nadelfräser 4 eine Abtasteinrichtung 21 zugeordnet. Die Schwenkeinrichtung 11 weist ein

-Gosinuspotenfeiometer 26 auf , -das der- Ermittlung -und- Weiter-

leitung des Winkelwertes der schräg angestellten Fräser dient. Das Potenziometer ist an ßen schematisch angedeuteten Hydraulikzylinder 27, an die Zu- bzw. Abführeinrichtung und an den Motor 15 angeschlossen. Die Schwenkeinrichtung besteht aus einem Schneckengetriebe 12, 13 und aus dem die Schnecke 12 antreibenden Motor 15. Das Schneckenrad ist am Werkzeughalter 14 für den Nadelfräser 4 befestigt.

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Der Werkzeughalter 14 ist im nicht dargestellten Maschinenrahmen um die Drehachse 18 des Schneckenrades 13 schwenkbar gelagert. Die von der Abtasteinrichtung 21 ausgehenden Impulse·setzt der Motor 15 mit einer zeitlichen Verzögerung in eine Drehbewegung der Schnecke 12 um. In Abhängigkeit von der Drehbewegung werden durch das Cosinuspotentiometer 26 der Druck im Hydraulikzylinder 27, sowie die Vorschubgeschwindigkeit der Zu- und Abführeinrichtung 28 und auch die Schwenkgeschwindigkeit des Motors 15 gesteuert. Die Arbeitsweise der Fräsmaschine sei im folgenden an Hand des Anfahrvorgangs erläutert. Gegen Ende des Bearbeitungsvorgangs an einem Werkstück laufen die einzelnen Schritte in umgekehrter Reihenfolge ab. Das Werkstück wird durch die Zu- und Abführeinrichtung zwischen die quer zum Werkstück angestellten Nadelfräser vorbewegt. Dabei dienen sowohl die seitlichen Stützrollen, als auch die Nadelfräser selbst als Einführtrichter für das zu bearbeitende Werkstück. Die Abtasteinrichtung 21, die den Werkstückanfang zuvor ermittelt hat, hat das Ankunftssignal des Werkstücks verzögert, bis das Werkstück zwischen die Nadelfräser vorgeschoben ist. Jetzt beginnt die Schwenkbewegung des bzw. der bereits rotierenden Nadelfräser. Die Nadelfräser schwenken in eine diagonale Anordnung im Verhältnis zum Werkstück, sodaß der Fräser mit seiner ganzen Länge die gesamte Breite des Werkstücks bearbeitet. Während dieser Schwenkbewegung wird die Anpreßkraft, mit der der Hydraulikzylinder den Nadelfräser 4 an das Werkstück anpreßt, erhöht. Ebenso wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks während

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der Schwenkbewegung des Fräsers erhöht. Im gleichen Zeitraum wird die Schwenkgeschwindigkeit des Fräsers herabgesetzt. Die Veränderungen von Anpreßkraft, Vor =? chub geschwindigkeit und Schwenkgeschwindigkeit sind so abgestimmt, daß, wenn der Fräser seine diagonale Arbeitsstellung eingenommen hat, das Werkstück etwa um eine halbe Fräserlänge vorbewegt worden ist und die vom Zylinder 27 ausgehende Anpreßkraft ihren Maximalwert erreicht hat.

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Claims (1)

1. Patentansprüche ;

   . .. Nadelfräser-Anordnung zur Bearbeitung von etwa ebenen Oberflächen länglicher Werkstücke, bestehend aus mindestens einem zylindrischen Nadelfräser, dessen Länge größer ist als die Breite des zu bearbeitenden Werkstücks und der schräg zur Durchlaufrichtung des Werkstücks angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräserlänge ( " 1 ") das zweibis zwanzigfache der Werkstückbreite ( " b ")■ beträgt und daß der Ans te 11- - winkel (o/ ) des Nadelfräsers ( 2,4,5) gegenüber dem Werkstück (1) so gewählt ist, daß der Fräser mit seiner ganzen Länge ( " 1 ") die gesamte Breite ( "b") des Werkstücks bearbeitet.

   Nadelfräser-Anordnung nach Anspruch 1 •zur Bearbeitung von steifen Werkstücken mit paarweiser Fräser-Anordnung auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsachsen ( 22, 23) der Fräser kreuzen und zur Durchlaufrichtung ( 3, 25) der Werkstücke (1) gleiche Winkel aufweisen.

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   Patent an sprüche ;

   3. Nadelfräser-Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 3_en Seitenflächen (7,8) des Werkstücks (1) im Bereich der Nadelfräser (4,5) Stützelemente (9,10) zugeordnet sind, die mit ihren Umfangsflachen an den Seitenflächen des Werkstücks aallegen.

   4. Nadelfräser-Anordnung mit einer Schwenkvorrichtung für jeden Nadelfräser, gekennzeichnet durch eine ansich bekannte Abtasteinrichtung zur Ermittlung von Werkstückanfang und Werkstückende, die unmittelbar vor den Nadelfräsern angeordnet ist, _un3 durch ein mit der Schwenkvorrichtung verbundenes Gerät zur Ermittlung und Weiterleitung des Winkelwertes der schräg angestellten Fräser, welches Gerät an die Verstellmittel der Werkzeuge angeschlossen ist.

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