PL166625B1 - Method of calibrating pilgering rollers for hot rolling, computer controlled lathe used in calibrating pilgering rollers for hot rolling - Google Patents

Abstract

1. Sposób obróbki kalibrujacej walców pielgrzymowych do walcowania na goraco, na komputerowo sterowanej tokarce do walców, w której ksztalt kalibra walców wyrazony w matema- tycznie wyliczonych i zestawionych krzywych, zostaje wprowa- dzony do pamieci kom putera i jest stamtad pobierany, oraz w której PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest także komputerowo sterowana tokarka do przeprowadzania obróbki kalibrującej walców pielgrzymowych do walcowania na gorąco. Walce (fig. 1) stosowane w walcarkach pielgrzymowych posiadają specjalny kształt kalibra, który określony jest przez sposób walcowania pielgrzymowego. Jak wiadomo w tego rodzaju walcarkach pielgrzymowych, puste wewnątrz bloki o dużej średnicy i grubej ścianie rozwalcowywane są na trzpieniu dla utworzenia rury o małej średnicy i małej grubości ściany, przy czym w punkcie zerowym obwodu

166 625 walca średnica kalibra dopasowana jest do średnicy bloku wewnątrz pustego. Od tego miejsca (obszar 1, fig. 1) zwęża się średnica kalibra według teoretycznej lub empirycznej funkcji aż do kalibra wygładzającego (obszar 2, fig. 2), którego średnica dopasowana jest do średnicy rury. W

Ij-m ηϊα ττοΗηα 7mror»u ćrpHnwi; na Vft6nn ValiHra

00.mj.lH HO.HVJ.Z,V W jr^lOKCŁajcj^JŁU mw nuokypujw μλ^»λ%λ. j . ~ χ«.χχχχν%« ^χ*^*ν* wygładzającego jest on lekko stożkowo otwarty, aby móc w sposób ciągły zmniejszać siły walcowania i napięcia walcowania (obszar 3, fig. 1). Następnie następuje powiększenie średnicy kalibra do kalibra pustego (obszar 4, fig. 1) i ponownie zmniejszenie do punktu zerowego walca (obszar 5, fig. 1). Z tego kształtu walca profilowego i z przebiegu kalibra wynikają kąty wzniosu, które podane są od maksymalnie 40° w punkcie zerowym do minus 20° w obszarze pomiędzy kalibrem wygładzającym i kalibrem pustym (fig. 1).

Przy kształtach kalibrów właściwych dla walcarek pielgrzymowych wynikają zawsze problemy z wytwarzaniem walców profilowych. W przeszłości okazało się, że walce w walcarkach pielgrzymowych do walcowania na gorąco najlepiej mogą być wytwarzane za pomocą noży tokarskich i ostrzami z twardego stopu. Stosowane są do tego tokarki do walców, które sterowane komputerowo według matematycznie określonych krzywych wytwarzają żądany kaliber przez ruch narzędzia skrawającego wzdłuż wielu osi. Jeżeli, jak poprzednio przedstawiono, kąt wzniosu kalibra zmienia się w szerokich granicach, to powstaje problem przy zastosowaniu noży tokarskich, ponieważ ich kąt przyłożenia i kąt natarcia zmieniają się również w szerokich granicach. W znanych obrabiarkach opisanego rodzaju kąty przyłożenia wahają się pomiędzy 3 stopniami i 68 stopniami, a kąt natarcia waha się pomiędzy 65 stopniami i 130 stopniami. Łatwo przewidzieć, że przy takich wahaniach tylko w niewielu położeniach narzędzia względem obrabianego walca uzyskuje się optymalne skarawanie, które nie może być uzyskiwane podczas całego przebiegu obróbki. Próbowano wprawdzie, przez kompromisy przy nastawianiu kąta skrawania, uniknąć ekstremalnie dodatnich i ekstremalnie ujemnych wartości, jednak oznacza to również kompromis dla możliwej prędkości obrabiania, która w znanych maszynach ograniczonajest do maksymalnie 6 m/min.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie komputerowo sterowanej tokarki do walców, znanego rozdaju, że przez optymalizacje geometrii skrawania dla narzędzia, uzyskuje się znaczny wzrost wydajności.

Cel ten osiągnięto według części znamiennej zastrzeżenia patentowego 1. Jako ważny element wynalazku należy uznać to, przez ruch noża tokarskiego w kierunku pionowym (oś Y, fig. 13 i 15) poprzecznie do osi walca i przez jednoczesny obrót wokół jego osi wzdłużnej (oś A, fig. 13 i 15) umożliwione jest zoptymalizowane nastawienie narzędzia według każdorazowo najkorzystniejszej geometrii skrawania. Jakie nastawienie jest każdorazowo optymalne, określa przyłączony komputer do którego wprowadzane są wymiary walców i ich parametry i w którym znajdują się dane wytwarzanego kalibra. Komputer oblicza dla określonego kalibra, zależnie od jego kąta przekroju poprzecznego ψ i kąta obwodowego U_w, zarówno współrzędne każdorazowego punktu odniesienia, jak i kąt wzniosu Ws, a z tych wartości oblicza również zarówno wartości żądane dla osi, jak i prędkość posuwu wzdłuż toru skrawania.

Gdy tylko wyliczone zostaną dane dla pierwszego obrotu walca, przekazywane są one do tokarki i tam wykonywane. Podczas tej pracy, komputer włączony w systemie on line oblicza dane dla następnego obrotu walca i przekazuje go do maszyny. Prędkość przesuwania dopasowana jest do czasu cyklu tokarki i do prędkości obliczeniowej komputera.

Tokarka do walców służąca do przeprowadzania sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że nóż tokarski swym uchwytem przesuwany jest stycznie do średnicy walca i jest obracalny wokół swej osi wzdłużnej. Dopiero po takich zabiegach staje się możliwe podwyższenie wydajności skrawania maszyny, przez to, że geometria skrawania dopasowana jest każdorazowo do średnicy kalibra. Wynikająca stąd zmienna geometria skrawania umożliwia zastosowanie zwykłych znormalizowanych noży tokarskich z twardych metali, a przede wszystkim umożliwia podwyższenie prędkości skrawania aż do 10-cio krotnego. Jednocześnie zwiększa się żywotność stosowanych okrągłych płytek skrawających, tak że uzyskuje się znaczne zwiększenie wydajności maszyny.

Korzystnie jest, gdy współpracujący z tokarką do walców komputer jest włączonym on line szybkim komputerem biurowym. Geometria walca profilowego powoduje, że po zamocowaniu w tokarce, punkt ciężkości walca położony jest ekscentrycznie względem osi obrotu. Dla kompensacji

166 625 wynikającego stąd zmieniającego się momentu obrotowego przewidziane jest, przy przedłużonym czopie napędowym, urządzenie wyrównujące, które według szczególnej cechy wynalazku, składa się z dźwigni, która z jednej strony zaciśnięta jest na trzpieniu napędowym a z drugiej strony połączona jest z zespołem tłok-cylinder o nastawianym ciśnieniu, który wspiera się o ramę tokarki. Kompensacja następuje przez porównanie poboru prądu podczas obiegu punktu ciężkości.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez walec pielgrzymowy do walcowania na gorąco, z podziałem kalibra, fig.

- widok z przodu na walec z fig. 1, fig. 3 również widok z przodu walca pielgrzymowego z naniesionymi kątami, fig. 4 - przekrój poprzeczny walca z naniesionymi kątami wzniosu, fig. 5 do 7, trzy położenia walcy pielgrzymowych w stosunku do noża tokarskiego, fig. 8 - widok z przodu walca pielgrzymowego z dwoma położeniami noża tokarskiego w punkcie zerowym, fig. 9 -wycinek z kalibra walca pielgrzymowego z zaznaczeniem jednego punktu, fig. 10 - przekrój promieniowy przez zaznaczony punkt z fig. 9, fig. 11 przekrój osiowy przez punkt zaznaczony na fig. 9 i 10, fig. 12 przekrój równoległy do wektora promienia wodzącego przez punkt zaznaczony na fig. 9 do 11, a fig. 13 do 15 przedstawiają tokarkę do walców według wynalazku w trzech widokach.

Na figurze 1 przedstawiona jest gardziel 1 kalibra, kaliber wygładzający 2, wylot 3, otwór 4 i zwężenie 5 do punktu zerowego walca profilowego. W punkcie zerowym naniesiony jest maksymalny kąt wzniosu 6 walca, który może wynosić do 40 stopni. W otworze 4 naniesiony jest minimalny kąt wzniosu 7, który może wynosić do minus 20 stopni. Od punktu zerowego naniesiony jest przebieg kąta obwodowego Uw (0 stopni do 360 stopni).

Na figurze 2 przedstawiony jest widok z przodu walca pielgrzymowego za spojrzeniem na punkt zerowy i maksymalny kąt wychylenia 8 osi A oraz na idealny promień walca Rw.

Na figurze 3 przedstawiony jest widok z przodu na walec pielgrzymowy z naniesionym kątem przyłożenia, wektorem promienia wodzącego i składową osiową Wsz w zerowym punkcie kalibra dla kąta przekroju poprzecznego Ψ = 90 stopni. W pustym otworze kalibra pokazane jest położenie noża grzybkowego 28 o promieniu Kv użytego jako nóż tokarski z zaznaczeniem położenia względem osi X i osi Z.

Na figurze 4 przedstawiony jest przekrój poprzeczny walca z naniesionymi kątami wzniosu W_Sx w podstwie kalibra Ψ = 0 stopni i w punkcie zerowym, oraz kąt Wsx w podstawie kalibra Ψ = 0 stopni w odstępie Uw od punktu zerowego.

Na figurze 5 do 7 przedstawiony jest przekrój poprzeczny walca pielgrzymowego dla trzech położeń noża tokarskiego 25 przy czym na fig. 5 nóż przedstawiony jest w punkcie zerowym z korektą Ckorr osi C i Y osi Y. Na fig. 6 zaznaczony jest nóż w punkcie minimalnego kąta wzniosu z korektą względem osi C i osi Y, natomiast na fig. 7 przedstawiony jest nóż tokarski w kalibrze wygładzającym, bez korekty.

Na figurze 8 przedstawiony jest walec pielgrzymowy w widoku z przodu z dwoma położeniami noży tokarskich w punkcie zerowym, przy czym nóż 26 po lewej stronie rysunku, wychylony jest o kąt A i skorygowany o minus Y. Nóż 27 po prawej stronie, wychylony jest o kąt A i skorygowany o minus Y.

Na figurze 9 do 12 punkt 24 na obwodzie walca profilowego zaznaczony jest przez różne kąty. Na fig. 9 przedstawiony jest punkt, dla którego jako przykład wskazany jest kąt wzniosu i jego składowe w kierunku X i Z. Punkt ten określony jest przez przedstawiony na fig. 4 kąt obwodowy Uw, kąt przekroju poprzecznego Ψ oraz aktualny promień Kr kalibra. Kąt Ws przedstawiony na fig. 12, oblicza się jako Ws = arctg (dKR/dUw: φ ), gdzie dKR/dUw jest ilorazem różniczek z promienia kalibra Kr i kąta Uw, a φ stanowi aktualny wektor promienia wodzącego.

Na figurze 10 przedstawiona jest składowa promieniowa kąta Ws.

Wsx = arctg (tg(Ws) · cos (Ψ)

Na figurze 11 przedstawiona jest osiowa składowa kąta Ws Wsz = arctg (tg(Ws) · sin (Ψ)

Kąty wzniosu oraz ich składowe w kierunku X i Z będą potrzebne do wyliczenia korektur.

Na figurze 13 do 15 przedstawiona jest tokarka do walców według wynalazku w widoku z góry, z przodu i z tyłu. Obrabiany walec profilowy zaznaczony jest linią przerywaną. Walec zamocowany jest we wrzecienniku 10 z wrzecionem głównym 19 i konikiem 11a pomiędzy kłami

166 625 tokarskimi i przy czopie wspierany jest przez dwie podtrzymki 12, które umieszczone są na łożu maszyny 13. Na tylnej części łoża maszyny 13 umieszczone są sanie suportu 14 (oś Z) ze stojakiem suportu 15 (oś X) i suportem 16 (oś Y), wyposażonego w kamerę telewizyjną 18 do obserwacji przebiegu skrawania, oraz z imakiem nożowym 17 (os A) obracalnyrn o plusz minus 45 stopni. Przy tylnym końcu wrzeciennika, na wystającym czopie wrzeciona 19, umieszczona jest dźwignia 20, która w każdym położeniu może być na nim zaciśnięta. Na końcu dźwigni umocowany jest drąg tłokowy 21 stanowiący część cylindra hydraulicznego 22, który na swym dolnym końcu powiązany jest z wrzeciennikiem.

Sposób pracy maszyny jest następujący:

Na walcu ustalona zostaje pewna liczba przekrojów poprzecznych jako punkty odniesienia, dla podstawowych danych promienia kalibra Kr kąta przyłożenia Fw, odległości przekroju poprzecznego od punktu zerowego, jako kąt obwodowy Uw, które wprowadzone zostają do pamięci danych. Przed komputerowym sterowaniem numerycznym włączony jest szybki komputer biurowy. Położenia poszczególnych osi sterowania komputerowego, dla każdego obrotu walca i dla każdego przekroju poprzecznego, obliczane są przez komputer w następujący sposób:

Kształt kalibra określony jest przez funkcję f(x) (Uw, Ψ), której parametry znajdują się w pamięci komputera i za pomocą których określa się wektor promienia wodzącego Kr dla każdego punktu przez współrzędne Uw (0 do 360°) = kąt obwodowy walca (fig. 1), Ψ(-90° do +90°) = kąt przekrojupoprzecznegokalibra(fig. 3)i Rw = idealnemupromieniowiwalca(fig.2.)(KR = f(Uw, Ψ). Przez utworzenie ilorazu różniczek dKR/dUw, przy pomocy φ = Rw-KRsir-Ψ (fig. 9) dla każdego punktu odniesienia (Uw, Ψ) zostaje obliczony kąt wzniosu w kierunku prostopadłej na powierzchnię kalibra w tym punkcie.

Ws = arctg (dK.R/dKw:ę ) (fig. 12)

Kąt Ws zostaje podzielony na składową promieniową

Wsx = arctg (tg Ws X cos Ψ) (fig. 10) i na składową osiową

Wsz = arctg (tg Ws X sin Ψ) (fig. 11). Za pomocą tych wartości i promienia narzędzia Kv obliczone zostają pozycje i korektury narzędzia dla każdego punktu (Uw, Ψ).

X = Rw-(Kr-K_v) x sin Ψ Z = (kR-Kv) x cos Ψ Y = (RwKr) x tg Wsx A = Wsz Ckotr — W_sx

C = Uw plus/minus Ckorr (fig. 3) oś pozycyjna (fig. 3) oś ustawienia (fig. 5 i 6) oś korekcji (Wsx) (fig. 8) oś wychylenia narzędzia (fig. 5 i 6) oś korekcyjna osi obrotu walca oś obrotu walca

Dane te przekazywane są do sterowania komputerowego i przenoszone na maszynę, przy czym sterowanie komputerowe tak jest zaprogramowane za pomocą G 64, że posuw wzdłuż toru odbywa się z równomierną prędkością.

Urządzenie, dla kompensacji zmieniających się momentów obrotowych które pochodzą od ekscentrycznego środka ciężkości walca pielgrzymowego, pracuje następująco:

Walec piełgrzymowy do walcowania na gorąco, zostaje zamocowany między kłami tokarskimi maszyny, przy czym punkt ciężkości walca skierowany jest do dołu. Następnie wrzeciono główne obraca się tak, że punkt zerowy zabieraka jest zgodny z punktem zerowym walca, a zabierak 23 zostaje zamocowany do łącznika. Przez nastawienie ciśnienia hydraulicznego w cylindrze hydraulicznym skompensowany zostaje moment obrotowy jaki wynika z obiegającego punktu ciężkości. Kompensacja następuje przez prównanie poboru prądu podczas obiegu punktu ciężkości.

*I

Fig.9

Fig.10

Fig.15

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób obróbki kalibrującej walców pielgrzymowych do walcowania na gorąco, na komputerowo sterowanej tokarce do walców, w której kształt kalibra walców wyrażony w matematycznie wyliczonych i zestawionych krzywych, zostaje wprowadzony do pamięci komputera i jest stamtąd pobierany, oraz w której opisana w każdym punkcie przez układ osi współrzędnych, powierzchnia kalibra, przetwarzana jest na liniowe i obrotowe ruchy narzędzia w postaci noża tokarskiego, przy czym geometryczny kształt kalibra wytwarzanyjest przez ruch poziomy wzdłuż osi pozycyjnej noża poprzecznie do osi walca, oraz przez poziomy ruch wzdłuż osi ustawienia noża równoległy do osi walca i przez obrót walca wokół osi obrotu, znamienny tym, że optymalne nastawienie kąta skrawania narzędzia skrawającego w każdym punkcie odniesienia, następuje prostopadle do płaszczyzny stycznej kalibra, przez ruch pionowy noża wzdłuż osi korekcji (Y) poprzecznie do osi walca i przez obrót noża wokół osi wychylenia narzędzia (A) przy jednoczesnej korekcie osi obrotu walca (C) o określoną wielkość (Ckor.), a po wprowadzeniu wymiarów walca i parametrów walca w postaci średnicy walca, średnicy kalibra wygładzającego, prędkości skrawania, głębokości wióra porów, komputer, podczas obróbki walca, ze zmagazynowanych w nim danych kalibra, oblicza współrzędne punktów osi poszczególnych ruchów i przekazuje do numerycznego sterowania do zinterpolowanego wykonania.
2. 2. Tokarka do walców, sterowana komputerowo, do obróbki walców pielgrzymowych do walcowania na gorąco, w której kształt kalibra walca wyrażony w matematycznie wyliczonych i zestawionych krzywych, wprowadzony jest do pamięci komputera i jest stamtąd pobierany, oraz w której opisana w każdym punkcie przez układ osi współrzędnych, powierzchnia kalibra, przetwarzanajest na liniowe i obrotowe ruchy narzędzia w postaci noża tokarskiego, znamienna tym, że nóż tokarski (25,26, 27), ma uchwyt przesuwny stycznie do średnicy walca podpartego na przedłużonym czopie napędowym (19) i jest obracalny wokół swej osi wzdłużnej (A) stanowiącej wychylenia narzędzia.
3. 3. Tokarka według zastrz. 2, znamienna tym, że do przedłużonego czopa napędowego (19) walca dołączony jest podzespół kompensacyjny (20), kompensujący zmienny moment obrotowy wynikający z ekscentrycznego położenia punktów ciężkości walca.
4. 4. Tokarka według zastrz. 3, znamienna tym, że podzespół kompensacyjny składa się z dźwigni (20), która z jednej strony zaciśnięta jest na czopie napędowym (19) walca a z drugiej strony połączona jest z zespołem tłok-cylinder o nastawialnym ciśnieniu, który wspiera się o ramę tokarki do walców.

   Wynalazek dotyczy sposobu obróbki kalibrującej walców pielgrzymowych, do walcowania na gorąco, przy której kształt kalibra walców wyrażony w matematycznie wyliczonych i zestawionych krzywych, zostaje wprowadzony do pamięci komputera i może być stamtąd pobierany, oraz przy której opisana w każdym punkcie przez układ osi współrzędnych, powierzchnia kalibra, przetworzona jest na liniowe i obrotowe ruchy narzędzia w postaci noża tokarskiego.