DE4137071A1 - Fuehrung zum spitzenlosen, zentrischen, radialen fuehrnen von axial bewegten staeben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Führung zum spitzenlosen, radialen Führen von axial bewegten Stäben.

Derartige Führungen werden insbesondere bei der spitzenlosen Dreh- und Schleifbearbeitung von Rundmaterialien eingesetzt. Im engeren Sinne sind solche Maschinen betroffen, bei denen der Stab nicht nennenswert um seine Längsachse rotiert und die mit umlaufenden Werkzeugen arbeiten. Mit der Ausnahme von sehr kurzen Stäben oder Rohren macht die spitzenlose Dreh- oder Schleifbearbeitung das Verfahren und die Maschine unabhänigig von der Länge der zu bearbeitenden Werkstücke. Mindestens auf einer Seite der Bearbeitungsstelle wird das Werkstück radial in einer vorbestimmten Position geführt. In der Mehrzahl der Fälle kommt ein rotierender Bearbeitungskopf mit einer zentralen Bohrung, in die Bearbeitungswerkzeuge hineinragen, zur Anwendung. Dabei wird von der Oberfläche des Werkstücks, das durch die Drehmitte des Bearbeitungskopfes geführt wird, eine Materialschicht abgetragen. Das Werkstück wird dann von der Führung zentrisch zur Drehachse des Kopfes positioniert und kann axial vorgeschoben werden.

Die Konzentrizität der Drehachse des Bearbeitungskopfes und der benachbarten Führung läßt sich nicht 100%ig genau einrichten. Das hat seine Ursachen in der praktisch erzielbaren Genauigkeit bei der Justierung, in unterschiedlichen Abnutzungsgraden an den Werkzeugen des Bearbeitungskopfes oder der Führung und in der Dämpfung in der Führung.

Hauptsächlich bei der spanenden Bearbeitung werden durch den in der Regel mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Zerspanungsprozess Schwingungen frei, die von der Führung des Werkstücks in der Nähe des Bearbeitungskopfes gedämpft oder unterbunden werden sollen.

Den axialen Vorschub übernehmen meistens andere Aggregate.

Aus der DE-A1 32 40 146 ist eine gattungsbildende Einrichtung zum achskonstanten Führen von Profilstäben bekannt, in der mit 3 Führungselementen ein runder Stab radial geführt wird. Die einzelnen Führungselemente in einer Querebene zur Längsachse des Profilstabes bzw. zur Drehachse des Messerkopfes sind nachgiebig am Gehäuse abgestützt und durch eine Zentralverstellung synchron radial zum gewünschten Zentrum beweglich. Diese Querebene ist die Führungsebene. Die Schwingungsdämpfung und die Zentrierwirkung bei dieser Führung sind in einigen Fällen nicht ausreichend.

Aus der DE-AS 11 04 289 ist eine Einrichtung zum Führen bei Schälmaschinen bekannt, die einen runden Stab mit 2 Paaren von einander gegenüber liegenden Führungselementen in der Führungsebene zentriert. Jedes Paar von Führungselementen stützt sich an Abschnitten einer Spirale ab, die in einem zum zu führenden Stab konzentrisch gelagerten Ring ausgebildet sind. Bei Schwenkung des Rings werden die Rollen eines Paares synchron radial bewegt. Die Paare sind um 90° gegeneinander verschwenkt. Alle Führungselemente sind gleichmäßig und sternförmig am Umfang der Führung um den Querschnitt des zu führenden Stabes angeordnet. Jedes Rollenpaar ist gemeinsam abgefedert. Nachteilig bei dieser Führungseinrichtung ist, daß eine Dreipunkt - Unrundheit nicht optimal geführt werden kann und daß Schwingungen um die Längsachse des Stabes nicht ausreichend unterdrückt werden.

Aus der nach dem Zeitrang der vorliegenden Anmeldung veröffentlichten DE-A1 40 19 283 ist es bekannt, fünf oder sieben Führungselemente gleichmäßig am Umfang eines zu führenden und axial zu transportierenden Stabes anzuordnen. Eine paarweise Anordnung von Führungselementen ist dort nicht gezeigt und entspricht auch nicht der Zahl der dort vorgesehenen Führungselemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führung der eingangsgenannten Art so auszubilden, daß trotz einer geraden Anzahl von Führungselementen ein Überdecken von Wirkungslinien der einzelnen Führungselemente vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Die Gruppen der Führungselemente werden vorzugsweise von zwei Elementen, also von einem Paar einander unmittelbar benachbarter Führungselemente gebildet. In erster Linie ist an eine ungerade Anzahl von Gruppen gedacht.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 sind die Gruppen gleichmäßig auf dem Umfang um das zu führende Werkstück verteilt, die bei einer Verwendung von drei Gruppen zu je zwei Führungselementen zu einem besonders positiven Führungsverhalten im Bereich der Haftreibung führen.

Bevorzugt ist an die Verwendung insbesondere der Führung nach Anspruch 2 mit drei Paaren von zwei Führungselementen in einer Schälmaschine mit umlaufendem Messerkopf gedacht. Der Schwerpunkt liegt bei einem Winkelabstand von 30° zwischen den Führungselementen eines Paares und im übrigen bei drei Paaren von Führungselementen mit einem Winkelabstand von 120° in der Führung.

Derartige Führungen kommen in erster Linie einlaufseitig vor dem Messerkopf zur Anwendung.

Gemäß Anspruch 4 sind alle Führungselemente abgefedert. Wenn die Steifigkeit der Umgebungskonstruktion zu hoch ist, werden speziell zur Herabsetzung der Steifigkeit Federelemente eingesetzt. Diese können alternativ sowohl für eine Einzelabfederung der Führungselemente als auch für eine Zentralabfederung vorgesehen sein oder nur eine der beiden Abfederungsmöglichkeiten in ihrer Steifigkeit anpassen. Die Federung kann auch hydraulisch erfolgen.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung nach Anspruch 5 werden die Federbewegungen (Zentral- oder Einzelabfederung) gedämpft, um das Führungsverhalten zu verbessern.

Bevorzugt ist die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 vorgesehen, bei der sechs Führungselemente in drei Gruppen zu je zwei Führungslelmenten vorgesehen sind, mit der Maßgabe, daß der Winkelabstand zwischen den Führungselementen einer Gruppe 30° beträgt und die Gruppen untereinander einen Winkelabstand von 120° aufweisen.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen bevorzugten Anwendung auf eine Schälmaschine erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 Die schematische Dartellung einer Schälmaschine in Seitenansicht, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 Die vordere Führung aus Fig. 1 im Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 in verändertem Maßstab;

Fig. 3 eine besondere Ausführungsform eines Führungselements im Längsschnitt in verändertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt eine Stange 24, die in einer Schälmaschine 1 geschält wird. Die Schälmaschine besteht aus einem Einschubaggregat 2, einer vorderen Führung 5, einem Messerkopf 26, einer hinteren Führung 3 und einem auslaufseitigen Spannwagen 12. Der Messerkopf ist einlaufseitig an einer Hohlwelle 6 angeordnet, die in Lagern 17, 18 im Maschinengehäuse 7 drehbar gehalten ist. Messerkopf und Hohlwelle laufen beim Betrieb der Hohlwelle um. Der Messerkopf trägt mehrere Schälmesser 15, die auf wendelförmiger Bahn eine Umfangsschicht von der Stange 24 abschälen. Fig. 1 zeigt den Beginn des Schälvorgangs.

Bei der Schälbearbeitung wird der Stab von der vorderen Führung 5 und der hinteren Führung 3 relativ zur Drehachse 81 von Messerkopf 26 und Hohlwelle 6 zentriert und die vom Schnitt ausgehenden Schwingungen werden gedämpft.

Der Einschubapparat 2 mit den Rollen 42, 43; 30, 47 transportiert den Stab durch die Schälmaschine und übernimmt das Schnittmoment. Der Einschubapparat wird gesteuert durch einen Initiator 31, der über eine Meldeleitung 10 mit einer Steuereinrichtung 25 verbunden ist. Der Stab bewegt sich im wesentlichen ohne Eigendrehung durch die Schälmaschine. Die Stange 24 wird vor der Bearbeitung in nicht dargestellter Weise vereinzelt und auf die Zuführrollen 32, 33 gelegt, die von Motoren 34, 35 angetrieben werden und den Stab dem Einschubapparat 2 zuführen. Die Steuerung der gesamten Maschine wird von einer Steuereinrichtung 25 besorgt, die an die Motoren 34, 35 der Zuführrollen, an den Einschubapparat 2, an einen Verstellmotor 9 für die Messerhalter 14, an die hintere Führung 3 und an den Spannwagen 12 angeschlossen ist. Der Einschubapparat 2, die vordere Führung 5, der Messerkopf 26 und die hintere Führung 3, sowie die Spannbacken 19, 20 werden auf den Eingangsdurchmesser bzw. auf den geschälten Durchmesser der Stange 24 eingestellt.

Die vordere Führung 5 zentriert die Stange 24 zur Drehachse der Hohlwelle unmittelbar einlaufseitig des Messerkopfes 26 in einer Querebene zur Stange 24 mit sechs Rollen 13, 4, 16, 44, 45 und 46, die in der Führungsebene sternförmig um den Stab 24 herum angeordnet sind.

Die Verstellung der Messer 15 in radialer Richtung erfolgt durch den Stellmotor 9, der eine Konushülse 8, an der sich die Messerhalter radial abstützen, in axialer Richtung (Pfeil 29) bewegt und damit den Durchtrittsquerschnitt des Messerkopfes verändert.

Die hintere Führung 3 besteht aus einem in die Hohlwelle hineinkragenden Rohrstutzen 21, der mit seinem Flansch 11 am Maschinengestell 7 befestigt ist. Der Rohrstutzen 21 ragt tief in die Hohlwelle 6 bis in die Nähe des Messerkopfes 26 hinein. An dem einlaufseiten Ende des Rohrstutzens 21 unmittelbar auslaufseitig des Messerkopfes 26 sind drei Führungselemente 36, 37, 38 vorgesehen, die in direktem Kontakt mit der (in Fig. 3) eingeführten Stange 24 für deren Zentrierung sorgen. Die Führungselemente sind als Klappen ausgebildet und werden über Wellen 49, 50, 54 betätigt, die von einem Hydraulikzylinder 28 synchron und gleichmäßig verstellt werden.

Der Spannwagen 12 ist in Richtung des Pfeiles 27 verfahrbar. Seine Spannbacken 19, 20 besorgen gegen Ende der Schälbearbeitung der Stange 24, kurz bevor diese die Einzugsrollen 42, 43; 30, 47 verläßt, sowohl die Sicherung der Stange 24 gegen Verdrehung durch das Schnittmoment als auch den Vorschub für die Stange 24 bis zu deren Verlassen der Schälmaschine.

Die in Fig. 2 gezeigte vordere Führung zentriert die Stange 24 mit sechs sternförmig um diese herum angeordnete Führungsrollen 13, 4, 16, 44, 45 und 46 einlaufseitig des Messerkopfes 26. Die vordere Führung umfaßt eine Gehäuse 22, in dem ein koaxialer Stellring 23 in Richtung des Pfeiles 66 drehbar gelagert ist, einen Gleitstein 74, der mit dem Stellring über eine Verzahnung 55 in Eingriff steht und in Richtung des Pfeiles 67 beweglich ist. An dem Stellring 23 sind sechs Schrägen 56, 57, 58, 59, 60 und 61 ausgebildet, die sechs Rollenhalter 48, 73, 75, 76, 77 und 71 abstützen. Die hier als Rollenhalter ausgebildeten Führungselemente sind in drei Gruppen zu zwei Rollenhaltern 77, 71; 48,73; 75, 76; sternförmig um die zu führende Stange herum verteilt angeordnet. Die Rollenhalter 48, 73 einer Gruppe schließen mit ihren Längsachsen einen Winkel 41 von 30° ein, während die Gruppen zusammengehöriger Rollenhalter einen Winkel 40 von 120° einschließen.

Der Gleitstein 74 ist durch Drehung der Spindel 78 mit einem Handrad 289 in Richtung des Pfeiles 68 in Richtung des Pfeiles 67 feinfühlig verstellbar und verdreht dabei den Stellring 23 im Gehäuse 22 in Richtung des Pfeiles 66. Durch die kinematische Verbindung der Spindel 78 mit den Führungselementen über den Stellring 23 und die spiralförmigen Schrägen 56, 57, 58, 59, 60, 61 werden bei Drehung der Spindel 78 alle Rollenhalter 48, 73, 75, 76, 77 und 71 mit den darin gelagerten Rollen 4, 16, 44, 45, 46 und 13 synchron, gleichmäßig und mit unveränderter Lage des Durchtrittsquerschnittes für den Stab 24 in der vorderen Führung 3 verstellt.

In Fig. 2 haben alle Rollenhalter konstruktiv den gleichen Aufbau. Der Rollenhalter 71 trägt an seinem nach innen gerichteten Ende eine drehbar gelagerte Rolle 13, deren Rollenachse in der Führungsebene (Fig. 2) liegt und die parallel zu einer Tangente im Berührungspunkt der Rolle 13 an der Stange 24 ausgerichtet ist. Am Halter ist 71 ist ein Führungszapfen 62 radial nach außen gerichtet angeordnet, an dem ein im Gehäuse der Führung 5 geführtes Druckstück 69 über ein Tellerfederpaket 70 den eigentlichen Rollenhalter in radialer Richtung abstützt. Das Tellerfederpaket 70 hat aufgrund der Reibung bei radial bewegtem Rollenhalter einen Dämpfungseffekt.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform eines Führungselementes gezeigt mit einer Rolle 63, einem Rollenhalter 80, einer Schraubenfeder 52 und einem Druckstück 69. Eine stirnseitig auf der Führung vorgesehene Abdeckplatte 39 verhindert das Eindringen von Schmutz in den Mechanismus der Führung. Eine Ausnehmung 79 in der Abdeckplatte 39 gegenüber dem Rollenhalter 80 nimmt einen einstellbaren Dämpfungsmechnismus auf, der eine an der Abdeckplatte 39 befestigte Blattfeder 64, einen Reibklotz 51, und eine Spannschraube 65 umfaßt. Mit der Spannschraube wird die durch den Reibklotz 51 auf den Rollenhalter 80 wirkende Reibkraft eingestellt.

Die Verwendung von sechs Führungselementen mit den Rollen 4, 16, 44, 45, 46, 13 erlaubt eine optimale Kombination von Dämpfung der Schwingungsanfachung aus dem Zerspanungsprozess und der Zentrierung bei kleineren Unrundheiten beliebiger Qualität. Die Führung hat eine Führungs- und Dämpfungsqualität wie eine Führung mit 12 Führungselementen.

Um sicherzustellen, daß die Rollen 4, 16, 44, 45, 46, 13 ständig in Anlage am Stab 46 bleiben und eine optimale Dämpfung des Stabes erfolgt, sind die Rollenhalter einzeln abgefedert, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Claims (7)

1. Führung zum spitzenlosen, radialen Führen von axial bewegten Stangen (24), die die folgenden Merkmale aufweist,

• a) eine Mehrzahl von Führungselementen (Rollen 13, 4, 16,44, 45), die, an der Stange (24) anliegend, diese in der Führungsebene in Richtung des Zentrums der Führung (5) drücken,
• b) ein Gehäuse (22), in dem die Führungselemente (Rollen 13, 4 . . .) beweglich abgestützt sind,
• c) eine zumindest teilweise nachgiebige (Federn 70, 52) Abstützung der Führungselemente (Rollen 13, 4, 16,44, 45, 46) gegen das Gehäuse (22),

gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:

• d) die Führungselemente (13, 69, 70, 71) sind gruppenweise am Umfang der Führung verteilt,
• e) die Abstände der Führungselemente innerhalb einer Gruppe sind kleiner als die zwischen den Paaren,
• f) kein Führungselement liegt einem anderen punktsymmetrisch, bezogen auf die Führungsmitte (Drehachse 81) gegenüber.

2. Führung zum spitzenlosen, radialen Führen von axial bewegten Stäben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• g) die Gruppen sind gleichmäßig am Umfang verteilt,
• h) es sind nur drei Gruppen von Führungselementen vorgesehen.

3. Vordere Führung (5) zum spitzenlosen zentrischen, radialen Führen von axial bewegten Stangen (24) in einer Schälmaschine mit umlaufendem Messerkopf (26) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:

• i) die Führung (5) ist einlaufseitig des Messerkopfes (26) angeordnet.

4. Vordere Führung (5) zum spitzenlosen zentrischen, radialen Führen von axial bewegten Stangen (24) in einer Schälmaschine mit umlaufendem Messerkopf (26) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:

• j) alle Führungselemente sind mit eigenen Federelementen (70, 52) ausgerüstet.

5. Vordere Führung (5) zum spitzenlosen zentrischen, radialen Führen von axial bewegten Stangen (24) in einer Schälmaschine mit umlaufendem Messerkopf (26) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:

• k) die Einfederung der Führungselemente ist gedämpft (Reibklotz 51).

6. Vordere Führung (5) zum spitzenlosen zentrischen, radialen Führen von axial bewegten Stangen (24) in einer Schälmaschine mit umlaufendem Messerkopf (26) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• l) Der Winkelabstand (41) zwischen den Führungselementen (46, 13) einer Gruppe beträgt 30°
• m) Der Winkelabstand (40) zwischen den Gruppen von Führungselementen (46, 13; 44, 45) beträgt 120°.