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"Verfahren und Vorrichtung zum Trennen insbesondere langer
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Werkstücke."
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Trennen insbesondere langer Werkstücke, z.B. Abstechen
von Rohren, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff, in einer zur Längsachse normalen
Ebene an beliebiger Stelle mit Hilfe eines zerspanenden Werkzeuges, wobei das Werkstück,
beiderseits der Schnittebene festgespannt, ruht und an einem Messerkopf angeordnete
Messer oder dergleichen im Schnitt mit begrenzter Spanlänge um das Werkstück kreisen,
wobei die Achse des Messerkopfes gegenüber der Achse des Werkstückes um einen bestimmten
Betrag (Exzentrizität) versetzt ist.
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Es ist bekannt, Rohre normal zur Achse durch spanabhebendes Drehen
(Einstechen) mit Hilfe eines quer zur Werkstückachse vorzuschiebenden Abstechwerkzeuges
zu trennen, wobei das Rohr sich dreht. Typisch hierfür ist das Abstechen auf einer
Drehbank. Dabei entsteht je nach Tiefe ein langer Span.
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Es gibt Mittel, diesen Span zu brechen. Bei legierten Werkstoffen
können Schwierigkeiten auftreten. Die Späne härten auf und können scharfe Ränder
aufweisen, die Verletzungsgefahr heraufgeschwören. Grenzen sind diesem an sich einfachen
Verfahren dann gesetzt, wenn die Werkstücke sehr lang sind, wenn also z.B. Teilstücke
von langen gewalzten Rundprofilen abzustechen sind. Solche lange Werkstücke können
oft nicht mit jener Drehzahl umlaufen, die für die wirtschaftlich günstige Schnittgeschwindigkeit
notwendig wäre. Rundprofile kleinen Durchmessers müssen zudem gut geführt werden,
z.B. in umhüllenden Rohren; dabei entsteht erfahrungsgemäß großer Lärm.
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Es ist auch schon bekannt zum Abstechen von Rohrstücken von Rohren
einen das Rohr umkreisenden Messerkopf vorzusehen, dessen Achse exzentrisch zur
Rohrachse zugestellt ist. Der Messerkopf wird in einer Planetenbewegung um das Rohr
herumgeführt. Dabei erfolgt die Planetenbewegung vergleichsweise
langsam
gegenüber dem schnell rotierenden Messerkopf. Nach einer Umdrehung der Planetenbewegung
ist der Abstich beendet.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, den Abstechvorgang intermittierend
durchzuführen, wobei, um die Spanlänge zu begrenzen, ein Abstichmesser jeweils nach
einer Umdrehung um die Spandicke abgerückt, d.h.aus dem Schnitt gezogen, und unmittelbar
anschließend um die doppelte Spandicke wieder zugestellt wird. Die Eingriffslinie
ist dabei keine geschlossene Kreislinie.
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Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist es, daß die Exzentrizität
fest vorgegeben ist, und, um alle in der Praxis auftretenden Wandstärken von Rohren
zu überdecken relativ groß gewählt werden muß. Bei einem bekannten Exzenterantrieb
eines Rohrabstichgerätes ist ein fixer Exzenterring vorgesehen, dessen Exzentrizität
der maximalen Rohrwandstärke entspricht und der mittels einer Schnecke angetrieben
wird. Beim Abstechvorgang läuft der Exzenterring einmal um 3600 um. Dabei wird der
Messerkopf, ganz gleich welche Wandstärke getrennt wird, mit der festen Exzentrizität
um das Rohr bewegt.
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Da die Exzentrizität stets der maximalen Wandstärke entsprechen muß
ist die Schnittzeit relativ hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
erläuterten Art derart auszubilden, daß die Schnittzeit, bei optimaler Spanausbildung,
wesentlich herabgesetzt wird und der Abstichvorgang an das jeweils zu bearbeilenrle
Material (Rohr) leicht angepaßt werden kann.
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Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen
dadurch gelöst, daß die Zustellung radial zur Werkstücklängsachse derart erfolgt,
daß die Achse des Messerkopfes um die Exzentrizität gegen die Achse des Werkstückes
parallel verschoben wird und gleichzeitig der Messerkopf bei exzent-
rischer
Lage seiner Achse zur Werkstücklängsachse um das Werkstück rotiert, wobei die Einstichstelle
des Messerkopfes während eines Trennvorganges einmal um den Umfang des Werkstückes
wandert.
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Dadurch wird erreicht, daß sich die am Messerkopf angeordneten Messer
nur über einen relativ kleinen Teil ihres Weges, also bei begrenzter Spanlänge im
Schnitt befinden und dabei der Trennvorgang in kürzester Zeit erfolgen kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Achse des Messerkopfes um eine
parallel zur Achse des Werkstückes liegende Schwenkachse verschwenkt wird. Durch
diese Verschwenkbewegung läßt sich die jeweils erforderliche Exzentrizität in einfacher
Weise einstellen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich dann, wenn die jeweils erforderliche Exzentrizität, die Geschwindigkeit
der Bewegung des Messerkopfes in Zustellrichtung und die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung
der Achse des Messerkopfes senkrecht zur Zustellrichtung mittels einer CNC-Steuereinheit
gesteuert wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Trennen insbesondere
langer Werkstücke, z.B. Abstechen von Rohren, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff,
in einer zur Längsachse normalen Ebene an beliebiger Stelle mit Hilfe eines zerspanenden
Werkzeuges, wobei das Werkstück, beiderseits der Schnittebene durch Spanmittel festgespannt
ruht und an einem Messerkopf angeordnete Messer oder dergleichen zum Schnitt mit
begrenzter Spanlänge um das Werkstück kreisen, wobei die Achse des Messerkopfes
gegenüber der Achse des Werkstückes um einen bestimmten Betrag (Exzentrizität) versetzt
ist, insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung im wesentlichen
dadurch
gekennzeichnet, daß eine Abstecheinheit mit dem rotierenden Messerkopf, der Messer
trägt, auf einem mittels eines vorzugsweise stufenlos regelbaren Zustellmotors in
Zustellrichtung verschiebbaren Support gelagert ist und daß die Abstecheinheit mittels
einer Höhenverstellvorrichtung mit Motor um eine parallel zur Längsachse des zu
bearbeitenden Werkstückes im Support angeordnete Schwenkachse in Höhenrichtung um
das Maß der benötigten Exzentrizität verstellbar angeordnet ist.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung dient zur Durchführung der Zustellbewegung des auf einem Sockel verschiebbar
gelagerten Supports samt Abstecheinheit in Zustellrichtung eine am Support angreifende,
vom Antriebsmotor angetriebene, Spindel.
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Zum Einstellen der Exzentrizität ist es vorteilhaft, eine am Messerkopfträger
der Abstecheinheit angreifende, senkrecht stehende, von einem stufenlos regelbaren
Antriebsmotor angetriebene Spindel, bei der am Support angelenkten Höhenverstellvorrichtung
vorzusehen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Messerkopf
in einem Messerkopfträger, gemeinsam mit einem Messerkopf-Antriebsmotor angeordnet
und der Messerkopfträger mittels Traglaschen um die, im Support angeordnete Schwenkachse,
verschwenkbar gelagert.
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Weitere Merkmale, Maßnahmen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Abstechvorganges nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren, Fig. 2 teilweise einen Schnitt der Stirnansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und
Fig. 3 teilweise geschnitten eine Seitenansicht
einer Vorrichtung gemäß Fig. 2.
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In Fig. 1 ist schematisch die Eingriffsgeometrie während eines Abstechvorganges
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei wird ein Werkstück (Rohr)
6 mittels Messer 5, die in einem (nicht dargestellten) Messerkopf 4 gelagert sind
bei einem Umlauf des Messerkopfes durchtrennt.
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Das Rohr 6 weist dabei einen Rohraußendurchmesser D und einen Rohrinnendurchmesser
d auf, während der Flugkreisdurchmesser des Messers bzw. der Messer 5 Df beträgt.
Die Exzentrizität einer Messerkopfachse 8 (Flugkreisachse) gegenüber der Rohrlängsachse
7 ist mit e bezeichnet. Der Messerkopf 4 mit Messer 5 rotiert somit exzentrisch
zum Werkstück 6.
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Dabei wird er radial kontinuierlich in Richtung Z zugestellt.
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In Fig. 1 ist die zentrische Lage des Mittelpunktes des Schneidenkreises
mit 81 vor dem Einstechen, die exzentrische Lage mit 82 nach beendetem Durchstechen
bezeichnet. Die beim Abstechvorgang entstehenden Späne weisen eine Spandicke s auf
bei einem Umfangsvorschub je Messer s Spanform und Spanlänge ergeben sich in Abhängigkeit
vom sogenannten Kommafaktor k:
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Messerkopfachse 8 gegenüber Rohrlängsachse 7
entsprechend der benötigten Exzentrizität e verschwenkt wird. Die entsprechenden
Einstichstellen der Messer 5 sind mit 19 und 20 gekennzeichnet.
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In Fig. 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung teilweise geschnitten
in Stirnansicht und Seitenansicht dargestellt.
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Eine Rohrabstecheinheit 1 besteht im wesentlichen aus einem in einem
Sockel 3 gelagerten in Z-Richtung verschiebbaren Support 2. Dabei erfolgt die Verschiebung
in Z-Richtung mit Hilfe einer Zustell-Spindel 15 die von einem kontinuierlich
regelbaren
Zustell-Motor 16 angetrieben wird. Der Messerkopf 4 mit Messer 5 ist in einem Messerkopfträger
12 gelagert und wird von einem Messerkopf- Antriebsmotor 13 angetrieben.
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Erfindungsgemäß trägt der Messerkopfträger 12 eine Traglasche 11,
die um eine Schwenkachse 9 parallel zur Rohrlängsachse 7 in Höhenrichtung Y verschwenkbar
gelagert ist. Die Schwenkachse 9 ist dabei zweckmäßiger Weise in einem Support 2
gelagert.
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Der Antrieb des im Messerkopfträger 12 gelagerten Messerkopfes 4 erfolgt
vom Messerkopf-Antriebsmotor 13 zweckmäßigerweise über Antriebsriemen 14.
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Zur Einstellung der Verschwenkbewegung in Richtung Y bzw.
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Einstellung der jeweils erforderlichen Exzentrizität e ist eine Höhenverstellspindel
17 vorgesehen, die von einem Höhenverstell-Motor 18 betätigt wird.
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Die Steuerung des Zustell-Motors 16, des Höhenverstell-Motors 18 ,
d.h. die Einstellung der jeweils erforderlichen Exzentrizität e , die Geschwindigkeit
der Bewegung des Messerkopfes 4 in Zustellrichtung Z und die Geschwindigkeit der
Schwenkbewegung der Achse 8 des Messerkopfes 4 in Y-Richtung erfolgt mittels einer
(nicht dargestellten) CNC-Steuereinheit.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet die erfindungsgemäße
Vorrichtung in folgender Weise: Ein am Anfang des Arbeitsspieles zentrisch zum abzustechenden
Werkstück (Rohr) 6 rotierender Messerkopf 4 mit Messer 5 wird um ein von der jeweiligen
Rohrwanddicke (D - d)ab-2 hängiges Maß e quer zur Rohrachse 7 in Richtung Z in exzentrische
Lage, d.h. in den Schnitt, zugestellt. An dieser Einstichstelle 19 wird die Wand
des stillstehenden gespannten Werkstückes (Rohres) 6 bei Abschälen von sichelförmigen
Spänen
s mit Spandicke durchtrennt. Anschließend an den Einstichvorgang
führt der rotierende Messerkopf 4 unter Beibehaltung des Maßes der Exzentrizität
e durch die Bewegung des Supportes 2 in waagrechter Richtung und die gleichzeitig
erfolgende Schwenkbewegung des Abstechgerätes 1 in senkrechter Y-Richtung eine gleichförmige
Planetenbewegung derart aus, daß die Einstichstelle 19 bzw. 20 gleichmäßig fortschreitend
einmal um den Umfang des Werkstückes bzw . Rohres 6 wandert.
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Nach Vollendung des Abstichvorganges kehrt der Messerkopf 4 wieder
in seine zentrische Lage gegenüber der Rohrachse 7 zurück. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist beim Abstechvorgang durch Vorwahl der entsprechenden Exzentrizität
e in Abhängigkeit von der jeweiligen Rohrwanddicke immer der optimale Kommafaktor
k, gegeben.
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Der nachstehende Vergleich des Abstechens eines Rohres bei angepaßter
Exzentrizität e gegenüber einem Abstechvorgang nach dem Stand der Technik mit fester
(maximaler) Exzentrizität zeigt, daß die Schnittzeit wesentlich verringert werden
kann.
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Beispiel 1: Rohr 6, Außendurchmesser D=180 mm; d=172 mm; Wandstärke
= 4 mm; Flugkreisdurchmesser Df = 184 mm und Exzentrizität e = 8 mm die Durchtrennung
erfolgt in einer Gesamtschnittzeit von rd. 8,7 sec., während bei den gleichen Rohrabmessungen
bei einer festen Exzentrizität von e = 30 mm sich eine Gesamtschnittdauer von rd.33
sec. ergab.
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Beispiel 2: Rohraußendurchmesser D = 80 mm; Rohrinnendurchmesser d
= 72 mm, Flugkreisdurchmesser Df= 84 mm, ergab bei einer Exzentrizität e = 8 mm
eine Gesamtschnittzeit von rd. 5,2 sec., während bei einer festen Exzentrizität
von e = 30 mm sich eine Gesamtschnittzeit von rd. 19 sec. erreicht wurde.
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Die erforderliche Schnittzeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beträgt somit etwa nur 1/4 der Schnittzeit bei
einem Abstechvorgang
mit fester Exzentrizität, die sich bei normalen Rohrabstecheinrichtungen mit Exzentrizität
30 mm bei einem Wanddickenbereich zwischen 4 und 25 mm ergibt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Die Abstecheinheit 1 kann konstruktiv abgewandelt werden. Wesentlich ist, daß die
Messerkopfachse 8 gegenüber der Rohrlängsachse 7 um eine Achse 9 verschwenkbar angeordnet
ist und daß die Zustellgeschwindigkeit und Verschwenkgeschwindigkeit in Abhängigkeit
von der Wandstärke des zu bearbeitenden Werkstückes gesteuert werden.
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Die Erfindung umfaßt somit auch alle fachmännischen Abwandlungen und
Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten
Merkmale und Maßnahmen.
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Bezugszeichenliste 1 Rohrabstecheinheit 41 2 Support 42 3 Sockel 4
Messerkopf 44 5 Messer 45 6 Rohr 46 7 Rohrlängsachse 47 8 1, 82, 83 Messekopfachse
48 7 Rohrlängsachse 47 81, 82, 83 Messerkopfachse 48 (Flugkreisachse) 9 Schwenkachse
49 10 50 11 Traglasche 51 1 2 Messerkopfträger 13 Messerkopf-Antriebsmotor 53 14
Antriebsriemen 54 15 Zustell-Spindel 55 16 Zustell-Motor 17 Höhenverstell-Spindel
57 18 Höhenverstell-Motor 58 19 Einstichstelle 82 59 20 Einstichstelle 8 60 21 61
22 62 23 63 24 64 25 65 26 X = Rohrvorschub 66 27 y = Höhenverstellung (Exzentrizität+7
28 Z = Zustellung 68 29 D = Rohraußendurchmesser 69 3o d = Rohrinnendurchmesser
7o 31 Df = (Messer)-Flugkreisdurchmesser 71 32 e = Exzentrizität 72 33 5 = Spandicke
73 34 Sv = Umfangsvorschub je Messer 74 35 75 36 76 37 77 38 78 39 79 40 80
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