CS243791A3 - Process and apparatus for turning pilgrim roll grooves - Google Patents

Description

JUDr. Miloš VŠETEČKAadvokát ?TS©4 PRAHA ΐ, Žitná 25

"Ptf 2.W -31Y

Způsob a zařízení k provádění kaválců pro poutnické válcování za

Oblast techniky

fé

Vynález se týká způsobu kalibračního opracování válelipro poutnické válcování za tepla na soustruhu pro válce,řízeném počítačem, u něhož je kalibrační tvar válců, vy-jádřený matematicky definovanými a sestavenými křivkami,uložen vyvolatelně v paměti počítače a u něhož se povrchkalibru, definovatelný v každém bodě souřadnicovou sousta-vou, opracovává nástrojem, vytvořeným jako soustružnickýnůž a to lineárními a rotačními pohyby.

Dosavadní stav techniky Válce, používané u poutnického válcování, viz obr. 1,mají zcela zvláštní tvar kalibru, daný způsobem poutnickéhoválcování za tepla. Je známo vyvélcovávat v těchto válcov-nách pro poutnické válcování z děrovaných trubkových před-valků o velkém průměru a tlusté stěně za použití trnu trubkyo malém průměru a malé tlouštce stěny, přičemž v nulovémbodě obvodu válce je kalibrační průměr přizpůsoben průměruděrovaného trubkového předvalku. Odtud* viz oblast 1, obr. 1, se zužuje kalibrační průměr podle teoretického nebo empi-rického vzorce až na leštící kalibr, viz oblast 2, obr. 2,jehož průměr je přizpůsoben průměru trubky. V leštícím ka-libru samotném nedochází k žádné změně průměru kalibru.

Teprve na konci leštícího kalibru je tento lehce kuželověotevřen, aby bylo možno postupně zmenšovat válcovací sílya napětí, viz oblast 3, obr. 1. V návaznosti pak následujezvětšení průměru kalibru na kalibr pro chod naprázdno, vizoblast 4, obr. 1 a poté opět zmenšení na nulový bod válcová-ní, viz oblast 5, obr. 1. Z tohoto tvaru kalibračního válce a z tohoto průběhu ka-libru vyplývají úhly stoupání, které jsou v oblasti mezi ··.· r.’. n e l J-i í £ a § * £ a b i‘ ;í.

£ č leštícím kalibrem a kalibrem pro chod naprázdno udávány v nulovém bodě mezi maximálně 40° až minimálně minus 20°. ; í t i

U válcoven pro poutnické válcování s původním tvarem J kalibru existovaly při výrobě kalibračních válců vždy problé- | my. V minulosti se prokázalo, že válce.pro poutnické vélco- . ; vání je možno nejvhodněji vyrábět soustružnickými noži a ? řezáním tvrdokovy. Zde nalezly použití soustruhy pro válce, ? které jsou řízeny počítačem podle matematicky daných křivek,které pomocí pohybů řezného nástroje ve vícero osách poža- i dováný kalibr zhotoví. ;=

Pokud se mění úhel stoupáni kalibru v širokých mezích,jak bylo dříve zmíněno, vzniká při použití řezných ocelíproblém, jelikož jejich úhel hřbetu a úhel čela se rovněžmění v širokých mezích. ? rt U známých obráběcích strojů popsaného typu kolísá úhelhřBetu mezi 3 až 68°, úhel čela kolísá mezi 65° a 130°. Jesnadno zjistitelné, že při těchto výkyvech je optimální ob- f rábění dosažitelné jen v několika málo vzájemných poloháchnástroje vzhledem k obráběnému válci, což nemůže být dosaže-no během celého postupu opracování. Bylo sice zkoušeno vy- | loudit u nastaveného řezného úhlu pomocí kompromisních ře- í £ Šení extrémně pozitivní a extrémně negativní hodnoty, což % ovšem také znamenalo kompromisy při možných rychlostech ob- v rábění, které jsou u známých strojů ohraničeny hodnotou ma- ξ ximálně 6 m/min.

Podstata vynálezu £ " - - £ s Předložený vynález vycházeje z uvedených problémů anedostatků, si stanovil ze úkol zlepšit soustruh na válce ; řízený počítačem uvedeného typu tak, aby optimalizací řezné geometrie na nástroji bylo dosaženo značného zvýšení výkonu.’ - 3

Pro vyřešení úlohy se navrhuje způsob, spočívajícív tom, že optimální nastavení řezného úhlu nástroje se pro-vádí v každém opěrném bodě kolmo k tangenciální rovině ka-libru vertikálním pohybem (podle osy Y) nože napříč k oseválce a otáčením (podle osy A) nože při současné korektuřeosy C kolem viz obr. 5 a po vložení rozměrů válce a parametrů válcování (průměru válce, průměru leštícího kalib-ru, řezné rychlosti, hloubky čela, posuvu) do paměti vypo-čítává počítač během opracování válců z vložených údajů ka-libru souřadnicové body os pohybu a sděluje je za účeleminterpólovaného provedení vlastnímu ovládání. Při tom je třeba jako důležitou podstatu vynálezu vzítv úvahu, že pohybem řezného nože ve svislém směru (osa Y,obr. 13 a 15) napříč k ose válců a při současném otáčení ko-lem jeho podélné osy (osa A, obr. 13 a 15) je umožněno opti-mální nastavení nástroje na právě nejvhodnější geometrii ře-zu. Které nastavení je právě optimální, poskytuje napojenýpočítač, do něhož byly vloženy rozměry válce a jeho para-metry a které jsou stanoveny hodnotami zhotovovaného kalibru

Počítač vypočítá z těchto hodnot pro stanovený kalibrv závislosti na úhlu Ý' příčného řezu kalibru a úhlu ob-vodu válce jak souřadnice příslušného opěrného bodu, taktaké úhel Wg a dále jmenovité hodnoty pro osy a také rych-losti pojezdu. Jakmile se získají údaje pro první otáčkuválce, předají se tyto soustruhu pro válce a tam se zpracu-jí. Během této práce vypočítává počítač zapojený on-lineúdaje pro následnou otáčku válce a předává ji stroji. Rych-lost pojezdu se přizpůsobí době cyklu soustruhu na válce arychlosti počítače.

Soustruh na válce k provádění způsobu se vyznačuje tím,že soustružnický nůž se svým držákem pohybuje tangenciálněvůči průměru válce a je otočný kolem své podélné osy. Teprve - 4 - pomocí těchto opatření je možné optimálním způsobem zvýšit ! řezné výkony stroje tím, že geometrie řezu je přizpůsobena í každému průměru kalibru. Z toho vyplývající proměnná geomet- j rie řezu umožňuje jak použití stávajících normovaných tvrdo- < kovových řezných ocelí, tak také především zvýšení řezné ·; rychlosti až na lOnásobek. Současně se zvýší doba životnostipoužitých kulatých řezných destiček, takže těmito opatření-mi je možno dosáhnout podstatně vyšších výkonů. S výhodou je počítač, spolupracující se soustruhem na válce, vytvořen jako rychlý stolový počítač, zapojený on-line. ?

Geometrie kalibračního válce způsobuje, že po jehoupnutí do soustruhu na válce leží těžiště válce excentrickyvůči ose otáčení. Za účelem kompenzace z této skutečnosti * vyplývajícího a měnícího se momentu otáčení je na prodlou-ženém pohonném čepu válce umístěno vyrovnávací zařízeni, < které podle zvláštního znaku vynálezu sestává z páky, kteráje s jedné strany upevnitelná na poháněcím čepu válce as druhé strany spojena s tlakově ovládanou jednotkou válec- a -píst, která je opřena vůči rámu soustruhu na válce. Kompen-zace se provádí porovnáním odběru proudu při oběhu těžiště.

Popis obrázků na výkresech s- t

I

Vynález je dále blíže popsán na příkladu provedeni a í podle připojených výkresů, na nichž značí obr. 1 příčný řezválcem pro poutnické válcování s rozdělením kalibrů, obr. 2 ;ΐ nárys válce podle.obr. 1, obr. 3 rovněž tak nárys válce pro ; poutnické válcování se zanesenými úhly, obr. 4 příčný řez έ válcem se zanesenými úhly stoupání, obr. 5 až 7 tři polohyválců pro poutnické válcování vůči soustružnickému noži, £ obr. 8 nárys válce pro poutnické válcování s dvěma polohami L; soustružnického nože v nulovém bodě, obr. 9 výřez kalibrupro poutnické válcování s fixaci jednoho bodu, obr. 10 ra- ; diélní řez fixovaným bodem z obr. 10, obr. 11 axiální řez 5 fixovaným bodem z obr. 9 a 10, obr. 12 řez fixovaným bodemrovnoběžně s vektorem poloměru podle obr. 9 až 11, obr. 13až 15 tři pohledy na soustruh pro válce podle vynálezu. Přiklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno rozevření 1 kalibru, leštícíkalibr 2, výběh 3.» otvor 4 a zúžení 2 směrem k nulovému bo-du kalibračního válce. V nulovém bodě je uveden maximálníúhel 6 stoupání, který může dosahovat až 40°. V otvoru 4je uveden minimální úhel 2 stoupání, který může činit ažminus 20°. Počínaje z nulového bodu je znázorněn průběh ob-vobodového úhlu (0° až 360°).

Na obr. 2 je znázorněn nárys válce pro poutnické válco-vání s pohledem na nulový bod a maximální úhel 8 vykývnutíosy A a ideální poloměr válce R^.

Na obr. 3 je znázorněn nárys válce pro poutnické válco-vání s uvedeným úhlem hřbetu, vektorem poloměru a axiální

V otvoru kalibru pro chod na prázdno, je poloha sou-stružnické hlavy 28 s poloměrem nástroje Ky, použitá jakosoustružnický nůž uvedena pod průřezem s polohami osy X a Z.

Na obr. 4 je znázorněn příčný řez válce s uvedenýmiúhly Wgx stoupání v základu kalibru 4^ = 0° a nulovým bodemkalibru a úhlem Wgx stoupání v základu kalibru 0° ve vzdálenosti od nulového bodu kalibru.

Obr. 5 až 7 popisují průřez válcem pro poutnické válco-vání s třemi polohami soustružnického nože 25. přičemž v obr.5 je soustružnický nůž znázorněn v nulovém bodě s korekturou 6

nimálního úhlu stoupání s korekturou osy C a Y, zatímcov obrázku 7 je znázorněn soustružnický nůž v leštícím kalib-ru bez korektury.

Na obr. 8 je znázorněn nárys válce pro poutnické válco-váni s dvěma polohami soustružnického nože v nulovém bodě,přičemž soustružnický nůž 26 je na levé straně výkresu vy-kývnut o úhel A a korigován o minus Y. Soustružnický nůž 27na pravé straně je vykývnut o úhel minus A a korigován o mi-nus Y.

Na obr. 9 až 12 je bod 24 na obvodu kalibračního válcefixován různými úhly.

Na obr. 9 je znázorněn bod, pro nějž jako příklad mábýt znázorněn úhel stoupání a jeho složky ve směru X a Z.Tento bod je určen úhlem U.y obvodu válce, úhlem průřezua aktuálním poloměrem kalibru K^, jak je patrno z obr. 4.Uhel W„ stoupáni, znázorněný na obr. 12, se vypočte podle vzorcě~Ws = arctg (dK^/dl^ :β ), přičemž dKR/dUw je dife-renciální součinitel od poloměru kalibru k obvodovémuúhlu a. představuje aktuelní vektor poloměru válce.

Na obr. 10 je znázorněna radiální složka úhlu Wg stou-pání podle vzorce

Na obr. 11 je znázorněna axiální složka úhlu stoupá-ní podle vzorce Úhel stoupání a jeho složky ve směru X a. Z jsou nutnépro výpočet korektur. - 7 -

Na obr. 13 až 15 je znázorněn soustruh na válce v pů-dorysu, nárysu a bokorysu. Kalibrační válec, určený k opra-cování, je zakreslen čárkovaně. Kalibrační válec je upnutmezi hroty ve vřetenové skříni IQ s hlavním vřetenem 11 av koníku 11 a na čepu opřen dvěma lunetami 12, které jsourovněž umístěny na strojovém.loži 13. Na zadní části strojo-vého lože 13 jsou uloženy suportové saně 14 (osa Z) se sto-janem suportu 15 (osa Z), suportem 16 (osa x) s televizníkamerou 18 určenou pro sledování řezného postupu a dáles držákem nože 17 (osa A) otočným plus/minus 45°.

Na zadním konci vřetenové skříně.je na vyčnívajícím če-pu hlavního vřetena 19 upravena páka 20, která je na němupevněna v každé poloze na způsob svorky. Na konci páky jeuchycena ojnice 21, která je součástí hydraulického válce22, který je na svém spodním konci spojen s vřetenovou skříní

Stroj pracuje následujícím způsobem:

Na válci se stanoví daný počet průřezů, tvořících ůpěr-né body; pro základní údaje je v bloku informací uveden po-loměr kalibru K^, úhel hřbetu, poloha průřezu od nulovéhobodu jako úhel"*U^ obvodu? Před ovládáním pomocí počítače sezapojí rychlý stolní počítač. Pozice jednotlivých CNC os sena počítači vypočítává pro každou otáčku válce a pro každýprůřez následujícím způsobem:

Tvar kalibru je určen soustavou funkcí f (x) (U^ ψ ), je jichž parametry jsou uloženy v bloku informací u napojenéhopočítače, jimiž se určí vektor poloměru kalibru Kj, pro každýbod se souřadnicemi (0 až 360°) = obvodový úhel válce(obr. 1) Y" (-90° až~+90°) = úhel průřezu kalibru (obr. 3) R^ = ideální poloměr válce (obr. 2) (Kp = f(U, ).

dK se pomocí

Vytvořením diferenciálního součinitele - 8 -

I $ &amp;

I $ /^=¾-¾ sin ú/' (obr. 3) pro každý opěrný bod .(Uw, ) vypočítá úhel stoupání ve směru kolmice k povrchů ka- libru v tomto bodě podle vzorce

Ws = arctg (dKp/dK^ :β ) (obr. 12).

Uhel stoupání V/g se rozloží na radiální složku 7/gX = = arctg (tg VZg x cos ) (obr. 10) a axiální složku WgZ = = arctg (tg Wg x sin (obr. 11). Pomocí těchto hodnot apoloměru nástroje Ky se vypočítají pozice a korektury ná-stroje pro každý bod- (U^ ). X = Ryj “ (Kp “ Ky).sin (obr. 3) polohová osa, Z = (Kr - Ky).cos if' (obr. 3), polohující osa, Y = (R^ - KR).tg WgX (obr. 5 a 6), osa korektur (WgX) A = WgZ (obr. 8) kyvné osa nástroje CTzrwD = Wov (obr. 5 a 6) korektura osy otáčení válce 'KORR SXC = Uy plus/minus

KORR osa otáčení válce.

Tyto údaje se vloží do řízení CNC a projedou na stroji,přičemž řízení CNC je pomocí GG 4 programováno tak, že drá-ha se projede rovnoměrnou rychlostí. íí řvi $ 1 í* £

Zařízení pro kompenzací měnících se momentů otáčení,které vznikají z excentrického těžiště· válce pro poutnickéválcování, pracuje následujícím způsobem: Válec pro poutnické válcování se upne do hrotů stroje,přičemž se těžiště válce nastaví směrem dolů. Poté se otáčíhlavním vřetenem tak, že nulový bod spoluunašeče souhlasís nulovým bodem válce a spoluunašeč 23 je.upnut na čtyř-lístkovou desku. Poté se páka na hlavním vřetenu vykývne zce-la vzhůru a tam pevně upne. Nastavením hydraulického tlakuv hydraulickém válci se kompenzuje moment otáčení, který vy-volalo obíhající těžiště. Kompenzace se provádí srovnánímodběru proudu při oběhu těžiště. 9 í# ίνϊ,· y# .1.¾

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný v kovoobráběcím průmyslu

Ιί'Γ'ή y É ;ss 'tfi

Sl?y/ ič? &amp;

B É &amp;

Claims (2)

1. Způsob^kalibračního opracování válců pro poutnické válco-vánfVna^numeridkém soustruhu pro.válce, řízeném počítačem,u něhož je kalibrační tvar válců, vyjádřenými matematickydefinovanými a sestavenými křivkami, uložen vyvolatelně v paměti počítače a u něhož se povrch kalibru, definova-telný v každém bodě souřadnicovou soustavou, opracovávánástrojem vytvořeným jako soustružnický nůž, a to jeho li-neárními a rotačními pohyby, přičemž geometrický tvar ka-libru je vytvářen horizontálním pohybem ,osa X, nože na-příč k ose válce, horizontálním pohybem ,osa Z, nože rov-noběžně s osou válce a otáčením ,osa C, válce, vyzna-čující se tím, že optimální nastavení řez-ného úhlu nástroje se provádí v každém opěrném bodě kolmok tangenciální rovině kalibru vertikálním pohybem podleosy(X) nožeYnapříč k ose válce a otáčením podle osy(A)nožeYpři současné korektuře osy (C) kolem . a po uložení rozměrů válce a parametrů vále ování,fy. průměruválce, průměru leštícího kalibrů^ řezné rychlosti, hloubkyčela aposuvu, do paměti, vypočítává během opracování válcůpočítač z vložených údajů kalibru souřadnicové body os po-hybu a předává je za účelem interpólovaného provedenívlastnímu ovládání.

2. ;2ařízenl na válce řízené počítačem k provádění způsobuopracování válců pro poutnické válcování podle nároku 1,u něhož je kalibrační tvar válců, vyjádřený matematickydefinovanými sestavenými křivkami, vyvolatelně uložen v počítači au něhož se povrch kalibru, definovaný v kaž-dém bodě souřadnicovou soustavou os, opracovává přímoča-rými a rotačními pohyby nástroje, vytvořeného jako soustruž-nický nůž, vyznačené tím, že soustružnický ' Π7) . , „ nůž (25, 26, 27) je se svým držákemYupraven tangenciálněpojízdný vůči průměru válce a otočný kolem své podélné osy (A). 11 3 · jlfcřízení. na válce podle nároku 2, vyznačení tím, že za účelem kompenzace měnícího se momentu otáčeni, vyplývajícího z excentrické polohy těžiště vál- ce, zabírá do prodlouženého poháněcího čepuVválce vyrov- návací zařízení. 4· J&amp;tfízení. na válce podle nároku 3, vyznačenétím, že vyrovnávací zařízení sestává z páky (20),která je jednou stranou sevřena na poháněcím čepu (19)válce a druhou stranou spojena s tlakově nastavitelnoujednotkou válec-pist, která se opírá proti rámu soustru-hu na válec.