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Glattwalzgerät für runde, von der Zylinderform abweichende Werkstücke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Glattwalzgerät für runde, von der Zylinderform
abweichende Werkstücke mit kontinuierlich längs angetriebenen sowie selbsttätig
quer zugestellten, die Walze tragenden, z. B. als Längs- und Querschlitten ausgebildeten
Bauteilen, deren Antriebe durch ein Ausgleichsgetriebe verbunden sind, das die unter
der Einwirkung einer vorgegebenen Kontur eintretenden Bewegungen eines dieser Teile
selbsttätig in dazu rechtwinklig verlaufende Bewegungen des anderen Teils umwandelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Einrichtungen zum Glattwalzen
von Werkstücken auf dem Wege des Kopierens die mit einem verhältnismäßig großen
baulichen Aufwand verbundene Kopiereinrichtung in Wegfall zu bringen, da die zu
walzenden Teile bereits eine vorgearbeitete, mit der endgültigen fast übereinstimmende
Kontur aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Querverstellung
der Walzen durch das vorgearbeitete, glattzuwalzende Werkstück selbst gesteuert
wird. Der bei einer Zunahme des Werkstückdurchmessers an den Walzen auftretende,
axiale Vorschubwiderstand bewirkt nämlich eine bei Kopiereinrichtungen an sich bekannte
axiale Relativverschiebung der die Walzen tragenden Bauteile .gegenüber der sie
längs verschiebenden Vorschubspindel bzw. -mutter, die meine radiale Zustellbewegung
der Walzen umgewandelt wird.
Ein solches Gerät hät den Vorteil,
daß auch ohne Kopierlineal. bei kontinuierlich fortlaufendem Längsvorschub die Glattwalzarbeit
auch an vom Zylinder abweichenden Flächen kontinuierlich weiterverläuft. Dabei geht
im Fall der Erfindung die Radialkraft an der Prägerrölle kontinuierlich in die Axialkraft
über, wenn die Rolle anschließend an den zylindrischen Teil des Werkstückes Hohlkehlen
glattzuwalzen hat.
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Ein ungleichmäßiger Vorschub an einer Stelle der glattzuwalzenden
Fläche, wie er z. B. bei Handbedienung einer Glattwalzeinrichtung eintritt, hat
nämlich zur Folge, daß dieser Flächenteil mehr oder weniger oft überwalzt wird und
daher an dieser Stelle mehr oder weniger tief eingewalzt wird. Mit anderen Worten:
Durch ungleichmäßigen Vorschub wird die makrogeometrische Form des glattzuwalzenden
Körpers ungenau.
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Der im Fall der Erfindung vollkommen selbsttätig und kontinuierlich
erfolgende Ablauf des Glattwalzvorganges hat ferner zur Folge, daß im Gegensatz
zu handbedienten Glattwalzeinrichtungen mit der Erfindung auch kleine Werkstücke
wirtschaftlich glattwalzbar sind, weil hohe Drehzahlen angewendet werden können.
Bei dieser hohen Drehzahl wird der Schlitten ebenfalls rasch verschoben, so daß
bei Handbetätigung bzw. -steuerung der Glattwalzeinrichtung der Zeitpunkt des Ausschaltens
des Vorschubes schlecht bestimmt werden kann. Daher schaltet der Bedienungsmann
bei derartigen Einrichtungen den Vorschub frühzeitig aus und beendet den Glattwalzvorgang
durch Verschieben des Supports von Hand. Dabei wird jede Regelmäßigkeit außer acht
gelassen, und man ist auf die Zuverlässigkeit des Bedienungsmannes angewiesen.
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Von ebenso großer Wichtigkeit wie die gute Oberfläche und die genaue
Einhaltung der geometrischen Form ist die Erhöhung der Dauerfestigkeit insbesondere
in der Hohlkehle, die von den auftretenden spezifischen Flächendrücken an der Kontaktstelle
abhängt. Die spezifischen Flächendrücke selbst hängen ab von der Form der Rolle
und der Werkstücke an der Kontaktstelle und ferner von der Andruckkraft der Rolle.
Während die Form der Rolle und des Werkstückes gegebene Größen sind, kann die Größe
der Andruckkraft frei gewählt werden. Da sowohl zylindrische Flächen als auch Bundflächen
gedrückt werden müssen, ist es erforderlich, daß nach Bedarf radiale oder axiale
Andruckkräfte auf die Rolle wirken. Mit anderen Worten: Die Andruckkraft soll während
des Glattwalzens einer Hohlkehle eine Schwenkung von 9o° vollführen. Genau das aber
tut die Vorrichtung gemäß der Erfindung automatisch.
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Kurz zusammengefaßt erbringt die Vorrichtung gemäß der Erfindung folgende
Vorteile: I. hohe makrogeometrische Genauigkeit, a. große Wirtschaftlichkeit auch
bei Werkstücken kleinen Durchmessers, 3. genaue und vorausbestimmbare Beherrschung
der Rollenandrückkraft an jeder Stelle der glattzuwalzenden Oberfläche, 4. infolgedessen
gleichmäßig hohe Oberflächengüte (mikrogeometrisch) an jeder Stelle des Werkstückes.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung stützt sich beispielsweise die
Vorschubmutter bzw. Vorschubspindel für den Längsschlitten des Glattwalzsupportes
an der Feder bzw. am Druckzylinder für das Andrücken der Glattwalzrolle ab. Erreicht
wird dadurch eine einfache hydraulische Konstruktion, mit der dem Längsschlitten
die beim Glattwalzen der Hohlkehle erforderliche verzögerte Vorschubgeschwindigkeit
zugeteilt werden kann.
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Die Vorschubmutter für den Längsschlitten kann auch Keilflächen aufweisen,
an denen sich die Querschlitten unmittelbar abstützen.
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Erreicht wird dadurch auf rein mechanischem Weg eine formschlüssige
Verbindung von Vorschubmutter und Querschlitten und damit unter Vermeidung von Zwischengliedern
eine unmittelbare Verbindung des Treibgliedes für den Längsschlitten mit den Querschlitten.
Es ergibt sieh dadurch eine hohe Genauigkeit der gegenseitigen Stellung von Längsschlitten
und Querschlitten.
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Im Fall .der mechanischen Lösung stützt sich die Vorschubmutter an
einem quer beweglichen Keil ab, dessen zwei Keilflächen unmittelbar auf zwei gegenüberliegende
quer bewegliche einseitige Hebel wirken, die die Glattwalzrollen tragen. Durch die
Querbeweglichkeit des Keiles wird erreicht, daß Ungleichmäßigkeiten in der Keilform
oder im Werkstück sich nicht als einseitige Kräfte auf das Werkstück oder auf die
Mutter auswirken, sondern daß ein Kräfteausgleich stattfindet.
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Die von einem Druckölerzeuger gespeiste Ölsäule für den Rollenandrückzylinder
wirkt sowohl auf die Rollenhebel als auch auf die entgegengesetzte, mit einer Ölsäule
des Abstützzylinders für die Vorschubspindel leitend verbundene Ölsäule andrückend.
Erreicht wird dadurch die Abstützwirkung vom Längsschlitten zum Querschlitten, auch
dann, wenn die Längsvorschubspindel und Querschlitten bzw. -hebel in einer ungünstigen
räumlichen Lage zueinander stehen.
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Erfindungsgemäß kann ferner auf einem Support mit Längs- und Querschlitten
je ein weiterer Längs- und Querschlitten angeordnet sein, von denen der Querschlitten
die Glattwalzrolle trägt und von einer von einer Druckölpumpe gespeisten Ölsäule
gegen das Werkstück gepreßt wird. Die Rückseite des Druckzylinders steht mit dem
den Längsschlitten abstützenden Druckzylinder in leitender Verbindung. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, daß auf eine bereits vorhandene Drehbank ein Glattwalzgerät gemäß
der Erfindung aufgebaut %verden kann.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch eine Maschine mit erfindungsgemäßem
Support; Fig. z zeigt einen Querschnitt durch den Support gemäß Linie A-A der Fig.
i ; Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im Längsschnitt;
Fig.
4 zeigt den Support nach Fig. 3 im Seitenriß ; Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes im Längsschnitt; Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch
den Support nach der Linie C-C in Fig. 5; Fig. 7 zeigt einen horizontalen Längsschnitt
durch den Support nach der Linie D-D in Fig. 6. Auf dem Maschinengestell I ist ein
Spindelstock 2 befestigt. In dem Spindelstock 2 ist die Hauptspindel 3 drehbar angeordnet.
Durch Motor 4 über Keilriemenscheiben 5 und 6 wird die Hauptspindel 3 getrieben.
Auf den Führungen 7 und 8 des Gestells gleitet ein Supportschlitten g. Getrieben
wird der Supportschlitten 9 von einer Spindel Io, die mit einer im Supportschlitten
9 befestigten Mutter zusammenarbeitet. Auf dem Supportschlitten 9 sind schwingbar
angeordnet zwei zweiseitige Hebel II und 12. Das freie Ende der beiden zweiseitigen
Hebel II und 12 trägt je eine drehbare Glattwalzrolle 13 und I4. Die beiden anderen
freien Arme der zweiseitigen Hebel II und 12 sind über schwingbar angeordnetem Zylinder
15 und Kolben 16 miteinander verbunden. Die Vorschubspindel Io wird von einem Motor
17 über Getriebe 18 getrieben. Sie ist in Lager I9 drehbar und längs verschiebbar
gelagert. Das zweite Ende der Vorschubspindel ist drehbar, aber axial unverschiebbar
auf der Kolbenstange 2o des Zylinders 21 gelagert. Der Zylinder 21 ist im Gestell
I befestigt. Die rechte Zylinderseite 22 des Zylinders 21 ist leitend verbunden
mit der linken Zylinderseite 23 des Zylinders I5. Die rechte Seite des Kolbens I6
wird beaufschlagt von der Öldruckquelle einer Ölpumpe 24. Die Zylinderseite 22 des
Zylinders 2I hat doppelt so großen Querschnitt wie die Zylinderseite 23 des Zylinders
15, was jedoch nicht unbedingt erforderlich -ist. Von der Spindel Io wird der Bettschlitten
9 in Pfeilrichtung 28 getrieben. Das Werkstück 25 ist in der Hauptspindel 3 und
der Körnerspitze 26 zentriert und eingespannt. Der Motor 4 dreht die Spindel 3 und
das Werkstück 25. Durch den Öldruck der Ölpumpe 24 werden mit Hilfe des Zylinders
15 die Glattwalzrollen 13 und 14 an das Werkstück 25 angedrückt. Beim Glattwalzen
von zylindrischen Werkstücken herrscht auf der rechten Zylinderseite des Zylinders
15 der Pumpendruck P1, auf der linken Seite 23 der aus dem Widerstand des Bettschlittens
9 resultierende Druck P2. Die Druckdifferenz, bezogen auf die entsprechenden Kolbenflächen,
wirkt als Andrückkraft auf die Glattwalzrollen. Beginnen die Glattwalzrollen die
Hohlkehle glattzuwalzen, dann werden sie durch den anfangs kegligen Werkstückanstieg
auseinandergedrückt. Die Spindel findet durch die Rollen axial einen größeren Widerstand,
P2 ist größer geworden, P1 ist konstant geblieben. Infolgedessen wird die radiale
Andrückkraft der Glattwalzrolle geringer. Diese Tendenz setzt sich bei weiterem-
Glattwalzen der Hohlkehle fort. Ist die Glattwalzrolle an einer zur Werkstückachse
rechtwinkligen Planfläche angelangt, dann ist die radiale Andrückkraft Null geworden,
und die axiale Andrückkraft hat ihr Maximum erreicht. Zum Festhalten des so erreichten
Zustandes dient ein Ventil 27. Der Bettschlitten läßt sich so in die Anfangsstellung
zurückführen, ohne daß die Glattwalzrollen am Werkstück anliegen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 gleitet auf dem
Maschinengestell 5o ein Bettschlitten 5I. Er wird getrieben von der Spindel 52,
die im Maschinengestell 5o drehbar, aber axial unverschiebbar angeordnet ist. Die
Spindel 52 und das Werkstück 53 werden von einem nicht dargestellten Anrieb getrieben.
Auf dem Bettschlitten 51, auf dem ein Längsschlitten 54 gleitet, ist ein Zylinder
55 befestigt. Der Längsschlitten 54 ist mit dem Kolben 56, der im Zylinder 55 gleitet,
fest verbunden. Auf dem Längsschlitten 54 gleitet in Querrichtung ein Querschlitten
57, der über die Spindel 58 quer verstellt werden kann. Auf dem Querschlitten 57,
auf dem ein Parallelschlitten 59 gleitet, ist ein Zylinder 6o befestigt. Der Parallelschlitten
59 ist mit dem Kolben 61, der im Zylinder 6o gleitet, fest verbunden. Auf dem Parallelschlitten
59 ist eine Glattwalzrolle 62 drehbar und axial unverschiebbar angeordnet. Der Kolben
61 wird an seiner linken Seite durch Drucköl beaufschlagt, das einer Druckölpumpe
63 entnommen wird. Die rechte Seite des Zylinders 6o ist über die Leitung 64 mit
der linken Seite des Zylinders 55 verbunden. Die Leitung 64, die rechte Seite des
Zylinders 6o und die linke Seite des Zylinders 55 sind mit Öl gefüllt. Die rechte
Seite des Zylinders 55 ist mit der Außenluft verbunden.
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Wird der Support in Pfeilrichtung 65 getrieben, dann wird von der
Ölpumpe 63 der Kolben 61 mit Drucköl beaufschlagt, und di@ Glattwalzrolle 62 wird
an den zylindrischen Teil des Werkstückes 53 angedrückt. In der Rohrleitung 64 :herrscht
ein dem Vorschubwiderstand entsprechender Druck, der gering ist, solange -der Zylinder
glattgewalzt wird. Trifft die Glattwalzrolle auf eine Hohlkehle, dann wird die Rolle
62 radial verschoben; der Druck in der Leitung 64 steigt, weil der axiale Widerstand
größer geworden ist. Die Andrückkraft der Rolle 62 wird geringer, weil der Differenzdruck
im Zylinder 6o geringer geworden ist. Ist die Abrundung der Rolle 62 auf der Planfläche
angelangt, dann ist die radiale Andrückkraft gleich Null. Die axiale Andrückkraft
ist auf ein Maximum gestiegen. Vorbedingung für diese Wirkung ist, daß die wirksame
Kolbenfläche des linken Zylinders 55 gleich der wirksamen Kolbenfläche des rechten
Zylinders 6o ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5, 6, 7 ist die Vorschubspindel3o
im Gestell der Drehbank drehbar und axial unverschiebbar gelagert und arbeitet zusammen
mit der Mutter 31, die undrehbar ünd axial unverschiebbar, aber nach beiden Seiten
quer verschiebbar in einem Lagerkörper 32 gelagert ist. Der Lagerkörper 32 ist quer
gleitbar und axial unverschiebbar im Bettschlitten 33 angeordnet. Der Bettschlitten
33 ist längs verschiebbar auf dem Maschinengestell gelagert. Der Bettschlitten trägt
außerdem zwei einseitige Hebel 34
und 35. An ihren unteren Enden
sind die Hebel 34 und 35 quer zur Maschinenachse schwingbar im Bettschlitten 33
gelagert. Sie liegen mit ihren Seitenflächen an den entsprechenden Flächen 36 des
Bettschlittens 33 an und werden dadurch axial festgehalten. An dem freien Ende der
Hebel 34 und. 35 sind die Glattwalzrollen 37 und 38 drehbar und axial unverschiebhar
gelagert. Durch die gemeinsame Feder 39 werden beide Hebel an das Werkstück angedrückt.
Der Lagerkörper 32 hat in axialer Richtung zur Maschine ansteigende Gleitflächen
4o, an denen an den Hebeln 34 und 35 befestigte Gleitschuhe 41 anliegen und die
die Vorschubkraft der Spindel 3o auf den Bettschlitten 33 übertragen. -Solange die
Rollen 37 und 38 auf den zylindrischen Teil des Werkstückes anliegen, wird für die
Verschiebung nur eine geringe Axialkraft benötigt. In diesem Fall steht die volle
Kraft der Feder 39 für das Andrücken der Rollen zur Verfügung. Wird der Axialwiderstand
beim Auftreffen der Rolle auf die Hohlkehle größer, dann werden die Hebel gespreizt,
und die Gleitschuhe 4I gleiten an den Gleitflächen 4o auf. Mit anste@gender Axialkraft
wird die von der Rolle ausgeübte Radialkraft geringer. Die Radialkraft wird gleich
Null, wenn die Rolle auf eine rechtwinklige Bundfläche trifft. In diesem Fall bleibt
der Support stehen, während die Rollen 37 und 38 ständig weiter auseinander gespreizt
werden.