DE3215385A1 - Verfahren und vorrichtung zum trennen insbesondere langer werkstuecke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum trennen insbesondere langer werkstuecke

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DE3215385A1
DE3215385A1 DE19823215385 DE3215385A DE3215385A1 DE 3215385 A1 DE3215385 A1 DE 3215385A1 DE 19823215385 DE19823215385 DE 19823215385 DE 3215385 A DE3215385 A DE 3215385A DE 3215385 A1 DE3215385 A1 DE 3215385A1
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cutting
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DE19823215385
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Helmut 4661 Roitham Rungger
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Dr Techn Linsinger and Co GmbH
DR TECHN ERNST LINSINGER AND CO GmbH
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Dr Techn Linsinger and Co GmbH
DR TECHN ERNST LINSINGER AND CO GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D21/00Machines or devices for shearing or cutting tubes
    • B23D21/04Tube-severing machines with rotating tool-carrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Description

  • "Verfahren und Vorrichtung zum Trennen insbesondere langer
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Da die Exzentrizität stets der maximalen Wandstärke entsprechen muß ist die Schnittzeit relativ hoch.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dabei wird er radial kontinuierlich in Richtung Z zugestellt.
  • 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.
  • In Fig. 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung teilweise geschnitten in Stirnansicht und Seitenansicht dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • Der Antrieb des im Messerkopfträger 12 gelagerten Messerkopfes 4 erfolgt vom Messerkopf-Antriebsmotor 13 zweckmäßigerweise über Antriebsriemen 14.
  • Zur Einstellung der Verschwenkbewegung in Richtung Y bzw.
  • Einstellung der jeweils erforderlichen Exzentrizität e ist eine Höhenverstellspindel 17 vorgesehen, die von einem Höhenverstell-Motor 18 betätigt wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung umfaßt somit auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
  • 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 Leerseite

Claims (7)

  1. Ansprüche 2,;) Verfahren 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellung (Z) radial zur Werkstücklängsachse (7) derart erfolgt, daß die Achse (8) des Messerkopfes (4) um die Exzentrizität (e) gegen die Achse (7) des Werkstückes (6) parallel verschoben wird und gleichzeitig der Messerkopf (4) bei exzentrischer Lage seiner Achse (8) zur Werkstücklängsachse (7) um das Werkstück (6) rotiert, wobei die Einstichstelle (19,20 ) des Messerkopfes (4) während eines Trennvorganges einmal um den Umfang des Werkstückes (6) wandert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) des Messerkopfes (4) um eine parallel zur Achse (7) des Werkstückes (6) liegende Schwenkachse (9) verschwenkt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils erforderliche Exzentrizität (e), die Geschwindigkeit der Bewegung des Messerkopfes (4) in Zustellrichtung (Z) und die Geschwindigkeit der SchwenkDewegung der Achse (8) des Messerkopfes (4) in Y-Richtung mittels einer CNC-Steuereinheit gesteuert wird.
  4. 4. 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 Spannmittel 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 zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstecheinheit (1) mit dem rotierenden Messerkopf (4), der Messer (5) trägt, auf einem mittels eines vorzugsweise stufenlos regelbaren Zustellmotors (16) in Zustellrichtung (Z) verschiebbaren Support (2) gelagert ist und daß die Abstecheinheit (1) mittels einer Höhenverstellvorrichtung mit Motor (17,18) um eine parallel zur Längsachse (7) des zu bearbeitenden Werkstückes (6) im Support (2) angeordnete Schwenkachse (9) in Höhenrichtung (Y) um das Maß der benötigten Exzentrizität (e) verstellbar angeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Zustellbewegung des auf einem Sockel (3) verschiebbar gelagerten Supports (2) samt Abstecheinheit (1) in Richtung (Z) eine am Support (2) angreifende, vom Antriebsmotor (16) angetriebene, Spindel (15) dient.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der Exzentrizität (e) eine am Messerkopfträger (12) der Abstecheinheit (1) angreifende, senkrechtstehende, von einem stufenlos regelbaren Antriebsmotor (18) angetriebene, Spindel (17) der am Support (2) angelenkten Höhenverstellvorrichtung dient.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Messerkopf (4) in einem Messerkopfträger (12), gemeinsam mit einem Messerkopf-Antriebsmotor (13) angeordnet ist und daß der Messerkopfträger (12) mittels Traglaschen (11) um die, im Support (2) angeordnete Schwenkachse (9), verschwenkbar gelagert ist.
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