用於加工輪箍輪廓的工具的製作方法
2023-09-18 21:59:05 3
專利名稱：用於加工輪箍輪廓的工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在輪對車床上對鐵道機動車的車輪對的車輪加工其輪箍輪廓的工具，該工具具有由如硬金屬或陶瓷切削材料等硬材料製成的圓柱形或蘑菇狀的刀片，該刀片被固定在刀片支架上，該刀片支架本身被支承在一個工具支座中，該支座可在輪對車床的x方向及z方向上移動。
背景技術：
如果不對工具採取特殊的措施，那麼在車削加工鋼材時將形成很長的切屑，這會大大地妨礙加工過程，而排除它們是很費事及困難的。出於該原因，工具製造商在車削工具的刀片上設置了所謂的導屑階臺及隆起部分，其原理是這些部分能使切屑彎到超過切屑的可變形能力，由此使其折斷。通常，製造商將告知客戶在多大的進刀及切削深度的時該導屑形式起作用。對此，已由DE 23 39 588 A1公開了一種轉位式刀片，其中在用於切削的兩個端面的每個端面上各有兩個相互對角布置的角部，作為用於相同加工區域的切削麵；還各有兩個相鄰布置的角部，作為互補加工區域的切削麵。
另一方案在於，以這樣的方式形成及導向切屑，即使切屑撞在一個障礙物(例如工件或工具)上並由此偏轉，以致它在根部被折斷。以此方式將形成短的螺旋切屑。
為了在強力切削時保護刀片，刀片設有一個斜坡，它保護刀刃以免折斷。如果這種刀片僅工作在小的切屑橫截面上，則切屑不再折斷，因為切屑與形成切屑的部件不再接觸。因此刀片僅可在有限的工作範圍中引起切屑的折斷。
在加工製造時人們經常使用不同的刀片來應付加工。
對於修整鐵道機動車的車輪對的車輪，人們力圖使輪箍的輪廓在一個點上與磨損輪廓相切，所述點通常在側面上，但可在滾動面上。因為出於精確度及節省時間的原因人們將堅持用一次切削，所以在任何工作區域中都使切屑折斷是不可能的，尤其在小切削深度的情況下。由此加工過程的自動化受到極不利的影響，需要用於折斷及輸送切屑的裝置的附加成本。
例如由EP 0 346 505公開了在工件，尤其是鐵道機動車的車輪對的車輪車削加工時用於形成斷屑的方法。在車輪對轉動期間車削工具的進刀速度的幅值總是短時地被改變。在短時間內工具刃沿輪箍輪廓總是重新回到圓周方向的進刀線上並以對於繼續加工所給定的每個進刀速度的先前值前進。
但該公知的方法在一定的區域中使粗糙度增大。它不能產生任意短的切屑，因為支座的速度受限。
由DE-PS 558 905公開了一種設有可獨立轉動的、浮動支承的圓形刀具的工具。該工具能以高精度工作，因為切下的切屑通過蘑菇形的、空心的及轉動的刀體的內部被導出。但導致切屑折斷的問題並未提及。
由DE 29 37 513 A1公開了一種高速轉動的刀具的應用。在此情況下，在切削區域及刀具-切屑界面上形成了一層油膜或潤滑流體材料膜。低摩擦與減小的剪切力相結合使得能夠產生出幾乎任意尺寸的層狀切屑。但對此並未談及在單次切削中如何在不同的切削深度上導致切屑折斷。
DE 33 05 700 C2旨在產生較高的表面品質，如在切削製造加工砑光機紙輥時，在車床上加工金屬及其合金以及非金屬的零件所要求的。該公知的方法與車銑具有很多相似性，描述了工具與工件彼此的相對位置及它們的相對轉動。但這裡也未談及切下的切屑的折斷問題。
此外由US 5,014,581所公開的工具用於在車床上以高切削速度加工高合金的及堅硬難以車削的金屬。對於傳統的切削材料可減小其磨損及提高使用壽命。該目的藉助一種工具來達到，該工具或是通過工件本身或是由外部來驅動並且具有作為切削刃的環形盤。在此情況下形成一個切削過程，其中除通常的進刀外在切削區域中持續地導入一個新的刀刃。被旋轉地驅動的工具提供了眾多的可能性，其中一些將導致切削力減小、剪切角增大、使用壽命提高及成品改善。但該文獻對於切屑折斷的產生未給出提示。
發明內容
由此本發明的任務是，提出一種工具，它在修整鐵道機動車的車輪對的車輪的所有工作區域中均能引起切屑的折斷。這在大的切屑橫截面上和小的切屑橫截面上都可以實現。該工具的結構應儘可能簡單，工作儘可能可靠。
根據本發明提出一種用於在輪對車床上車削鐵道機動車的車輪對的車輪的輪箍輪廓的工具，其中刀片支架布置為與一個在垂直地通過輪箍輪廓的平面中的截面圓的切線形成銳角(α)，可繞其縱向軸線轉動並可被驅動。該工具即使在小切削深度時也可形成切屑的折斷。
作為該刀具將使用由硬材料，如硬金屬或陶瓷切削材料製成的圓柱形或蘑菇狀的刀片，這些材料本身是公知的。通過為輪對切削的強力加工設計的這種圓形刀片的旋轉，即使在其中本來不可能產生切屑折斷的區域中也會引起切屑折斷，尤其是在小的切削深度的情況下也是如此。
在此情況下刀片的旋轉可用電動機實現，具有可調節轉速及可改變轉向。通過刀片的旋轉，還使由刀片上切下的切屑變形。通過選擇轉動方向及轉動速度，可將切屑導向一個堅固的障礙物。該障礙物可以是工具，為此工具設有一個特殊形狀；但也可以是工件，例如輪對的側緣。旋轉運動不一定是均勻的，而是可以在一定時間，例如100毫秒後，一旦切屑具有一定的長度(例如100毫米的展開長度)時，用一個短暫的旋轉運動來引起切屑折斷。
刀片的旋轉通過輪對車床的CNC控制(計算機數控)來進行。在此，根據相應的加工狀況，既可使轉動方向改變也可使轉動速度改變。並且也可根據大的切削深度及進刀量時的切削壓力，使刀片的旋轉運動停止。這也對驅動裝置的機械結構有利，因為僅需要小的轉矩。
該工具用來加工鐵道機動車的車輪對，該車輪對在幹線機車上具有850毫米與1250毫米之間的輪徑，在有軌電車上具有約600毫米的輪徑。在加工大工件如幹線機車的輪對時，旋轉工具的支承直接產生並被限制在很小的空間上。通過以負的定位角布置工具，可增大可用的空間。在輪對的情況下有意義的是，考慮到與車輪的輪緣的衝突，還使工具的轉動軸線向輪對轉動軸線的方向進一步傾斜。但這種傾斜也可在工具本身上進行考慮。例如可以是，一個穩定的刀刃與一個工具支承件相結合，該支承件位於工具的附近並具有足夠的剛性。對於輪對，必須使工具向輪對轉動軸線的方向進一步傾斜。在為了產生輪箍輪廓而對工具的運動編程時當然應注意到與通常的工具相比，該工具與工件的接觸點是變動的。
此外在使用旋轉的刀片時應注意到刀片在其支承件中的同心度誤差及刀片的形狀偏差將導致波狀的表面。因此需要把刀片的支承及其形狀設計成在很小的製造公差以內。
最後應注意，在很小的空間上必需由工具接收很大的力，工具在加工時會劇烈受熱。因此工具的支承必須設計成儘管受熱也可保持無間隙及精確的轉動。
以下將藉助多個實施例來詳細地描述本發明。
附圖以極其簡化及儘量概要的描繪表示圖1為切削工具的第一實施方式，圖2為切削工具的第二實施方式，圖3為工具的驅動裝置的截面圖，及圖4為以真實尺寸表示的一個輪箍輪廓的截面圖。
具體實施例方式
圖4中的輪箍輪廓1由一個滾動面部分2及一個輪緣部分3組成。一個大致在滾動面部分2的中間垂直地通過輪箍輪廓1的截面被稱為測量圓平面4。此外圖4還表示出該輪對車床的加工方向x，y及z。其中y方向相對圖4的圖面垂直地延伸。
車輪對(未示出)的一個車輪5繞該輪對的縱軸線z在方向6上可轉動地裝在一個輪對車床(未示出)中。圖1表示車輪5大致在圖4的測量圓平面4的高度上的截面。在轉動期間由一個工具7加工輪箍輪廓1。工具7由一個刀片支架8及一個由硬金屬製成的蘑菇狀的刀片9組成。刀片支架8及刀片9彼此不可相對轉動地連接，另外還設有凸起及凹陷部分10，通過這些部分它們彼此嚙合。工具7在雙箭頭11的方向上可轉動地被支承在該車床的工具支座中。旋轉軸線12布置為與車輪5的測量圓平面4的切線13形成銳角α。
蘑菇狀的刀片9具有向外傾斜的邊緣14及在其中間具有一個凹陷部15。
圖2表示與圖1類似的情況。這裡刀片支架16支承有一個圓柱形的刀片17。並且在此情況下，在刀片支架16與圓柱形刀片17之間也設有一個齒部18。帶有圓柱形刀片17的刀片支架16可繞其旋轉軸線19轉動地支承在輪對車床的支座(未示出)中。在圖2所示的例子中，旋轉軸線19與輪切線20之間的銳角α明顯地小於圖1中的銳角。該結構造成了刀片支架16的瓶頸形狀，由此它可以儘可能地接近車輪5。
在圖3中表示出一個工具21，該工具設有一個圓柱形的刀片22。該刀片22被焊在一個由高強度鋼製成的栓杆23上。為了有利於刀片22的同心度，對栓杆23的最後加工在刀片22被焊接到栓杆23上以後才進行。栓杆23被支承在一個平頭圓錐形的軸承殼24中。該軸承殼的任務在於，使來自切削的主切口及進給力與被動力的切削力傳遞到基架25中，而不會使栓杆23的圓柱形部分受到過強的負荷。軸承殼24是一個磨損部件，其與圓柱形的刀片22一起被更換。栓杆23在其下端26上具有一個多花鍵齒的部分27，該部分被插入到一個被硬化處理的錐齒輪28中。錐齒輪28在位置29上與栓杆23無關地由滾動軸承支承。第二錐齒輪30用於通過一個高變速比的行星齒輪變速器(未示出)將在圓柱形刀片22繞旋轉軸線31轉動時形成的轉矩傳遞到一個可調節的伺服電動機(未示出)上。在其中間連接著一個栓杆32，該栓杆支承與錐齒輪28嚙合的第二錐齒輪30。
基架25在x，y及z方向上可移動地被支承在輪對車床中。圓柱形刀片22的旋轉軸線31相對車輪切線33以角度α傾斜。
附圖標記對照表1輪箍輪廓2滾動面部分3輪緣部分4測量圓平面5車輪6轉動軸線7工具8刀片支架9蘑菇狀的刀片10凸起及凹陷部分11雙箭頭12旋轉軸線13切線14邊緣15凹陷部16刀片支架17圓柱形的刀片18齒部分19旋轉軸線20車輪切線21工具22圓柱形的刀片23栓杆24軸承殼
25基架26下端27多鍵齒的部分28被硬化處理的錐齒輪29支承位置30第二錐齒輪31旋轉軸線32栓杆33車輪切線
權利要求
1.一種工具，該工具具有一個由如硬金屬或陶瓷切削材料等硬材料製成的圓柱形刀片(22)或蘑菇狀刀片(9)，該刀片被固定在刀片支架(8，16，23)上，該刀片支架被支承在一個工具支座中，該支座可在車床的X方向及Z方向上移動，其中刀片支架(8，16，23)布置為與一個在垂直地通過工件輪廓(1)的平面(4)中的截面圓的切線形成銳角(α)，可繞其縱向軸線(12，19，31)轉動並可被驅動，其特徵在於，該工具在輪對車床上對鐵道機動車的車輪對的車輪(5)的輪箍輪廓(1)在單次修整期間在不同的切削深度上進行車削。
2.根據權利要求1的工具，其特徵在於，所述截面位於車輪(5)的輪箍輪廓(1)的測量圓平面(4)中。
3.根據權利要求1或2的工具，其特徵在於，刀片支架(8，16，23)的轉動方向(11)可以反向。
4.根據權利要求1至3中任一項的工具，其特徵在於，刀片支架(8，16，23)的轉速可在每分鐘0圈與n圈之間改變。
5.根據權利要求1至4中任一項的工具，其特徵在於，刀片支架(8，16，23)布置為與車輪對的旋轉軸線(z方向)形成一個角度(β)。
6.根據權利要求1至5中任一項的工具，其特徵在於，所述銳角(α)的值在5°與10°之間，所述角度(β)的值也在5°與10°之間。
全文摘要
本發明涉及一種工具，該工具具有一個由如硬金屬或陶瓷切削材料等硬材料製成的圓柱形刀片(22)或蘑菇狀刀片(9)，該刀片被固定在刀片支架(8，16，23)上，該刀片支架被支承在一個工具支座中，該支座可在車床的X方向及Z方向上移動，其中刀片支架(8，16，23)布置為與一個在垂直地通過工件輪廓(1)的平面(4)中的截面圓的切線形成銳角(α)，可繞其縱向軸線(12，19，31)轉動並可被驅動。根據本發明的工具允許在修整鐵道機動車的車輪對的車輪的所有工作區域中導致切屑折斷並且其結構儘可能簡單。根據本發明通過如下方式實現該工具在輪對車床上對鐵道機動車的車輪對的車輪(5)的輪箍輪廓(1)在單次修整期間在不同的切削深度上進行車削。
文檔編號B23B27/12GK101043962SQ200580034631
公開日2007年9月26日 申請日期2005年8月25日 優先權日2004年9月10日
發明者阿爾弗雷德·海曼 申請人:黑根沙伊特-Mfd有限公司及兩合公司