DE2718603A1

DE2718603A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung des kalibereinschnittes von pilgerwalzen eines kaltpilgerwalzwerkes

Info

Publication number: DE2718603A1
Application number: DE19772718603
Authority: DE
Inventors: Otto Geiger; Karl-Ernst Genter
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1978-11-02
Also published as: SE7801160L; DE2718603C2; JPS53135094A; DD135358A5; CS202009B2; GB1588392A; SE426921B; SU727120A3; IT7821794A0; FR2387736A1; IT1093941B; JPS5634427B2; FR2387736B1; US4238205A

Description

Dipl.-lnf ■ W. L——

Dipl.-lng.P.C. IMU-f ~ H"* FaI I-Nummer 12

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H.J.Piisan

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Mannesmann Aktiengesellschaft, Mannesmannufer 2, Düsseldorf

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Kalibereinschnittes von Pilgerwalzen eines Kaltpilgerwalzwerkes"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Kalibereinschnittes von Pilgerwalzen eines Kaltpilgerwalzwerkes durch über die Kaiiberumfangskontur und die Querschnittskontur des Kalibereinschnittes fortschreitendes Schleifen mittels einer rotierenden Schleifscheibe, deren Lage und Ausrichtung entsprechend dem Schleiffortschritt ständig verändert wird*

Die Erfindung geht von einer durch die DT-PS 1 179 438 bekannten Vorrichtung zum Fräsen und Schleifen von Walzkalibern aus, bei der die Schleifscheibe eine kreisende Bewegung ausführt, deren Radius dem jeweiligen Kaliberradius entspricht. Die Schleifscheibe wird also im Kaliberquerschnitt auf einem Kreisbogen verfahren, der in der durch Walzen- und Schleifscheibenachse bestimmten Ebene liegt. Da der Berührungspunkt zwischen Schleifscheibe und Pilgerwalze außerhalb dieser Ebene liegt, entsteht ein verzerrtes Kaliber, wobei die Verzerrung noch stark vom Schleifscheibendurchmesser und dadurch vom Abnutzungsgrad der Schleifscheibe abhängt. Ein Kaliber mit neuer Schleifscheibe gefertigt ergibt durch die unterschiedliche Verzerrung andere Abmessungen als ein Kaliber, das unter sonst gleichen Bedingungen mit einer abgenutzten Schleifscheibe gefertigt wurde. Allerdings ist es möglich, die Steuerkurven so zu

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korrigieren, daß das Kaliber im Grund und an den Flanken korrekt ist. In dem dazwischenliegenden Gebiet besteht keine Korrekturmöglichkeit. Die Steuerkurven selbst werden von entsprechenden Schablonen abgenommen, wie es die DT-OS 1 813 281 beispielsweise zeigt.

Nach neueren Erkenntnissen ist es jedoch zur Vermeidung von Dorn- und Walzenbrüchen erforderlich, den Kalibereinschnitt auf seiner gesamten wirksamen Oberfläche eindeutig zu definieren und zu fertigen.

Keines der bekannten Verfahren zur Herstellung des Kalibereinschnittes von Kaltpilgerwalzen ist in der Lage, beliebige, vorher theoritisch bestimmte Kaliberformen zu erzeugen. Vielmehr treten dabei in den Kaliberquerschnitten Verzerrungen auf, die um so größer sind, je größer die Durchmesserreduktionen und damit die Steigungswinkel der Kalibrierung sind. Der Grund dafür ist die sich über den Umfang der Pilgerwalze ändernde Kaliberform, die bewirkt, daß der Berührungspunkt zwischen Walze und Schleifscheibe im veränderlichen Kaliberteil außerhalb der durch Walzenachse und Schleifscheibenachse bestimmten Ebene liegt; wobei der Abstand zwischen dem Berühungspunkt und dieser Ebene mit dem Umfangswinkel der Pilgerwalze und dem Vorschubwinkel des Kaliberquerschnitts variiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren wie auch eine Vorrichtung zur Herstellung des Kalibereinschnittes von Pilgerwalzen für Kaltpilgerwalzwerke zu schaffen, mit der

a) beliebige geometrisch vorgegebene Kaliberformen vorgabegetreu geschliffen werden können,

b) systemimmanente Fehler, die bei den bisher bekannten Verfahren durch Korrekturen nur für einzelne Punkte des Kaliberquerschnitts ausgeglichen werden konnten, auf der gesamten Kaliberoberfläche korrigierbar sind,

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c) der Einfluß des Abnutzungszustandes der Schleifscheibe auf die Korrektur systemimmanenter Fehler ausgeschaltet werden kam.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß zur Lage- und Ausrichtungsveränderung zwischen aufeinanderfolgenden Schleif punkten die Pilgerwalze und die Schleifscheibe um den Berührungspunkt der Schleifscheibe mit der Pilgerwalze geschwenkt werden. Die Schwenkbewegungen werden dabei vorteilhafterweise derart ausgeführt, daß die Pilgerwalze um die Radial komponente des Steigungswinkels im Berührungspunkt und gleichzeitig die Schleifscheibe um die Axial komponente des Steigungswinkels geschwenkt werden.

Durch die Erfindung werden die vorangehend unter a) bis c) genannten Aufgaben gelöst. Die Größe der Schleifscheibe geht nicht mehr in die Korrekturen mit ein.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3, die unter anderem eine numerische Steuereinrichtung als Bestandteil enthält. Der Einsatz einer numerischen Steuereinrichtung ist hier deshalb von besonderem Vorteil, da auf diese Weise die erforderlichen Schwenkbewegungen um den jeweiligen Schleifpunkt durchgeführt werden können und sich die Vorrichtungen über einer mit komplizierten Schablonen oder entsprechenden Linialen als Steuerelemente ausgerüstete erheblich vereinfacht. Entscheidend ist jedoch der Vorteil, wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Gestaltung des Kalibereinschnittes durch Programmänderung der numerischen Steuerung berücksichtigen zu können, ohne an der Maschine selbst eine Veränderung vornehmen zu müssen. Eine Besonerheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Patentanspruch 3 besteht nun darin, daß aus der Sicht des Berührungspunktes zwischen Schleifscheibe 18 und Pilgerwalze 26 ein Schwenken der Schleifscheibe 18 und der Pilgerwalze 26 vorliegt, obwohl die Pilgerwalze 26 nur parallel zu ihrer Achse in z-Richtung verschoben wird. Dies wird durch die NC-gesteuerte Kombination aller Bewegungen erreicht, zu denen auch eine kurzseitige Drehzahlüber-

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lagerung des Drehantriebes gehört, um das Zurücksetzen des Schleifpunktes bzw. des Berührungspunktes durch die entsprechende Drehzahlerhöhung vollständig zu kompensieren.

Auf die weiteren in den Unteransprüchen 4 und 5 niedergelegten Ausgestaltungen der Erfindung sei verwiesen.

Die beigefügten Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und technische Erläuterungen. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Schleifen des Kalibereinschnittes einer

Pilgerwalze in Richtung der Walzenachse (x-Richtung) gesehen, die teilweise im Schnitt dargestellt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Ffg. 1, ebenfalls teilweise im Schnitt, in z-Richtung gesehen,

Fig. 3 eine Seitenansicht von Fig. 1 in y-Richtung gesehen, Fig. 4 - Fig. 6 drei Ansichten einer Kaliberwalze,

Fig. 7 - Fig. 9 drei Ansichten einer Kaliberwalze in Verbindung mit einer Schleifscheibe.

Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 zeigen eine Vorrichtung zum Schleifen des Kalibereinschnittes von Pilgerwalzen. Auf einem Maschinenbett 1 m it einem Maschinenständer 22 ist ein Kreuzschlitten 2 für die in Bewegung in y-Richtung in Wälzlagerführungen 3 angeordnet. Die Verschiebung des Kreuzschlittens 2 erfolgt über eine Kugel roll spindel 4 durch NC-gesteuerten y-Antrieb 5. Auf dem Kreuzschlitten 2 Ist ein Schleif schlitten 6 in weiteren Wälzlagerführungen 7 angeordnet. Die Verschiebung des Schleif Schlittens 6 erfolgt über eine weitere Kugelroll spindel 8 durch einen NC-gesteuerten x-Antrieb 9. Auf dem Schleifschlitten 6 ist ein Lagerbock 1o befestigt, in dem ein Werkzeughalter um einen Drehzapfen 12 schwenkbar gelagert ist. Das Schwenken des Werkzeughalters 11 erfolgt mittels eines Hebels 13 über einen Schieber 14, eine weitere Kugel roll spindel 15 und einen NC-gesteuerten Schwenkantrieb 16. Im Werkzeughalter 11 ist eine Schleifspindel 17 so gelagert,

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daß die Mitte des Profils einer Schleifscheibe 18 auf der Mitte des Drehzapfens 12 liegt. Die Schleifscheibe 18 ist auf der Schleifspindel mittels einer Aufnahme 19 befestigt und wird über einen Riementrieb von einem Motor 21 angetrieben. Die eben beschriebenen Teile der Vorrichtung ermöglichen das Schwenken der Schleifscheibe 18 sowie erforderliche Korrekturen des Werkzeughalters 11 und damit der Schleifscheibe 18 in x-Richtung und in y-Richtung.

Auf dem Maschinenbett 1 ist hinter dem Kreuzschlitten 2 der Ständer befestigt, auf welchem ein Walzenschlitten 23 wälzlagergeführt angeordnet ist. Die Verschiebung des Walzenschlittens 23 in z-Richtung erfolgt über eine weitere Kugelrollspindel 39 durch einen NC-gesteuerten Verschiebeantrieb 25. Im Walzenschlitten 23, der einen Mitnehmer 31 für die KugelrolIspindel 39 aufweist, ist eine Arbeitsspindel 24 gelagert, auf der eine Walzenaufnahme 25 mit einer Pilgerwalze 26 befestigt ist. Der Antrieb der Arbeitsspindel 24 erfolgt über ein Schneckenrad 28, Eine Schnecke 29 durch eine NC-gesteuerten Drehantrieb 27.

In Fig. 3 ist eine numerische Steuereinrichtung 33 angedeutet, von der Steuerleitungen 34, 35, 36, 37, 38 zu den entsprechenden Antrieben, nämlich dem y-Antrieb 5, dem x-Antrieb 9, dem Schwenkantrieb 16, dem Verschiebeantrieb 25 und dem Drehantrieb 27 führen.

Die erfindunggemäße Vorrichtung läßt sich selbstverständlich derart ergänzen, daß gleichzeitig zwei Pilgerwalzen, d. h. ein Walzenpaar geschliffen werden können. Zu diesem Zweck wäre die Arbeitsspindel entsprechend umzugestalten, so daß auf beiden Seiten je eine Walze angebracht werden könnte, der Schleifschlitten 6 wäre so zu verringern, daß er zwei Schleifscheiben 18 aufnehmen kann.

Bei der Herstellung eines Kalibereinschnittes 32 einer Pilgerwalze wird vorzugsweise zunächst entlang der Umfangskontur geschliffen und die Schleifscheibe 18 nach einer Umdrehung relativ zur Pilgerwalze 26 in x-Richtung versetzt.

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Nachfolgend werden weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Durch das Schwenken der Schleifscheibe entsteht aus der kreisbogenförmigen Schnittfläche ihres äußeren Torus mit der Horizontal ebene der Schwenkmitte in erster Näherung eine Ellipse. Im Berührungspunkt müssen der Steigungswinkel der Ellipse und der durch den Flankenfreischliff bedingte Steigungswinkel S/j. des Kaliberquerschnitts gleich sein. Das bedingt Korrekturen der Koordinaten der Schleifscheibe.

Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen die Lage der Winkelan der Pilgerwalze. Der Berührungspunkt zwischen Kaliber und Walze ist bestimmt durch die folgenden

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Komponenten: 40 . .

1) 7.'inkei Q (Phi) ist der V/lnkel zwischen 0-Punkt der 7/alze und der Radialebene des Berührungspunktes

2) Winkel Ύ" (Psi) ist in der Radialebene des Kaliberouerschnixts der Winkel zwischen KaliDergrundpunkt und Berührungspunkt

3) 2ςγ ist der Radiusvektor vom, auf dem ideellen Walzenradius r . gelegenen, Mittelpunkt des Kalibers bis zwo. Berührungspunkt.

Der Kalioerradius Xg^ ist eine Funktion von ^ und ^jT und setzt sich folgendermaßen zusammen:

= f(g)+g(g)~ h(<y). Hieroei ist f(g ) eine Funktion

, die die Fora des Kalibergrundes bestimmt ( bzw. den kaliberradius ohne Berücksichtigung des Freischnitts), 1ι(<γ). ; eine Punktion von--γ· bestimmt die Grundform des Freischnitts ir: Zalibsrouerschnitt, g(g ) eine Punktion von Cj> , die die Grundform des Freischnitts über den Walzenumfang variiert. Sie Steigungswinkel an der Walze in den einzelnen Berührungspunkten -.verden aus den Komponenten 1-3 berechnet.

Die Komponente des Steigungswinkels γ? in radialer Richtung errechnet sich zu

taa^v = (f' (*? ) + g' ( ff ) -». h (^V) « sin ^f r. . — X <?'Ύ* »cos (^Sp

Die Komponente des Steigungswinkels ^ in achsialer Richtung errechnet sich zu

< cos ΛίΓ

. cos_T

Dabei sind f (3 ) un^ g^f(J ) die Differentialquotienten, von f(^ ) und g(J ).

Der Steigungswinkel des Kaliberfrei3chnitts ^U errechnet sich, zu

= 180 -/γ+ arc ten g(ff ) .h'

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Dabei ±sz h'(^f) der Differenxialquotient von

^c isx der Steigungswinkel des Kaliberquerschnitts in der üadiaieber.e zv/isehen der Tangente und der Linie, die den «Talzenu^fang begrenzt.

Zur Bestinmung der durch die Schwenkung der Schleifscheice erforderlichen Korrektur wird der Parameter t errechnet ZXi . "

tan t = tan ^ cos ^t

Dasit liegen sämtliche Parameter zur Bestimmung der Koordinaten des Schleifprozesses fest. Dazu dienen folgende Formeln:

x=K siniy* - r sin t '

COS^J₃₁ .

Dabei isx r der ADrichtradius des Schleifscheibenprofils, χ der Abstand der Mitte des Schleifscheibenprofils von der

ZaliDerxitte · - .

y = (r_v - K cos /γ* ) cosi"_f ■♦- r cos t

Dabei ist y die Suiane aus der Projektion des Abstandes zwischer Berührung spunk t und Walzenachse auf die y-Achse und dem Abstand ZTrisehen Berührungspunkt und Kitte Schleifscheibenprofil.

ζ = (r - K cos Λ^* ) siny>»

Dabei ist ζ die Projektion des Abstandes des Berührungspunktes von der ft'alzenachse auf die z-Achse

Dabei ist die Korrektur des Drehwinkels der 7alze w=l tan

Daoei ΐ5τ -α der Wert, un den der Schwenkschieber vorgeschoben Herder, nuss, um die Schleifscheibe uc- den Winkel ^j₁ zu

Aoo. Ζ zeigt die Koordinaten, die eingefahren werden ETiisseii, ua der. Punktfij.-YV^zu schleifen.

- 9 -809844/029)

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Spezialschleifs.aschine Genötigt, auf der die vorgenannten Koordinaten über 2iC-Steuerung eingefahren werden können. Wobei der ÜO-Steuerung ein Seehner vorgeschaltet ist, der aus den gegebenen Parametern die Koordinaten errechnet.

Zur Bestimmung der Parameter, die zur j?s stiegung der koordinaten benötigt werden, wird die Kaltpilgerwalze in

η {z.B. 43) Radialschnitte eingeteilt. Das Glettkaliber wird unterteilt in den Bereich von 0 bis 1 ohne Freisehnitt und den Bereich 1 bis 2 mit Preischnitt. Das irbeitskeLiber wird in

η - 3 (z.B. Ao) Radialschnitte (2 bis n) unterteilt. Für jeden Radialschnitt sind folgende Parameter gegeben:-

$ f(g ) f'($) g(<? ) g^f(<p h(nf) Dsrücsr hinaus sind für eile Querschnitte gemeinsam gegeben:

r = ideeller Walzenradius .

r = Abri ec.tr adius des Schleif Scheibenprofils

= dar Vorschubwinkel ua den die Schleifscheibe nach ieder hune weit ex* bewegt werden soll.

Das Schleifen eines Kalibers erfolgt folgendarnaffen: die ?srs2ster, die durch anwenderinterne Kaliber berechnungsverfahren bestisuat worden sind, werden auf Datenträger gespeicher uivi vor den Schleifen des Kalibers in den der SC- Steuerung vorgeschalteten Rechner gleichzeitig Bit dec Programm zur Berecnrusä der Koordinaten eingegeben. Die 7erte ^^yund r » die von den Schi ei fverhältni ssen ( z.B. Schruppen, Schlichten oder Arüeitszugaoe usw.) abhängen, sollen voa 3edienungsaann unmittelber eingege&en werden. .

iSezvc der Vorschub eingeschaltet wird, errechnet der Rechner für den ffalzenumfang nit Γψ = 9o® die Koordinaten der Stützjunkte, die in einen Satz ArDeitsapeicher der ÄC-Steuerung gespeichert und von dieser linear interpolierend angefahren rerden. lehrend einer ^TalzeiiuEdrehung errechnet der Rechner .··.'

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-- 1o -

mit ry = 9ο^σ—4<ί die Stützpunkte für den njfchsten'Walzen-

die v/ieder in die Arceitsspeicher der NC-Steuerung sien und aogefahren werden. Das wird fortgesetzt bis = -9o° beträgt.

Da oei hohen Geschv/indigkeiten bei der NC-Steuerung ein systenicurianenter Geschwindigkeitsfehler auftritt, der der Verstärkung reziprok und der Geschwindigkeit direkt proportional ist, ist durch den Rechner die Möglichkeit gagecen, die Komponenten der Stützpunkte um den jeweiligen Geschwindigkeitsfehler in Richtung der jeweiligen Achse zu korrigieren.

- Patent anspruche-

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e e r s e i f e

Claims

Pal I-Nummer 12

Patentansprüche

( 1.)Verfahren zur Herstellung des Kalibereinschnittes von Pilgerwalzen eines Kaltpilgerwalzwerkes durch über die Kaliberumfangskontur und die Querschnittskontur des Kalibereinschnittes fortschreitendes Schleifen mittels einer rotierenden Schleifscheibe, deren Lage und Ausrichtung entsprechend dem Schleiffortschritt ständig verändert wird,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Lage- und Ausrichtungsveränderung zwischen aufeinanderfolgenden Schleif punkten die Pilgerwalze und die Schleifscheibe um den Berührungspunkt der Schleifscheibe mit der Pilgerwalze geschwenkt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Pilgerwalze um die Radi al komponente (l^_T) des Steigungswinkels ein Berührungspunkt und gleichzeitig die Schleifscheibe um die Axial komponente (^L) des Steigungswinkels geschwenkt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit einer Dreheinrichtung für die auf einem Walzenträger eingespannte Pilgerwalze, deren Achse die x-Richtung der Vorrichtung bestimmt, einer rotierenden, an einem beweglichen Werkzeughalter befestigten Schleifscheibe, deren Schleifscheibenachse mindestens beim Schleifen des Kalibergrundes der Pilgerwalzenachse parallel ist, sowie mit einer Steuereinrichtung für den Drehantrieb der Dreheinrichtung und die Bewegung des Werkzeughalters,

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dadurch gekennzeichnet,

daß der Walzenträger als Walzenschlitten (23) ausgebildet und senkrecht zur x-Achse in Richtung einer z-Richtung verschieblich und hierfür an einen Verschiebeantrieb (25) angeschlossen ist, daß die Drehzahl des Drehantriebes (27) der Dreheinrichtung im Sinne eines Überlagerungstriebes veränderbar ist, daß die Schleifscheibe (18), die in y-Richtung - senkrecht zur x-Richtung und senkrecht zur z-Richtung - in den Kalibereinschnitt (32) eintaucht, in x-Richtung und in y-Richtung bewegbar und um eine y-Achse schwenkbar ist, und hierfür der Werkzeughalter (11) an einen x-Antrieb (9), einen y-Antrieb (5) und einen Schwenkantrieb (16) angeschlossen ist,

und daß eine numerische Steuereinrichtung (33) vorgesehen ist, durch die der Verschiebeantrieb (25), der Drehantrieb (27), der x-Antrieb (9), der y-Antrieb (5) und der Schwenkantrieb (16) nach einem vorgegebenen von der jeweils herzustellenden Kontur des Kalibereinschnittes (32) abhängigen Programm gesteuert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß im Maschinenständer (22) der Walzenschlitten (23) verschieblich befestigt und im Walzenschlitten (23) eine Arbeitspindel (24) gelagert ist, auf deren freien Ende die Pilgerwalze (26) lösbar befestigt ist,

daß der Drehantrieb (27) am Walzenschlitten (23) angeordnet und über ein Getriebe mit der Welle (24) gekoppelt ist, daß am Walzenschlitten (23) ein Mitnehmer (31) vorgesehen ist, an dem der am Maschinenständer (22) befestigte Verschiebeantrieb (25) angreift.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,

daß im Maschinenbett (1) ein Kreuzschlitten (2) vorgesehen und an den am Maschinenbett (1) befestigten y-Antrieb (5) angeschlossen ist,

daß auf dem Kreuzschlitten (2) ein Schleifschlitten (6) vorgesehen und an den am Kreuzschlitten (2) befestigten x-Antrieb (9) angeschlossen ist,

daß im Schleif schlitten (6) der Werkzeughalter (11) drehbar gelagert und der Drehzapfen (12) drehstarr mit einem Hebel (13) verbunden ist, an dem der am Zwischenschlitten (6) befestigte Schwenkantrieb (16) angreift.

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