DE3717702C1

DE3717702C1 - Circumferential milling device for machining the treads and flanks of rail heads

Info

Publication number: DE3717702C1
Application number: DE3717702A
Authority: DE
Inventors: Erwin Fuchs
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: FUCHS, ERWIN, ALTMUENSTER, AT
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-11-10
Also published as: GB2205061A; GB8811387D0

Abstract

A circumferential miller is disposed with its rotational axis at an included angle ( alpha ), which is less than 80 DEG , with respect to the longitudinal axis of the rail whose head is to be machined. Said positioning and the cutting edges of the miller produce, on the machined surface, a waviness whose inclination is at an included angle (???), of 2 DEG to 40 DEG , with respect to said longitudinal axis. Alteration of the angle ( alpha ) enables the production of a rail head having the desired (i.e. larger or smaller) radius of transverse curvature. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Umfangsfräsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.The invention relates to a peripheral milling device according to the preamble of the patent claim 1.

Fahrschienen müssen an ihren Laufflächen sowie Flanken bearbeitet werden, wobei die Bearbeitung sowohl an neuen Schienen nach dem Walzprozeß als auch an abgefahrenen Schienen vorgenommen werden kann, um das ursprüngliche Schienenprofil wieder herzustellen. Es ist bekannt, die Bearbeitung der Schienenköpfe durch Schleifen, Hobeln oder Fräsen vorzunehmen.Rails must be machined on their running surfaces and flanks, processing both on new rails after the rolling process as well on worn rails can be made to the original Restore rail profile. It is known to edit the Rail heads by grinding, planing or milling.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Fräsen der Laufflächen, dessen Vorteil gegenüber dem Schleifen vor allem in der wesentlich größeren Materialabnahme in einer Zeiteinheit und gegenüber dem Hobeln in der Erzeugung von nur kurzen Spänen zu sehen ist. Ein weiterer Vorteil des Fräsens gegenüber dem Hobeln ist in den wesentlich kleineren erforderlichen Antriebs- bzw. Bremsleistungen des Vorschubmechanismus zu sehen.The present invention is concerned with milling the treads, its advantage over grinding, especially in the much larger one Material take-off in one time unit and compared to planing in the Generation of only short chips can be seen. Another advantage of Milling versus planing is in the much smaller ones required drive or braking power of the feed mechanism see.

Es sind Schienenkopffräsvorrichtungen bekanntgeworden, die nach dem Umfangsfräsverfahren arbeiten, wobei Fräser verwendet werden, die hyperbolisch gekrümmt ausgebildet sind. Bei diesen Fräsern entspricht die sich im Längsschnitt durch den Frässer zeigende Hyperbel der gewünschten Profilform des Schienenkopfes. Der bekannte Fräser (AT-PS 2 13 196) ist mit geraden Schneiden bestückt, die auf dem hyperbolischen Werkzeugkörper über den Umfang verteilt angeordnet sind und die Mantelfläche des Werkzeugkörpers tangieren. Durch die geraden Schneiden wird die Verwendung handelsüblicher Wendeplatten mit geraden Schneiden ermöglicht.Rail head milling devices have become known which after the Circumferential milling processes work using milling cutters that are hyperbolic curved. For these milling cutters, this corresponds to the hyperbole of the desired one, shown in longitudinal section through the milling cutter Profile shape of the rail head. The well-known cutter (AT-PS 2 13 196) is with straight cutting edges, which are based on the hyperbolic Tool bodies are arranged distributed over the circumference and touch the outer surface of the tool body. Due to the straight cutting edges the use commercially available indexable inserts with straight cutting edges enables.

Obwohl, wie vorstehend dargelegt wurde, das Fräsen Vorteile gegenüber anderen Verfahren aufweist, ist es bis jetzt nur zu einer sehr begrenzten Verbreitung von Schienenfräsern und Vorrichtungen zum Schienenfräsen gekommen. Der Hauptgrund liegt darin, daß nach dem Umfangsfräsverfahren arbeitende Werkzeuge am Werkstück eine Welligkeit hinterlassen, die sich aus der Eigentümlichkeit des Fräsverfahrens ergibt. Diese Eigentümlichkeit besteht vor allem darin, daß die Fräserachse normalerweise quer zur Vorschubrichtung liegt, sowie dadurch, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers normalerweise sehr viel größer ist, als der Fräsvorschub. Dadurch, daß dieser Vorschub sehr klein im Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers ist, verläuft die Welligkeit weitgehend senkrecht zur Vorschubrichtung, d. h. parallel zur Fräserdrehachse. Diese Welligkeit ist, wenn die Rauhtiefe nicht zu groß wird, vielfach unschädlich. Bei den hier interessierenden Schienen, ist jedoch die Welligkeit an der Lauffläche der Schienenköpfe äußerst nachteilig, weil sie erfahrungsgemäß zu einer Resonanz-Erregung der Laufräder eines darauf fahrenden Zuges führt. Diese Resonanz-Erregung führt dazu, daß die Welligkeit nicht etwa "flach-gewalzt", sondern vielmehr verstärkt wird. Eine Schrägheit der Welligkeit würde dieses Problem zwar stark verringern, wäre aber mit einem Fräser, dessen Drehachse quer zur Vorschubrichtung steht, schwer realisierbar. Durch den Vorschub wird zwar, je größer dieser gewählt wird, um so mehr die Wellung aus dieser Lage verdreht. Da aber die Vorschubgeschwindigkeit bei üblichen Fräsverfahren sehr viel kleiner ist, als die Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers und dem Vorschub pro Zahn technologische Grenzen gesetzt sind, handelt es sich dabei nur um eine geringe Verdrehung der Welligkeit. Auch eine Schrägverzahnung des Fräsers erzeugt nur eine geringe Schrägheit der Welligkeit.Although, as stated above, milling It has advantages over other methods so far only a very limited distribution of Rail milling cutters and devices for rail milling came. The main reason is that after the Circumferential milling tools on the workpiece leave a ripple arising from the Peculiarity of the milling process results. These The peculiarity is that the Milling axis normally transverse to the feed direction lies, and in that the peripheral speed of the Cutter is usually much larger than that Milling feed. Because this feed is very small in Ratio to the peripheral speed of the milling cutter, the ripple runs largely perpendicular to the Feed direction, d. H. parallel to the cutter axis. This ripple is when the roughness is not too great is often harmless. The ones here rails of interest, however, the ripple is on the tread of the rail heads extremely disadvantageous, because experience has shown that they cause a resonance excitation Wheels of a train running on it. These Resonance excitation does not cause the ripple about "flat-rolled", but rather reinforced. An obliquity of ripple would adversely affect this problem greatly reduce, but would be with a router whose The axis of rotation is transverse to the feed direction, difficult realizable. Due to the feed, the bigger this is chosen, the more the curl from this Situation twisted. But since the feed rate at usual milling process is much smaller than that Peripheral speed of the milling cutter and the feed per Technological limits are set, it acts only a small twist of the Ripple. Also a helical toothing of the milling cutter produces only a slight obliquity of the ripple.

Dieser Nachteil trifft auch für die bekannte Fräsvorrichtung mit hyperboloidförmigem Fräser zu. Darüber hinaus haben der bekannte Fräser, wie auch andere entsprechend der Lauffläche der Schiene ausgebildete Profilfräser den weiteren Nachteil, daß für jedes Schienenprofil ein eigener Fräser verwendet werden muß.This disadvantage also applies to the known one Milling device with hyperboloid-shaped cutter. In addition, the well-known milling cutter, like others trained according to the tread of the rail Profile millers have the further disadvantage that for each A separate cutter must be used for the rail profile.

Ausgehend von den geschilderten Problemen und Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umfangsfräsvorrichtung zum Bearbeiten der Laufflächen von Schienenköpfen zu schaffen, mit der die sich aus der Welligkeit der Bearbeitungsfläche ergebenden Probleme vermieden werden und die in gewissen Grenzen eine Einstellbarkeit auf unterschiedliche Schienenkopfprofile ermöglicht.Based on the problems and disadvantages described the present invention is based on the object a circumferential milling device for machining the treads of To create rail heads with which to get out of the Problems resulting in ripple of the machining surface be avoided and within certain limits Can be adjusted to different rail head profiles enables.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1. This object is achieved according to the invention with the Features in the characterizing part of patent claim 1.

Es hat sich gezeigt, daß durch Schrägstellung des bekannten Fräsers und eine dieser Schrägstellung Rechnung tragende Anpassung des Rotationskörpers, dessen Erzeugende die Fräserschneidkanten sind, eine schräge Welligkeit auf dem Werkstück erzeugbar ist, mit der die Aufgabe der Erfindung lösbar ist. Durch die schräge Welligkeit kann nämlich das Laufrad des Fahrzeuges niemals in ein Wellental gelangen, sondern es rollt nur über die Wellenberge. Dadurch kann keine Resonanzerregung in dem Laufrad auftreten. Darüber hinaus führt die schräge Welligkeit dazu, daß trotz großem Fräsvorschub pro Zahn eine sehr enge Welligkeit entsteht, die eine sehr geringe Höhe der Welligkeit (geringe Rauhtiefe) bedeutet. Schließlich ergibt sich als weiterer Vorteil eine sehr große Schneidenlänge bei dem Profil des schräggestellten Fräsers angepaßter Krümmung der Mantelfläche des Fräsers, wodurch sich die Standzeit des Werkzeuges erhöht. Das liegt darin begründet, daß das Verhältnis zwischen der verwendeten Schneidenlänge zur Zerspanungsarbeit wesentlich größer ist als bei Fräsern nach dem Stand der Technik, deren Achse senkrecht zur Vorschubrichtung liegt.It has been shown that by tilting the known Milling cutter and an adjustment of the inclination taking this into account Rotating body, the generatrices of which are the milling cutting edges, an oblique waviness can be generated on the workpiece, with which the object of the invention is achievable. Due to the oblique ripple namely the wheel of the vehicle never get into a wave trough, it just rolls over the wave crests. No one can Resonance excitation occur in the impeller. In addition, the sloping leads Waviness to the fact that, despite the large milling feed per tooth, a very narrow one Ripple arises which is a very small amount of ripple (low Roughness) means. Finally, there is a very great advantage large cutting length for the profile of the inclined milling cutter adapted curvature of the outer surface of the milling cutter, whereby the Tool life increased. The reason for this is that the Relationship between the length of the cutting edge used and the cutting work is much larger than in prior art cutters, whose Axis is perpendicular to the feed direction.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgeschlagen wird, die Neigung der Rotationsachse des Umfangsfräsers zur Schienenlängsachse einstellbar auszubilden. Durch Schwenken des entsprechend profilierten, ggfs. hyperbolisch ausgebildeten Fräsers um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse des Fräsers kann der am Schienenkopf zu bearbeitende Radius verändert werden, so daß mit ein und demselben Fräser verschiedene Schienenprofile gefertigt werden können. Another significant advantage of the invention results from the fact that according to another feature of the invention, the inclination is proposed the axis of rotation of the circumferential cutter to the longitudinal axis of the rail adjustable to train. By swiveling the correspondingly profiled, if necessary. hyperbolic milling cutter around an axis perpendicular to The axis of rotation of the milling cutter can be the radius to be machined on the rail head be changed so that different with one and the same cutter Rail profiles can be manufactured.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment described. It shows

Fig. 1 einen Fräser nach dem Stand der Technik im Aufriß, Grundriß und Seitenansicht, beim Fräsen im Gleichlauf, Fig. 1 shows a milling cutter according to the prior art in elevation, plan and side view, when milling in synchronism,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Umfangsfräsvorrichtung in Aufriß, Grundriß und Seitenansicht, beim Fräsen im Gleichlauf, Fig. 2, the Umfangsfräsvorrichtung according to the invention in elevation, plan and side view, when milling in synchronism,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines auf der Schiene abrollenden Laufrades und Fig. 3 is a side view of an impeller rolling on the rail and

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung bearbeitete Schiene und das Laufrad und Fig. 4 shows a cross section through a device machined with the Vorrich device according to the invention and the impeller and

Fig. 5 und 6 die Veränderung des mit ein und demselben Fräser zu bearbeiten den Radiusses in schematischer Darstellung, Fig. 5 and 6, the change of one and the same cutter to machine the Radiusses in a schematic representation;

Fig. 7 und 8 die erfindungsgemäße Fräsvorrichtung beim Bearbeiten der Schienenflanken. FIGS. 7 and 8, the cutting device according to the invention during machining of the rail edges.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Fräser nach dem Stand der Technik bezeichnet. Unter dem Fräser ist die Schiene 2 im Querschnitt angedeutet, wobei erkennbar ist, daß die in der Projektion den Fräser begrenzende Hyperbel etwa dem Kopfradius der Schienenlauffläche entspricht. Der Fräser ist um die Rotationsachse 3 drehbar, die rechtwinklig zur Mittelsenkrechten der Schiene 2 verläuft.In Fig. 1, 1 denotes a milling cutter according to the prior art. The cross-section of the rail 2 is indicated below the milling cutter, it being evident that the hyperbole delimiting the milling cutter in the projection corresponds approximately to the head radius of the rail running surface. The milling cutter can be rotated about the axis of rotation 3 , which is perpendicular to the perpendicular to the rail 2 .

Je nach Schrägstellung der Schneiden 11 auf dem Umfang des Fräsers ergibt sich, wie in der Darstellung darunter erkennbar, ein Fräsbild auf der Lauffläche der Schiene 2, dessen Welligkeit bei 5 angedeutet ist. Da die Fräserachse rechtwinklig zur Vorschubachse ausgerichtet ist, bilden die einzelnen Wellen mit der Vorschubrichtung (Schienenlängsachse) nahezu einen rechten Winkel. Depending on the inclination of the cutting edges 11 on the circumference of the milling cutter, as can be seen in the illustration below, there is a milling pattern on the running surface of the rail 2 , the waviness of which is indicated at 5 . Since the cutter axis is aligned at right angles to the feed axis, the individual shafts form an almost right angle with the feed direction (longitudinal axis of the rail).

Die Schrägstellung der Messer auf dem Fräser dient dabei im wesentlichen nicht dazu, Schrägheiten des Fräsbildes zu erzeugen, vielmehr wird durch die schräggestellten geraden Schneiden die Hyperbolid-Form erzeugt. Auf der rechten Seite der Darstellung ist die Welligkeit bzw. der Abstand von zwei Wellenbergen mit a bezeichnet; die Höhe der Welligkeit ist abhängig von a sowie dem Durchmesser d des Fräsers und kann durch die Kurzformel h = 0,25 × a/d näherungsweise berechnet werden. Es ist im übrigen aus dieser Figur klar zu erkennen, daß der Abstand zweier Wellenberge a gleich groß ist, wie der Vorschub zum Zahn b.The inclination of the knives on the milling cutter does not essentially serve to create obliquities in the milling pattern, rather the hyperboloid shape is created by the inclined straight cutting edges. On the right side of the illustration, the waviness or the distance between two wave crests is designated by a ; the height of the ripple depends on a and the diameter d of the milling cutter and can be roughly calculated using the short formula h = 0.25 × a / d . It can be clearly seen from this figure that the distance between two wave crests a is the same size as the feed to tooth b .

Fig. 2 zeigt in grob vereinfachter Darstellung die Erfindung. Der Fräser 6 ist auch hier in Aufriß, Grundriß und Seitenansicht dargestellt, ebenso die Schiene 2. Die Rotationsachse des Fräsers 7 ist zur Schienenlängsachse 4 um einen Winkel α geneigt, der <80 Grad ist. Das Fräsbild 8 hat eine Welligkeit, die um den Winkel β, starr zur Schienenlängsachse 4 geneigt ist. Die Neigung ergibt sich, in dem man den äußerst linken und äußerst rechten Berührungspunkt 9 und 10 zwischen dem Fräser 7 und der Schiene 2 durch eine gedachte Linie verbindet. Es ist aus der Zeichnungsfigur deutlich erkennbar, daß der Abstand zweier benachbarter Wellenberge a wesentlich kleiner ist als der Vorschub pro Zahn, der in Fig. 1 und 2 mit b bezeichnet ist. Es kann die Formel a = b × sinβ beschrieben werden. Dies bedeutet, daß bei gleichem Vorschub pro Zahn b ein wesentlich geringerer Wellenabstand a erzielt wird und aufgrund obigen Zusammenhanges damit auch eine wesentlich kleinere Wellenhöhe h erzielt wird. Dadurch wird deutlich, daß mit gleicher Vorschubgeschwindigkeit und gleichem Fräsdurchmesser mit dem erfindungsgemäßen Fräser eine wesentlich glattere Oberfläche erzielt werden kann, als dies beim Stand der Technik mit einem Fräser entsprechend Fig. 1 möglich war. In der Umkehrung bedeutet das, daß bei gleichwelliger Oberfläche wesentlich größere Vorschubgeschwindigkeiten gefahren werden können. Fig. 2 shows the invention in a roughly simplified representation. The milling cutter 6 is also shown here in elevation, plan and side view, as is the rail 2 . The axis of rotation of the milling cutter 7 is inclined to the longitudinal axis 4 of the rail by an angle α which is <80 degrees. The milling pattern 8 has a ripple which is inclined rigidly to the longitudinal axis 4 of the rail by the angle β . The inclination is obtained by connecting the extreme left and extreme right contact points 9 and 10 between the milling cutter 7 and the rail 2 by an imaginary line. It can be clearly seen from the drawing figure that the distance between two adjacent wave crests a is considerably smaller than the feed per tooth, which is denoted by b in FIGS. 1 and 2. The formula a = b × sin β can be described. This means that with the same feed per tooth b, a significantly smaller shaft spacing a is achieved and, due to the above relationship, a significantly smaller shaft height h is thus achieved. This makes it clear that, with the same feed speed and the same milling diameter, the milling cutter according to the invention can achieve a much smoother surface than was possible in the prior art with a milling cutter according to FIG. 1. Conversely, this means that significantly higher feed speeds can be achieved with a surface with the same wave.

Claims

1. Circumferential milling device for machining the treads and the flanks of railroad tracks by means of a circumferential milling cutter, the cutting edges of which are the generatrix of a rotating body, in particular a hyperbolic rotating body, the axis of which is the milling cutter axis, and the outline of its lateral surface projection of the curvature of the tread, or viewed in the longitudinal direction of the rail corresponds to the flank of the rail head, the milling cutter axis being arranged running in a plane parallel to the longitudinal axis of the rail, characterized in that the milling cutter axis ( 7 ) is arranged at such an angle ( a ) to the longitudinal axis ( 4 ) of the rail ( 2 ) that the imaginary straight line between the two (in the axial direction of the circumferential cutter) outermost points of contact of the outer surface of the rotary body on the finished rail head profile with the longitudinal axis of the rail ( 4 ) includes an angle ( β ) between 2 degrees and 40 degrees.

2. Circumferential milling device according to claim 1, characterized in that the inclination of the axis of rotation ( 7 ) of the circumferential cutter ( 6 ) to the longitudinal axis of the rail ( 4 ) is adjustable.