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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Profilwalzvorrichtung zur Herstellung von
Schrauben, Zahnrädern, Wellen,
Röhren
und dergleichen mehr mittels Walzverfahren und insbesondere eine
Rundwerkzeug-Profilwalzvorrichtung beziehungsweise eine Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp, bei der ein Werkstück zwischen einem Paar von
Rundwerkzeugen eingeklemmt und in Umfangs- und Axialrichtung durch
Drehen der Rundwerkzeuge gewalzt wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Eine
aus dem Stand der Technik bekannte Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp
der hier in Rede stehenden Art ist in 1 und 2 gezeigt. Die
Profilwalzvorrichtung 1 vom Rundwerkzeugtyp dreht ein Paar
von Rundwerkzeugen 2a, 2b und schiebt die sich
drehenden Rundwerkzeuge mittels hydraulischer Mechanismen 3a, 3b symmetrisch
zur Mitte eines Werkstückes 4 hin,
sodass ein Walzdruck in radialer Richtung des Werkstückes 4 wirkt
und damit das Werkstück 4 gewalzt
wird. An einer Basis 5 ist ein Paar von Gleitschienen 6a, 6b angebracht,
auf denen ein Paar von Werkzeugbewegungsblöcken 7a, 7b seitlich
verschiebbar montiert ist, die ein Paar von Rundwerkzeugen 2a, 2b drehbar
halten. Fest montiert an der Basis 5 ist ein Paar von Druckplatten 8a, 8b,
an denen hydraulische Mechanismen 3a, 3b befestigt
sind. Die Vorderenden von Zylinderwellen 9a, 9b der
hydraulischen Mechanismen 3a, 3b sind an dem Paar
von Werkzeugbewegungsblöcken 7a beziehungsweise 7b befestigt.
Zwischen den Rundwerkzeugen 2a, 2b ist ein Werkstückhalteständer 10 angeordnet,
der das Werkstück 4 hält. Während des Walzvorganges
werden die beiden hydraulischen Mechanismen 3a, 3b derart
betätigt,
dass sich die beiden paarig vorhandenen Werkzeugbewegungsblöcke 7a, 7b aufeinander
zu bewegen, während
sich die Rundwerkzeuge 2a, 2b drehen, sodass Zahnräder und
Schrauben gebildet werden.
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Bei
der herkömmlichen
Profilwalzvorrichtung 1 vom Rundwerkzeugtyp gemäß vorstehender
Beschreibung werden jedoch, wenn die hydraulischen Mechanismen 3a, 3b Walzdrücke auf
das Werkstück 4 ausüben, Reaktionskräfte P zwischen
dem Paar von Rundwerkzeugen 2a, 2b, wie in 2 gezeigt ist,
erzeugt. Die Reaktionskräfte
P werden auf die Druckplatten 8a, 8b übertragen,
was die an der Basis 5 abstehenden Druckplatten 8a, 8b veranlasst,
sich zu verbiegen und nach oben zu öffnen, wie durch die gestrichelten
Linien in der Figur gezeigt ist. Sind die Druckplatten 8a, 8b offen,
so werden die Zylinderwellen 9a, 9b verkippt,
was die Werkzeugbewegungsblöcke 7a, 7b veranlasst,
sich um ihre unteren an den Gleitschienen 6a, 6b gestützten Abschnitte
zu verschwenken und sich genauso wie die Druckplatten 8a, 8b nach
oben zu öffnen.
Daher weichen die Rundwerkzeuge 2a, 2b von dem
Werkstück 4 weg nach
außen
und oben aus. Damit bewegen sich die Werkzeugbewegungsblöcke 7a, 7b,
sogar wenn sie richtig angeordnet sind, von dem Werkstück weg,
wodurch es unmöglich
wird, die Gewindewindungen in dem Werkstück 4 mit hoher Genauigkeit
auszubilden, oder wodurch es für
den Fall eines Zahnrades möglich
wird, dass Fehler bei der Form der Zähne des Werkstückes auftreten.
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Bei
herkömmlichen
Profilwalzvorrichtungen vom Rundwerkzeugtyp ist ein weiterer Nachteil
gegeben. Bei der Durchführung
des sogenannten kontinuierlichen Walzens, durch das ein längliches
Werkstück 4,
das länger
als die Breiten der Rundwerkzeuge 2a, 2b ist,
gewalzt wird, beinhaltet der Vorgang des herkömmlichen Walzens das händische
Verkippen der Hauptwellen 11a, 11b der Rundwerkzeuge 2a, 2b,
das Fixieren ihrer Kippwinkel, wobei die Anstellwinkel an Kontaktabschnitten
zwischen den Rundwerkzeugen 2a, 2b und dem Werkstück 4 in Ausrichtung
zueinander gehalten werden, und das Bewegen des Werkstückes 4 in
axialer Richtung. Bei diesem Verfahren kann der Kipp- oder Neigungswinkel
während
des Walzvorganges nicht geändert
werden, wodurch flexible Walzvorgänge an dem Werkstück unmöglich gemacht
werden.
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Bei
der Ausbildung von Gewindewindungen in dem Werkstück 4 nimmt,
wenn die Rundwerkzeuge 2a 2b fortwährend gegen
das Werkstück 4 gedrückt werden,
der Durchmesser des Fußes
beziehungsweise Grundes des Gewindes ab. Im Ergebnis ist die Umfangslänge des
Werkstückes 4 am
Grund des Gewindes bei Fertigstellung der Gewindewindung oder Gewindeeinbringung
geringer als zu Beginn der Gewindebildung. 3 zeigt
eine Beziehung zwischen der Umfangslänge des Werkstückes 4 und
der Steigung. Die Umfangslänge
des Werkstückes 4 nimmt
um δL ausgehend
von der Umfangslänge
L zu Beginn der Gewindebildung bis zur Umfangslänge L1 bei Fertigstellung des Gewindes
ab. Bei der herkömmlichen
Profilwalzvorrichtung 1 vom Rundwerkzeugtyp wird jedoch
aufgrund der Tatsache, dass die Hauptwellen 11a, 11b während des
Walzvorganges nicht vertikal geneigt werden können, der Anstellwinkel β auch dann
konstant gehalten, wenn sich der Durchmesser des Gewindegrundes
des Werkstückes 4 ändert. Im
Ergebnis tritt eine Abweichung bei der Steigung δP zwischen einer Steigung P
des Werkstückes 4 zu
Beginn der Gewindebildung und der Steigung P1 bei Fertigstellung
der Gewindebildung ein, mit dem Ergebnis, dass sich das Werkstück 4 axial
um einen Abstand der Steigungsabweichung δP während des Walzvorganges bewegt.
Das Phänomen,
wonach sich das Werkstück 4 in
axialer Richtung während
des Walzvorganges bewegt, wird Wandern oder Driften („stepping" oder „wandering") des Werkstückes 4 genannt
und stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn bei dem zu bildenden Gewinde
der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser
und dem Grunddurchmesser groß ist. Tritt
das Driften auf, so kontaktiert eine Flanke einer Schraubenwindung
auf derselben Seite wie die Richtung der driftinduzierten Bewegung
des Werkstückes 4 die
Rundwerkzeuge 2a, 2b mit einer erhöhten Kraft, wohingegen
eine Flanke auf der Seite entgegengesetzt zur Richtung der driftinduzierten
Bewegung des Werkstückes 4 die
Rundwerkzeuge 2a, 2b mit einer verringerten Kraft
kontaktiert, was zu einem Problem der verschlechterten Endgenauigkeit
der gewalzten Flächen
führt.
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Soll
darüber
hinaus das Werkstück 4 mit Zahnungen,
wie in 4 gezeigt ist, ausgebildet werden, so beinhaltet
der Vorgang das Zueinanderbringen der Hauptwellen 11a und 11b,
um die Rundwerkzeuge 2a, 2b aus durch die gestrichelte
Linie in 4 angedeuteten Positionen zu
dem Werkstück 4 hin langsam
zu verschieben. Im Ergebnis wird der Grundkreis, der den Grund 4a des
Werkstückes 4 einnimmt,
ausgehend von einer durch die gestrichelte Linie in der Figur angedeutete
Größe zu einer durch
die durchgezogene Linie angedeuteten Größe klein. Da die Module der
Rundwerkzeuge 2a, 2b konstant sind, wenn der Grundkreis
an Größe abnimmt, tritt
eine große
Abweichung lokal zwischen der in dem Werkstück 4 zu Beginn der
Einbringung ausgebildeten Steigung und der in dem Werkstück 4 bei Fertigstellung
der Einbringung ausgebildeten Steigung auf. Bei der herkömmlichen
Profilwalzvorrichtung 1 vom Rundwerkzeugtyp kann aufgrund
der Tatsache, dass das Paar von Rundwerkzeugen 2a, 2b durch
eine Kombination von Zahnrädern
mit derselben Geschwindigkeit gedreht wird, diese lokale Steigungsabweichung
nicht ausgeglichen werden, mit dem Ergebnis, dass einige Zahnoberflächen des Werkstückes 4 die
Werkzeuge mit einer erhöhten Kraft
kontaktieren, während
andere Zahnoberflächen dies
mit einer verringerten Kraft tun. Dies wiederum verschlechtert die
Endgenauigkeit der gewalzten Zahnoberflächen.
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Bei
der herkömmlichen
Vorrichtung tritt ein weiteres Problem auf. Wird mit dem Walzvorgang
begonnen, so werden die Rundwerkzeuge 2a, 2b an Kontaktflächen des
Werkstückes
mit einer Kraft Fp oder einer Werkzeuglast in einer Richtung senkrecht zu
den Werkzeugen und mit einer Kraft Ft in tangentialer Richtung beaufschlagt.
Bei der herkömmlichen Profilwalzvorrichtung 1 vom
Rundwerkzeugtyp ändern
sich aufgrund der Tatsache, dass die Hauptwellen 11a, 11b derart
gesteuert werden, dass sie sich mit konstanter Geschwindigkeit drehen
und sich bei konstantem Druck oder bei konstanter Geschwindigkeit
bewegen, sowohl die Werkzeuglast Fp wie auch das Walzdrehmoment
T, die auf die Hauptwellen 11a, 11b der Rundwerkzeuge 2a, 2b wirken,
zwischen dem Beginn und der Fertigstellung des Walzvorganges. Das
Drehmoment T der Hauptwelle weist insbesondere eine vorübergehende
steile Zunahme oder ein Maximum während des Walzvorgangs auf.
Da das Maximum des Drehmomentes T der Hauptwelle einen starken Einfluss
auf die Lebensdauer der Rundwerkzeuge 2a, 2b hat,
führt jede
Zunahme des Wertes des Maximums zu einer Verringerung der Lebensdauer
der Werkzeuge.
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Die
Druckschrift US-A-5,451,275 offenbart eine Walzvorrichtung und ein
Verfahren zu deren Verwendung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dann zu verhindern,
dass die Rundwerkzeuge aufgrund der Reaktionskraft von dem Werkstück nach
außen
und oben ausweichen, wenn auf das Werkstück ein Walzdruck wirkt.
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Eine
zweite Aufgabe der Erfindung besteht dann, den Walzvorgang an dem
Werkstück
flexibler zu gestalten und die Endgenauigkeit der gewalzten Flächen durch
Unterdrücken
des Driftens des Werkstückes
während
des Walzvorganges zu verbessern.
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Eine
dritte Aufgabe der Erfindung besteht dann, die Endgenauigkeit von
Zahnflächen
zu verbessern, wenn das Werkstück
mit axialen Nuten, so beispielsweise mit Zahnungen und Zahnwellen-
beziehungsweise Keilwellenverbindungen, ausgebildet wird.
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Eine
vierte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vorübergehende
Zunahme bei den Bearbeitungsdrehmomenten, die auf die Hauptwellen
der Rundwerkzeuge während
des Walzvorgangs wirken, zu verhindern, um die Lebensdauer der Werkzeuge zu
verlängern
und die Effizienz des Walzvorganges zu verbessern.
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Zur
Lösung
der vorgenannten Aufgaben wird eine Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend
Anspruch 1 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche beschreiben
Ausführungsbeispiele der
Erfindung.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden detaillierter
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Frontansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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2 ist
eine Frontansicht, die einen Zustand der herkömmlichen Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp während
eines Walzvorganges zeigt.
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3 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Umfangslänge eines
Werkstückes
und der Steigung bei einer herkömmlichen
Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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4 ist
eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen Rundwerkzeugen
einer herkömmlichen
Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp und dem Werkstück zeigt.
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5 ist
ein Konzeptdiagramm, das zeigt, auf welche Weise ein Walzdrehmoment
auf die Rundwerkzeuge bei der herkömmlichen Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp wirkt.
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6 ist
eine Planansicht, die ein Ausführungsbeispiel
einer Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Frontansicht des Ausführungsbeispieles
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp, wenn diese betätigt wird.
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8 ist
eine Planansicht einer Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp
entsprechend dem Ausführungsbeispiel,
wobei diese mit Hauptwellenneigungsmechanismen versehen ist.
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9 ist
ein Querschnitt bezüglich
der Linie A-A von 8, der die Hauptwellenneigungsmechanismen
bei dem Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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10 ist
ein Konzeptdiagramm, das die Hauptwellenneigungsmechanismen bei
dem Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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11 ist
eine Planansicht, die einen Klemmmechanismus für ein Werkstück bei dem
Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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12 ist
eine Seitenansicht, die den Klemmmechanismus für ein Werkstück bei dem
Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp zeigt.
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13 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Umfangslänge des
Werkstückes
und der Steigung zeigt, wenn die Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp
entsprechend dem Ausführungsbeispiel
implementiert ist.
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14 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Walzzeit und dem erzeugten
Drehmoment zeigt, wenn die Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp
entsprechend diesem Ausführungsbeispiel implementiert
ist.
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15 ist
ein Konfigurationsdiagramm eines Steuersystems für eine Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp entsprechend dem Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispieles
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung beschrieben. 6 bis 15 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend der vorliegenden
Erfindung. In der Zeichnung sind 6 eine Planansicht der
Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend der Erfindung
und 7 eine Frontansicht der Profilwalzvorrich tung
vom Rundwerkzeugtyp des Ausführungsbeispieles,
wenn diese betätigt wird. 8 ist
eine Gesamtplanansicht der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp,
die mit Hauptwellenneigungsmechanismen versehen ist, 9 ist
ein Querschnitt bezüglich
der Linie A-A von 8 und 10 ist
ein Konzeptdiagramm der Hauptwellenneigungsmechanismen. 11 ist
eine Planansicht, die einen Klemmmechanismus für ein Werkstück in der
Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp des Ausführungsbeispieles
zeigt. 12 ist eine Seitenansicht des
Klemmmechanismus. Des Weiteren ist 13 ein
Graph, der eine Beziehung zwischen der Umfangslänge des Werkstückes und
der Steigung zeigt, wenn das Ausführungsbeispiel der Profilwalzvorrichtung
vom Rundwerkzeugtyp implementiert ist. 14 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Walzzeit und dem erzeugten
Drehmoment zeigt. 15 zeigt den Aufbau eines Steuersystems
für die
Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp des Ausführungsbeispieles.
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Wie
in 6 und 7 gezeigt ist, erfolgt seitens
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp ein Walzen und Formen
eines Werkstückes 33,
indem dieses zwischen einem Paar sich drehender Rundwerkzeuge 12a, 12b eingeklemmt
wird und letztere gegen das Werkstück 33 gedrückt werden. An
einer Basis 17 weist die Vorrichtung einen Werkzeugbewegungsblockansteuermechanismus 13 zum
Ansteuern eines Paares von Rundwerkzeugen 12a, 12b in
seitlicher Richtung oder in radialer Richtung des Werkstückes auf,
um die Rundwerkzeuge 12a, 12b nahe zueinander
zu bringen, sowie einen Werkzeugdrehmechanismus 14 zum
Drehen der Rundwerkzeuge 12a, 12b.
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Der
Werkzeugbewegungsblockansteuermechanismus 13 umfasst einen
ersten Werkzeugbewegungsblock 15a, einen zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b und
eine Druckplatte 16, die alle nebeneinander an der Basis 17 angeordnet
sind. Der erste Werkzeugbewegungsblock 15a hält das eine Rundwerkzeug 12a an
einer inneren Seitenfläche
eines Werkzeughalters 28a drehbar. Der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b hält das andere
Rundwerkzeug 12b an einer inneren Seitenfläche eines Werkzeughalters 28b,
der sich gegenüber
dem Werkzeughalter 28a befindet, drehbar. Die Druckplatte 16 ist
außerhalb
des zweiten Werkzeugbewegungsblockes 15b angeordnet. Die
Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b und
die Druckplatte 16 sind seitlich verschiebbar an einem
Paar an der Basis 17 fest montierter Gleitschienen 18 montiert.
Darüber
hinaus erstrecken sich vier Trägerwellen 19 zwischen dem
ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und der Druckplatte 16 an
vier Ecken der inneren einander gegenüberliegenden Seiten des Blockes
und der Platte. Die beiden Enden der Trägerwelle 19 sind an dem
ers ten Werkzeugbewegungsblock 15a beziehungsweise der Druckplatte 16 befestigt.
Damit verschieben sich der erste Werkzeugbewegungsblock 15a und
die Druckplatte 16 auf den Gleitschienen 18 gemeinsam,
ohne dass sich ihre Relativposition ändern würde. Die vier Trägerwellen 19 weisen
die gleiche Festigkeit auf und sind in in Umfangsrichtung geviertelten
Positionen um die Walzmitte des von den Rundwerkzeugen 12a, 12b gewalzten
Werkstückes 33 sowie äquidistant
hiervon angeordnet. Es ist darüber
hinaus möglich,
drei Trägerwellen 19 gleicher Festigkeit
einzusetzen und diese in in Umfangsrichtung gedrittelten Positionen äquidistant
von der Walzmitte des von den Rundwerkzeugen 12a, 12b gewalzten
Werkstückes 33 anzuordnen.
Sind drei oder vier Trägerwellen 19 in
gleichmäßig verteilten
Positionen angeordnet, so können,
wenn ein Druck zwischen dem ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und
der Druckplatte 16 wirkt, die Trägerwellen 19 in einem
stabilen Zustand verlängert
werden, während die
parallele Beziehung zwischen dem ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und
der Druckplatte 16 beibehalten wird.
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Solange
die Trägerwellen 19 verlängert werden
können,
während
der erste Werkzeugbewegungsblock 15a und die Druckplatte 16 in
einer parallelen Beziehung verbleiben, können die Trägerwellen 19 verschiedene
Festigkeiten aufweisen oder in unterschiedlichen Abständen von
der Walzmitte angeordnet sein. Während
das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel
denjenigen Fall betrifft, in dem jeder der Werkzeugbewegungsbläcke 15a, 15b mit
einem Rundwerkzeug 12a, 12b versehen ist, können diese auch über zwei
oder mehr Rundwerkzeuge 12a, 12b verfügen, die
das Werkstück 33 in
wechselseitigem Zusammenspiel halten.
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Der
zweite Werkzeugbewegungsblock 15b ist verschiebbar auf
den Gleitschienen 18 zwischen dem ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und
der Druckplatte 16 montiert und weist drei Durchgangslöcher an
vier Ecken der Seitenfläche
hiervon auf, durch die die vier Trägerwellen 19 hindurchlaufen, die
den zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b führen. Die
Druckplatte 16 ist fest mit einem Schubmechanismus 20,
so beispielsweise einem hydraulischen Zylinder, versehen. Der Schubmechanismus 20 weist
eine Zylinderwelle 21 auf, die in derselben Richtung wie
der Werkzeugbewegungsblock eingefahren oder ausgefahren wird, wobei
das Vorderende der Zylinderwelle 21 an einer äußeren Seitenfläche des
zweiten Werkzeugbewegungsblockes 15b befestigt ist. Der
Schubmechanismus 20 ist nicht auf einen hydraulischen Zylinder
beschränkt,
sondern kann sich auch einer pneumatischen Vorrichtung, eines Motors
oder einer Kugelumlaufspindel bedienen.
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Der
Rundwerkzeugdrehmechanismus 14 dreht das erste Rundwerkzeug 12a und
das zweite Rundwerkzeug 12b hochgenau mit derselben Geschwindigkeit.
Die Drehsteuerung der Rundwerkzeuge wird durch Übertragen der Drehkräfte der
Servomotoren 23a, 23b auf die Hauptwellen 27a, 27b der Rundwerkzeuge 12a, 12b vorgenommen.
Die Enden der Hauptwellen 27a, 27b, die von den
Werkzeughaltern 28a, 28b vorstehen, sind mit Drehwinkelerfassungseinrichtungen 52a, 52b,
so beispielsweise Drehkodierem, montiert, um die Umdrehungsgeschwindigkeiten
der Rundwerkzeuge 12a, 12b in einer geschlossenen
Schleife zu steuern.
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Zwischen
dem zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b und der Druckplatte 16 sind
ein Paar von Zahnstangen 31a, 31b und ein Ritzel 32 installiert,
wobei das Ritzel 32 an der Oberseite der Basis 17 befestigt
ist. Das Paar der Zahnstangen 31a, 31b kämmt mit
dem Ritzel 32 von vorne und von hinten her, wobei die eine
Zahnstange 31a an einem unteren Ende der Druckplatte 16 befestigt
ist, während die
andere Zahnstange 31b an einem unteren Ende des anderen
Werkzeugbewegungsblockes 15b befestigt ist. Ungeachtet
der Tatsache, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Paar der
Zahnstangen 31a, 31b und das Ritzel 32 zwischen
dem zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b und der Druckplatte 16 installiert
sind, können
diese auch zwischen dem ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und
dem zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b angeordnet sein.
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7 zeigt
die Wirkung des ersten Werkzeugbewegungsblockes 15a, des
zweiten Werkzeugbewegungsblockes 15b und der Druckplatte 16, wenn
der Werkzeugbewegungsblockansteuermechanismus 13 betätigt wird.
Der Zustand, nachdem die Zylinderwelle 21 durch Betätigen des
Schubmechanismus 20 ausgefahren ist, ist durch eine gestrichelte
Linie dargestellt. Wird die Zylinderwelle 21 ausgefahren,
so wird der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b derart verschoben,
dass er auf den Gleitschienen 18 zur Mittellinie 34 des
Werkstückes 33 hin
verschoben wird (in der Figur in Richtung des Pfeils A). Zwischenzeitlich
wird aufgrund der Tatsache, dass die Zahnstangen 31a, 31b und
das Ritzel 32 zwischen dem zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b und
der Druckplatte 16, wie in 6 gezeigt
ist, installiert sind, die Druckplatte 16 veranlasst, sich
um denselben Abstand zu verschieben, um den der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b gewandert
ist, dies jedoch in einer Richtung, die entgegengesetzt zu derjenigen
Richtung ist, in die sich der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b verschiebt, das
heißt
in 7 nach rechts (in Richtung des Pfeils B). Nunmehr
bewegt sich der erste Werkzeugbewegungsblock 15a, der mit
der Druckplatte 16 über
die vier Trägerwellen 19 verbunden
ist, ebenfalls um denselben Abstand in derselben Richtung wie die Druckplatte 16 (in
der Figur in Richtung des Pfeils B). Damit verschieben sich der
erste Werkzeugbewegungsblock 15a und der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b um
dieselben Abstände
hin zu der Mittellinie 34 des Werkstückes 33 und nähern sich dabei
einander. Auf diese Weise können
mit dem Werkzeugbewegungsblockansteuermechanismus 13 entsprechend
der vorliegenden Erfindung der linke und der rechte Werkzeugbewegungsblock 15a, 15b mittels
eines einzigen Schubmechanismus 20 aufeinander zu bewegt
werden, um die Rundwerkzeuge 12a, 12b während des
Walzvorganges von beiden Seiten her gegen das Werkstück 33 zu
drücken.
Das Bereitstellen der Zahnstangen 31a, 31b und
des Ritzels 32 ermöglicht,
dass die Mittellinie 34 des Werkstückes 33 stationär gehalten
wird, was wiederum die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstückes 33 verbessert
und die automatische Zuführung und
Herausnahme des Werkstückes 33 vereinfacht.
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Da
die Rundwerkzeuge 12a, 12b während der Drehung aufeinander
zu bewegt werden, um radial gegen das Werkstück 33 zu drücken und
einen Walzdruck auf dieses auszuüben,
wird das Werkstück 33 durch
den Walzdruck gedreht und erfährt wiederholt
lokalisierte plastische Verformungen, wodurch die Gewindewindungen
in dem Werkstück 33 ausgebildet
werden. Wirkt auf das Werkstück 33 ein Walzdruck,
so wirken Reaktionskräfte
P von dem Werkstück 33 auf
das Paar von Rundwerkzeugen 12a, 12b, wie in 7 gezeigt
ist. Die auf das erste Rundwerkzeug 12a wirkende Reaktionskraft
P wird auf den ersten Werkzeugbewegungsblock 15a übertragen.
Die auf das zweite Rundwerkzeug 12b wirkende Reaktionskraft
P wird auf den zweiten Werkzeugbewegungsblock 15b übertragen.
Aufgrund der Tatsache, dass der zweite Werkzeugbewegungsblock 15b an
der Zylinderwelle 21 befestigt ist, wird die auf den zweiten
Werkzeugbewegungsblock 15b übertragene Reaktionskraft P
weiter über
die Zylinderwelle 21 auf die Druckplatte 16 übertragen.
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Dies
bedeutet, dass die vom Walzdruck erzeugten Reaktionskräfte P letztendlich
zwischen dem ersten Werkzeugbewegungsblock 15a und der Druckplatte 16 wirken.
Da der erste Wekzeugbewegungsblock 15a und die Druckplatte 16 zwischen
den vier Trägerwellen 19 eingebaut
sind und da der erste Werkzeugbewegungsblock 15a und die
Druckplatte 16 nicht an der Basis 17 befestigt
sind, verteilen sich die Reaktionskräfte P auf die vier Trägerwellen 19. Aufgrund
der Tatsache, dass die vier Trägerwellen 19 in
Positionen oberhalb und unterhalb des Werkstückes 33 angeordnet
sind und die gleiche Festigkeit aufweisen, teilen sich die Reaktionskräfte P in
vier gleiche Anteile, die von den vier Trägerwellen 19 zu gleichen
Teilen aufgenommen werden. Mit anderen Worten, die auf jede Trägerwelle
wirkende Zugkraft ist P/4. Ungeachtet der Tatsache, dass die vier
Trägerwellen 19 geringfügig durch
die Reaktionskräfte
P axial verlängert
werden, kann aufgrund der Tatsache, dass sie zu gleichen Teilen
verlängert
werden, verhindert werden, dass sich die Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b öffnen und
die Rundwerkzeuge 12a, 12b nach außen und
oben ausweichen, wie dies bei einer herkömmlichen Vorrichtung der Fall
ist. Aufgrund der Tatsache, dass vier Trägerwellen 19 vorgesehen
sind, können
die in jedem Rundwerkzeug 12a, 12b erzeugten Reaktionskräfte des
Weiteren zu gleichen Teilen zwischen den vier Trägerwellen 19 stabil aufgeteilt
werden.
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Wie
in 6 und 7 gezeigt ist, verfügt das Ausführungsbeispiel
des Weiteren über
eine lineare Skalierung 35 als Abstandserfassungseinrichtung,
die zwischen dem Paar von Werkzeugbewegungsblöcken 15a, 15b installiert
ist, damit der Abstand zwischen den Werkzeugbewegungsblöcken 15a, 15b direkt
gemessen werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass die Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b nicht
nach außen
und oben ausweichen, kann die Abmessungsausdehnung, die zwischen
den Rundwerkzeugen 12a, 12b während des Walzvorganges auftritt,
präzise
dadurch erfasst werden, dass der Abstand zwischen den Werkzeugbewegungsblöcken 15a, 15b gemessen
wird, wobei die Ansteuerung des Schubmechanismus 20 auf
Basis der Abmessungsausdehnung gesteuert werden kann. Dies bedeutet,
dass aufgrund der Tatsache, dass sich die Rundwerkzeuge 12a, 12b zu
gleichen Teilen nach links und rechts öffnen, wenn während des
Walzvorganges die Reaktionskräfte
einwirken, der Abstand zwischen den Hauptwellen 27a, 27b,
das heißt
die Tiefe der Einbringung durch die Rundwerkzeuge 12a, 12b mit
hoher Genauigkeit dadurch gesteuert wird, dass der Abstand zwischen
den Werkzeugbewegungsblöcken 15a, 15b mit
der linearen Skalierung 35 während des Walzvorganges gemessen
und das gemessene Signal in einer Steuerschleife zum Zwecke einer
nummerischen Steuerung der Ansteuerung des Schubmechanismus 20 rückgekoppelt
wird. Die Abstandserfassungseinrichtung kann sich eines magnetostriktiven
Sensors und eines Lasersensors anstelle der linearen Skalierung 35 bedienen.
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Bei
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind, wie in 8 gezeigt ist, die Werkzeughalter 28a, 28b,
die die Hauptwellen 27a, 27b der Rundwerkzeuge 12a, 12b drehbar
halten, verschwenkbar an den Werkzeugbewegungsblöcken 15a, 15b montiert,
sodass die Werkzeughalter 28a, 28b in einer Ebene
(vertikale Ebene) senkrecht zur Bewegungsrichtung der Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b geneigt
werden können.
Die Verschwenkmitten 29a, 29b der Hauptwellen 27a, 27b werden derart
eingestellt, dass die Walzposition des Werkstückes 33 auf einer
Linie S liegt, die die Verschwenkmitten 29a, 29b verbindet.
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Das
Verschwenken der Werkzeughalter 28a, 28b wird
mittels Hauptwellenneigungsmechanismen 50a, 50b vorgenommen.
Die Hauptwellenneigungsmechanismen 50a, 50b umfassen
Werkzeughalterzahnräder,
die in den Werkzeughaltern 28a, 28b vorgesehen
sind, sowie Motorzahnräder,
die mit den Werkzeughalterzahnrädern
kämmen.
Die Hauptwellenneigungsservomotoren 51a, 51b,
an deren Vorderenden die Motorzahnräder angebracht sind, sind an der
Seite der Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b angeordnet.
Die Hauptwellenneigungsmechanismen 50a, 50b können Verbindungsmechanismen
anstelle der Zahnräder
benutzen. Zudem können
die Servomotoren als Antriebsquelle durch hydraulische Zylinder
und pneumatischer Zylinder ersetzt werden.
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Soll
die Verschwenkbewegung des Werkzeughalters 28a gesteuert
werden, so wird der Hauptwellenneigungsservomotor 51a derart
betätigt, dass
sich das Motorzahnrad dreht, um eine Drehkraft auf den Werkzeughalter 28a,
wie in 9 gezeigt ist, durch das Werkzeughalterzahnrad
zu übertragen. Der
Werkzeughalter 28a verschwenkt sich anschließend um
die Verschwenkmitte 29a um einen Betrag entsprechend der
Drehung des Hauptwellenneigungsservomotors 51a. Damit kann
die Hauptwelle 27a parallel zu der anderen Hauptwelle um
einen Winkel +α° nach oben
(in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt) und um
einen Winkel –α° nach unten
(in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt) in der
vertikalen Ebene geneigt werden. Eine ähnliche Steuerung wird auch
bei dem anderen Werkzeughalter 28b vorgenommen.
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10 zeigt
eine Steuereinrichtung für
die Hauptwellenneigungsmechanismen 50a, 50b. Kodierer 25a, 25b zur
Messung der Neigungswinkel der Hauptwellen 27a, 27b sind
an den Enden der Hauptwellen 27a, 27b angebracht,
und es werden die von den Kodierern 25a, 25b gemessenen
Neigungswinkel zum Zwecke der nummerischen Steuerung der Anzahl
der Umdrehungen der Hauptwellenneigungsservomotoren 51a, 51b rückgekoppelt.
Hierdurch wird es möglich,
die nach oben oder nach unten erfolgende Neigung (in der Figur in
Richtung von + oder –)
der parallelen Hauptwellen 27a, 27b um die Verschwenkmitten 29a, 29b präzise zu
steuern. Die Kodierer 25a, 25b können mit
den Haupfwellenneigungsservomotoren 51a, 51b integral
ausgebildet sein. Die Steuerung der Neigungswinkel der Hauptwellen 27a, 27b ändert sich
in Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren, so beispielsweise vom Durchmesser und
vom Material des Werkstückes 33,
das gewälzt
werden soll, der Art des Gewindes, das gebildet werden soll, und kes 33,
das gewälzt
werden soll, der Art des Gewindes, das gebildet werden soll, und
der Steigung.
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11 und 12 zeigen
einen Klemmmechanismus für
das Werkstück 33.
Das Werkstück 33 wird
axial zwischen einer Haltemitte 36a und einer Hinterendmitte 36b eingeklemmt.
Die Haltemitte 36a ist fest an einer Mittenhalterung 37a befestigt,
während
die Hinterendmitte 36b verschiebbar an einer weiteren Mittenhalterung 37b angebracht
ist. Die Mittenhalterung 37b verfügt über eine daran angebrachte
pneumatische oder hydraulische Zylindervorrichtung 38,
die die Hinterendmitte 36b in axialer Richtung bezüglich des
Werkstückes 33 (in
der Figur in Richtung X) bewegt. Am unteren Ende der Mittenhalterungen 37a, 37b sind
eine Mittenhalterungseinstellzahnstange 39 und ein Mittenhalterungseinstellritzel 40 vorgesehen,
die beide dazu verwendet werden, den Abstand zwischen den Mittenhalterungen 37a, 37b einzustellen.
Die Mittenhalterungen 37a, 37b sind verschiebbar
auf einer Mittenhalterungsgleitschiene 41 montiert, die
sich in axialer Richtung des Werkstückes 33 erstreckt.
An der Seite der Mittenhalterung 37b ist eine Drifterfassungseinrichtung 42,
so beispielsweise eine lineare Skalierung vorgesehen, die eine axiale
Bewegung der Mittenhalterung 37b, die das Werkstück 33 axial
einklemmen, erfasst, um den Betrag der Drift des Werkstückes 33 zu
messen.
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13 zeigt
eine Beziehung zwischen dem Anstellwinkel, der Umfangslänge und
der Steigung eines Gewindes, wenn ein Gewindewalzen des Werkstückes 33 mittels
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp mit vorerläutertem
Aufbau erfolgt. Wie in der Figur gezeigt ist, nimmt, wenn die Rundwerkzeuge 12a, 12b fortwährend gegen
das Werkstück 33 gedrückt werden
und die Gewindebildung fortschreitet, der Durchmesser des Grundes des
Gewindes des Werkstückes 33 fortwährend ab. Damit
nimmt die Umfangslänge
des Werkstückes 33 am
Grund des Gewindes um δD
von D zu Beginn der Gewindebildung auf D1 bei Fertigstellung der
Gewindebildung ab. Werden die Hauptwellen 27a, 27b parallel
gehalten, so ändert
sich der Anstellwinkel β des Werkstückes 33 nicht,
wodurch eine Steigungsabweichung δP
zwischen der Steigung des Werkstückes 33 zu
Beginn der Gewindebildung und der Steigung des Werkstückes 33 bei
Fertigstellung des Gewindes erzeugt wird. Während des Walzvorganges bewegt
sich das Werkstück 33 damit
axial um einen Abstand, der gleich der Steigungsabweichung δP ist. Durch
fortschreitende Neigung des Paares von Hauptwellen 27a, 27b in
entgegengesetzten Richtungen während
des Walzvorganges kann jedoch der Anstellwinkel β des Werkstückes 33 entsprechend der Änderung
der Umfangslänge
des Werkstückes während des
Walzvorganges berichtigt werden. Die auf diese Weise erfolgende
Berichtigung des Anstellwinkels kann die Steigung P des Werkstückes 33 konstant
halten und ein Driften des Werkstückes 33 unterdrücken. Dies
bedeutet, dass das Driften des Werkstückes 33 durch ein
langsames Neigen der Hauptwellen 27a, 27b zum
Zwecke der Berichtigung des Anstellwinkels β des Werkstückes 33 unterdrückt werden
kann, wenn sich der Durchmesser des Werkstückes 33 ändert. Am
Ende des Walzvorganges wird der Anstellwinkel β des Werkstückes 33 zu einem berichtigten
Anstellwinkel β1.
Die Unterdrückung
des Driftens des Werkstückes 33 verhindert
wiederum eine Delamination einer Flanke des Gewindes, was bei einer
herkömmlichen
Vorrichtung auftreten kann, wenn die Flanke des Gewindes auf derselben
Seite wie die Bewegungsrichtung des Werkstückes 33 mit den Rundwerkzeugen 12a, 12b mit
großer
Kraft in Eingriff tritt. Verbessert werden kann zudem die Endgenauigkeit
der bearbeiteten Oberfläche.
Darüber
hinaus können
ein unzureichender Anstieg der Tiefe des Gewindes und eine Verjüngung des
Gewindes bedingt durch den Walzvorgang verhindert werden. Für den Fall
eines mit einem Flansch versehenen Werkstückes ermöglicht die Verhinderung einer
Drift, dass das Werkstück
in der Nähe
des Flansches gewalzt werden kann. Die Änderung hin zu dem berichtigten
Anstellwinkel β1
ist hinreichend klein, dass sie noch innerhalb der Toleranz der
fertigen Schraube liegt.
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Die
Neigungswinkel der Hauptwellen 27a, 27b werden
durch eine vorab erfolgende Berechnung eines Wertes des Anstellwinkels
gesteuert, auf den der Anstellwinkel entsprechend dem Durchmesser
des Werkstückes 33 und
der Tiefe der Einbringung berichtigt werden soll, sowie durch Verwendung des
berechneten Wertes für
den Anstellwinkel als Zielwert für
den Servomechanismus. Wird das Driften des Werkstückes 33 von
der Drifterfassungseinrichtung 42 erfasst, so wird beiden
Hauptwellen 27a, 27b oder nur einer der beiden
Hauptwellen ein Neigungswinkel verliehen, wobei die Neigungswinkel
derart gesteuert werden, dass der Ablesewert der Drifterfassungseinrichtung 42 konstant
bleibt.
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Bei
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend dem Ausführungsbeispiel ist
es aufgrund der Tatsache, dass die Neigungswinkel der Hauptwellen 27a, 27b mit
hoher Genauigkeit gesteuert werden können, zudem möglich, das
Werkstück 33 im
Widerspruch zum Vorbeschriebenen zu veranlassen, sich zu bewegen
oder zu driften, und zwar dadurch, dass die Hauptwellen 27a, 27b um
einen vorbestimmten Wert geneigt werden. So kann beispielsweise
das Befestigen von Werkzeugen in Form von Abakuskugeln an den Hauptwellen
gefolgt von einem Neigen dieser Hauptwellen dem Werkstück eine
axiale Stoßkraft
verleihen, wobei eine Änderung
des Abstandes zwischen den Hauptwellen ermöglicht, dass das Werkstück in gewünschte Formen gewalzt
wird, wo durch Bearbeitungen wie beispielsweise Außendurchmesserziehen
und Innendurchmesserbearbeiten von massiven oder hohlen Materialien
und das Ausbilden gestufter Wellen oder Röhren möglich werden, was bisher nur
mittels Tiefziehen (swaging) oder Abstreckziehen (ironing spinning)
möglich
war. Darüber
hinaus kann das Einstellen des Wellenneigungswinkels für ein kontinuierliches
Walzen automatisiert werden. Durch Steuerung des Abstandes zwischen
den Hauptwellen, der Wellenneigungswinkel und der Werkzeugdrehwinkel
mit hoher Genauigkeit wird eine große Vielfalt an Bearbeitungsmöglichkeiten
geboten.
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Bei
der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp entsprechend diesem
Ausführungsbeispiel
können,
wie in 6 gezeigt ist, die Drehwinkel der Hauptwellen 27a, 27b direkt
mittels der Drehwinkelerfassungseinrichtungen 52a, 52b,
so beispielsweise Drehkodierern, gemessen werden, die direkt an
den Enden der Hauptwellen 27a, 27b angebracht sind.
Die Messungen der Drehwinkel werden zudem an (nicht gezeigte) Rundwerkzeugdrehsteuereinrichtungen
rückgekoppelt,
um die Drehung der Servomotoren 23a, 23b für die Hauptwellen
zu steuern. Durch Steuerung der Drehung der Hauptwellen 27a, 27b in einer
vollständig
geschlossenen Schleife können
die Drehwinkel der Hauptwellen 27a, 27b nummerisch auf
einem Zielwert auch dann mit hoher Genauigkeit gesteuert werden,
wenn Fehler durch Spiel oder Torsion an den Zahnrädern vorliegen.
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Nachstehend
wird der Betrieb beim Walzen des Werkstückes 33 mittels einer
Steuerung der Drehwinkel der Hauptwellen 27a, 27b beschrieben. Zunächst erfolgt
eine Erklärung
desjenigen Falles, in dem axiale Nuten, so beispielsweise Zahnwellen- oder
Keilwellenverbindungen und Zahnungen in dem Werkstück 33 mittels
Walzen ausgebildet werden. Das Paar von Rundwerkzeugen 12a, 12b wird
bezüglich
seiner Drehwinkel entsprechend einer Änderung des Durchmessers des
Werkstücks 33 während des
Walzens gesteuert. Dies bedeutet, dass sich zu Beginn des Walzvorganges
die beiden Rundwerkzeuge 12a, 12b mit derselben
Geschwindigkeit in derselben Richtung drehen. Vertieft sich die
Nut in dem Werkstück 33 im
Laufe des Walzens zunehmend, so erfolgt jedoch eine Steuerung dahingehend,
dass der Drehwinkel des zweiten Rundwerkzeuges 12b in Bezug
auf den Drehwinkel des ersten Rundwerkzeuges 12a allmählich geändert wird.
Die Umfangslänge
des gewalzten Werkstückes 33 wird beispielsweise
durch die Anzahl der einzubringenden Zähne geteilt, um eine berichtigte
Steigung zu bestimmen, und anschließend wird eine Drehwinkelsteuerung
derart vorgenommen, dass die berichtigte Steigung erzeugt wird.
Durch die auf diese Weise erfolgende Steuerung des Drehwinkels kann
eine Änderung
der Steigung, die entsteht wenn sich der Durchmesser der Nut des Werkstückes 33 allmählich ausgehend
vom Beginn der Einbringung bis zur Fertigstellung der Einbringung
hin ändert,
unter der Mehrzahl von Zähnen
verteilt und aufgenommen werden. Dies verhindert eine große lokale
Abweichung der Steigung, was glatte Zahnoberflächen des Werkstückes 33 ermöglicht und
die Endgenauigkeit verbessert. Eine derartige Steuerung kann auch
zum Zwecke des Walzens von Zahnrädern
mit einem großen
Modul eingesetzt werden. Die Änderungsrate der
Drehwinkel der Hauptwellen 27a, 27b ändert sich in
Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren, darunter dem Durchmesser und dem Material
des zu walzenden Werkstückes 33 und
der Art und Steigung der mittels Walzen auszubildenden Gewindewindungen.
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Nachstehend
wird derjenige Fall erläutert,
in dem ein Spiralgewinde an dem äußeren Umfang
des Werkstückes 33 mittels
Steuern der Drehwinkel der Hauptwellen 27a, 27b gewalzt
wird. Auf eine Weise, die derjenigen des vorherigen Falles ähnlich ist,
werden die Drehwinkel des Paares von Rundwerkzeugen 12a, 12b entsprechend
der Änderung
des Durchmessers des gewalzten Werkstückes 33 gesteuert. Dies
bedeutet, dass sich zu Beginn des Walzens beide Rundwerkzeuge 12a, 12b mit
derselben Geschwindigkeit in dieselben Richtung drehen. Vertieft sich
jedoch die Gewindewindung in dem Werkstück 33 im Laufe des
Walzens fortwährend,
so wird eine Steuerung dahingehend vorgenommen, dass sich der Drehwinkel
des zweiten Rundwerkzeuges 12b in Bezug auf den Drehwinkel
des ersten Rundwerkzeuges 12a allmählich ändert. Diese Drehwinkelsteuerung
ermöglicht,
wie in 13 gezeigt ist, dass sich der
Anstellwinkel des Werkstückes 33 allmählich von einem
Winkel β zu
einem berichtigten Anstellwinkel β1 ändert, weshalb
ermöglicht
wird, dass die Steigung P auch dann konstant bleibt, wenn sich die
Umfangslänge
des Werkstückes 33 von
D zu Beginn der Einbringung nach D1 bei Fertigstellung der Einbringung ändert. Daher
kann diese Steuerung Probleme beseitigen, die bei herkömmlichen
Vorrichtungen auftreten, bei denen sich die Steigung während des Walzvorganges ändern kann,
was eine Drift des Werkstückes 33 in
axialer Einrichtung verursacht, und damit einen gleichmäßigen Kontakt
zwischen den Flanken der Gewindewindungen in dem Werkstück 33 und
den Rundwerkzeugen 12a, 12b ermöglicht,
was zu einer verbesserten Endgenauigkeit der gewalzten Oberflächen führt.
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Darüber hinaus
sind bei der Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp des vorliegenden Ausführungsbeispieles,
wie in 6 gezeigt ist, die Hauptwellen 27a, 27b der
Rundwerkzeuge 12a, 12b jeweils mit einer Drehmomenterfassungseinrichtung 53a, 53b versehen,
wobei der erste Werkzeugbewegungsblock 15a eine Lasterfassungseinrichtung 54 aufweist,
die an dessen Ende befestigt ist und die Last des Werkzeuges bei
dem Walzvorgang ändert. Die
Drehmomenterfassungseinrichtung 53a, 53b umfasst
beispielsweise einen Drehmomentmesser zum direkten Messen des Drehmomentwertes
und eine Einrichtung zur Erfassung der Last eines Servomotors in
Form eines Stromes oder einer Spannung und zum Berechnen eines Drehmomentwertes
aus dem erfassten Wert.
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14 zeigt
eine Änderung
des Drehmomentes, wenn ein Drehmomentsteuerverfahren entsprechend
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Auf der Abszisse ist
die Walzzeit dargestellt, während
auf der Ordinate ein Drehmoment gemäß Erfassung durch die Drehmomenterfassungseinrichtungen 53a, 53b darstellt
ist. Eine gestrichelte Linie stellt den eingestellten Drehmomentwert
dar. Der eingestellte Drehmomentwert wird unter Berücksichtigung
der erfassten Werte der Werkzeuglasten und der Werkzeugdrehmomente
bestimmt, die erzeugt werden, wenn der Walzvorgang derart ausgeführt wird,
dass die Umdrehungsgeschwindigkeiten und die Bewegungsgeschwindigkeiten
der Hauptwellen 27a, 27b konstant gehalten werden.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Steuerung des Walzdrehmomentes innerhalb
eines vorbestimmten Bereiches durch eine Steuerung der Umdrehungsgeschwindigkeiten
der Hauptwellen 27a, 27b beschrieben. Im Allgemeinen
nimmt immer dann, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen 27a, 27b zunehmen,
die Anzahl der Drehungen des gewalzten Werkstückes 33 zu, wodurch
die Tiefe der Einbringung und das erzeugte Drehmoment verringert
werden. Demgegenüber
verringert eine Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit die Anzahl
der Drehungen des Werkstückes 33,
wodurch das Drehmoment zunimmt. Die vorliegende Erfindung nutzt
diese Beziehung zu ihrem Vorteil dadurch aus, dass das erzeugte
Drehmoment bei einem vorbestimmtem Wert gesteuert wird. Die Umdrehungsgeschwindigkeiten
der Hauptwelle 27a, 27b sind durch eine obere
und eine untere Grenze begrenzt, die durch einen Begrenzer eingestellt
werden und die automatisch im Bereich des Begrenzers variieren dürfen. An
dem Punkt (1) in der Figur drehen sich unmittelbar nach
Beginn des Walzvorganges die Hauptwellen 27a, 27b mit
einer voreingestellten Anfangsumdrehungsgeschwindigkeit. Die erzeugten Drehmomente
nehmen allmählich
zu und nähern sich
dem eingestellten Drehmomentwert, wobei zu einer bestimmten Zeit
(Punkt (2) in der Figur) die Drehmomentsteuerung beginnt.
Die Drehmomentsteuerung beinhaltet als einen ersten Schritt den
Vergleich der Drehmomentwerte gemäß Erfassung durch die Drehmomenterfassungseinrichtungen 53a, 53b mit
dem eingestellten Drehmomentwert. Sind die erfassten Drehmomentwerte
niedriger als der eingestellte Drehmomentwert, so wird den Hauptwel len 27a, 27b eine
Drehwinkelverlangsamung verliehen, um die Umdrehungsgeschwindigkeiten
zu senken und damit die Drehmomentwerte zu steigern. Nehmen die
Drehmomente weiter zu und übersteigen den
eingestellten Drehmomentwert (Punkt (3) in der Figur),
so wird den Hauptwellen 27a, 27b eine Drehwinkelbeschleunigung
verliehen, um die Umdrehungsgeschwindigkeiten zu erhöhen und
hierdurch die Drehmomentwerte zu senken. Wenn sogar unter dieser
Steuerung die Drehmomentwerte fortwährend noch weiter ansteigen
(Punkt (4) in der Figur), so wird die obere Grenze der
Umdrehungsgeschwindigkeit des Begrenzers eingestellt. Nähert sich
der Walzvorgang, während
eine Drehmomentsteuerung gemäß vorstehender
Beschreibung erfolgt, seinem Ende, so nehmen die Drehmomentwerte
ab, und die Drehmomentsteuerung endet (Punkt (5) in der
Figur). Sodann werden die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen 27a, 27b mit
dem unteren Grenzwert des Begrenzers eingestellt. Eine Mehrzahl
von Beschleunigungen/Verlangsamungen des Drehwinkels mit sich schrittweise
unterscheidenden Werten kann derart eingestellt werden, dass die
Beschleunigung/Verlangsamung des Drehwinkels fortwährend zunimmt,
wenn die Abweichung der erzeugten Drehmomente von dem eingestellten
Drehmomentwert zunimmt. Bei dieser Anordnung ist es, wenn die erfassten
Drehmomentwerte von dem eingestellten Drehmoment abweichen, möglich, die
erzeugten Drehmomente rasch wieder in die Nähe des eingestellten Drehmomentes
zu bringen. Kommen die erzeugten Drehmomente in die Nähe des eingestellten Drehmomentes,
so kann durch dieses Verfahren der Bereich der Drehmomentschwankungen
verringert werden.
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Durch
eine Steuerung des Bearbeitungsdrehmomentes, das während des
Walzvorganges erzeugt wird, derart, dass es in die Nähe des voreingestellten
Drehmomentwertes kommt, kann verhindert werden, dass das Drehmoment
der Hauptwelle während
eines Maximums vorübergehend übermäßig hoch
wird, was die Lebensdauer des Walzwerkzeuges im Vergleich zu herkömmlichen
Walzwerkzeugen erheblich verlängert.
Damit ermöglicht
diese Drehmomentsteuerung sogar das Walzen eines dünnwandigen
hohlen Elementes. Das Drehmomentsteuerverfahren für die Hauptwellen 27a, 27b gemäß vorliegender
Beschreibung kann auch auf eine Walzvorrichtung vom Differenzgeschwindigkeitstyp
angewandt werden, bei der das Werkstück 33 von einem Zuführer ohne
Bewegung der Hauptwellen der Rundwerkzeuge 12a, 12b verschoben
wird.
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Nachstehend
erfolgt eine Erläuterung
eines Verfahrens zur Steuerung der Hauptwellenbewegungsgeschwindigkeiten,
wobei hier die Bearbeitungsdrehmomente, die auf die Hauptwellen 27a, 27b wirken,
in die Nähe
eines voreingestellten Drehmomentwertes kommen. In diesem Fall nimmt,
wenn die Bewegungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen abnehmen, die
Anzahl der Drehungen des Werkstückes 33 zu,
was die Tiefe der Einbringung und daher das erzeugte Drehmoment
verringert. Demgegenüber
verringert die Zunahme der Haupt Hauptwellenbewegungsgeschwindigkeiten
die Anzahl der Umdrehungen des Werkstückes und steigert damit das Drehmoment.
Die vorliegende Erfindung nutzt diese Beziehung bei der Durchführung der
Steuerung derart, dass das erzeugte Drehmoment bei einem konstanten
Wert gehalten wird. Wie für
den Fall der Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen werden die
Bewegungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen durch eine obere und
eine untere Grenze eines Begrenzers begrenzt, sodass diese sich
automatisch innerhalb des Bereiches des Begrenzers ändern dürfen. Wie
in 14 gezeigt ist, werden an dem Punkt (1)
in der Figur unmittelbar nach Beginn des Walzvorganges die Hauptwellen 27a, 27b mit
einer voreingestellten konstanten Anfangsgeschwindigkeit bewegt. Die
erzeugten Drehmomente nehmen fortwährend zu und kommen in die
Nähe des
voreingestellten Drehmomentwertes, wo dann (Punkt (2))
in der Figur) die Drehmomentsteuerung einsetzt. Die Drehmomentsteuerung
beinhaltet als einen ersten Schritt den Vergleich der von den Drehmomenterfassungseinrichtungen 53a, 53b erfassten
Drehmomentwerte mit dem eingestellten Drehmomentwert. Sind die erfassten
Drehmomentwerte niedriger als der eingestellte Drehmomentwert, so
wird den Bewegungen der Hauptwellen eine Beschleunigung verliehen,
um die Bewegungsgeschwindigkeiten und den Drehmomentwert zu erhöhen. Nehmen
die Bearbeitungsdrehmomente weiter zu und überschreiten dabei den eingestellten
Drehmomentwert (Punkt (3) in der Figur), so wird den Bewegungen
der Hauptwellen eine Verlangsamung verliehen, um die Bewegungsgeschwindigkeiten
und die Drehmomentwerte zu verringern. Wenn sogar unter Wirkung
der Steuerung ein weiterer Anstieg der Drehmomente auftritt (Punkt
(4) in der Figur), so wird die untere Grenzbewegungsgeschwindigkeit
des Begrenzers eingestellt. Nähert sich
der Walzvorgang, den die Walzsteuerung gemäß vorliegender Beschreibung
vornimmt, seinem Ende, so nehmen die Drehmomente ab und die Drehmomentsteuerung
endet (Punkt (5) in der Figur). Anschließend werden
die Bewegungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen mit dem unteren Grenzwert
des Begrenzers eingestellt, und die Hauptwellen 27a, 27b werden
mit konstanten Geschwindigkeiten bewegt. Wie für den Fall der vorbeschriebenen
Beschleunigungen/Verlangsamungen des Drehwinkels kann eine Mehrzahl
von Beschleunigungen/Verlangsamungen der Bewegung der Hauptwellen
mit sich schrittweise unterscheidenden Werten derart eingestellt
werden, dass die Beschleunigung/Verlangsamung der Bewegung der Hauptwellen
fortwährend zunimmt,
wenn die Abweichung der erzeugten Drehmomente von dem eingestellten
Drehmoment zunimmt. Bei dieser Anordnung wird es, wenn sich die erfassten Drehmomente
von dem eingestellten Drehmoment wegbewegen, möglich, die erzeugten Drehmomente
rasch in die Nähe
des eingestellten Drehmomentwertes zu bringen. Es ist auch möglich, eine Drehmomentsteuerung
unter Verwendung sowohl der Bewegungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen wie
auch der Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hauptwellen gemäß vorstehender
Beschreibung zu steuern.
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15 zeigt
ein Beispiel für
den Aufbau eines Steuersystems des Ausführungsbeispieles. Bei dem Steuersystem
werden Programme und Daten, die in einem Speicher 46 gespeichert
sind, von einer CPU 45 verarbeitet und die verarbeiteten
Ergebnisse an Betätiger,
so beispielsweise Servomotoren 23a, 23b und den
Schubmechanismus 20 über
eine Kommunikationssteuereinheit 48 geleitet, die mit einer Busleitung 43 verbunden
ist. Diese Betätiger
weisen jeweils eine Treiberschaltung auf, wobei eine Mehrzahl dieser
Treiber und I/O-Ports 47 mit der Kommunikationssteuereinheit 48 verbunden
ist. Die Treiber, die I/O-Ports 47 und die Kommunikationssteuereinheit 48 sind über eine
serielle Kommunikationsleitung 44 miteinander verbunden.
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Ungeachtet
der Tatsache, dass das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel derart dargestellt wird,
dass der linke und der rechte Werkzeugbewegungsblock 15a, 15b zusammen
bewegt werden, sollte einsichtig sein, dass die vorliegende Erfindung auch
bei einem Fall anwendbar ist, bei dem einer der beiden Werkzeugbewegungsblöcke 15a, 15b oder die
Druckplatte 16 starr befestigt und das jeweils andere Objekt
verschiebbar bewegt werden kann. Die Profilwalzvorrichtung vom Rundwerkzeugtyp
entsprechend der vorliegenden Erfindung kann auch in einem Fall
eingesetzt werden, in dem die Hauptwellen 27a, 27b stationär gehalten
werden und das Werkstück 33 zwischen
den Rundwerkzeugen 12a, 12b hin und her geschoben
und derart angetrieben wird, dass es mittels Drehung gewalzt werden
kann. Darüber
hinaus kann die nummerische Steuerung auch derart vorgenommen werden,
dass die Hauptwellen 27a, 27b in entgegengesetzte
Richtungen gedreht und das Werkstück 33, das senkrecht
zu den Hauptwellen 27a, 27b angeordnet ist, nach
oben oder nach unten bewegt wird, sodass axiale Nuten in dem Werkstück 33 ausgebildet
werden können.