AT521720A1

AT521720A1 - Verfahren zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke

Info

Publication number: AT521720A1
Application number: ATA50840/2018A
Authority: AT
Original assignee: Gfm Gmbh
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-15
Also published as: WO2020069544A1; US20210146564A1; EP3860816B1; EP3860816A1; CN111770821A; US11260551B2; CN111770821B

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke mit einem Ultraschallmesser beschrieben, das einen um eine Drehachse (6) drehbaren Messerkopf (1) mit einer eine gerade Schneidkante (5) bildenden Klinge (2) aufweist, wobei der Messerkopf (1) in einer Vorschubbewegung entlang des Werkstückrands unter einer Ausrichtung der Drehachse (6) quer zur Vorschubrichtung (v) geführt wird. Um vorteilhafte Schneidbedingungen zu sichern, wird vorgeschlagen, dass die Klinge (2) während der Vorschubbewegung des Messerkopfs (1) um ihre in Richtung der Drehachse (6) des Messerkopfs (1) verlaufende Schneidkante (5) derart gedreht wird, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche (3) in der durch die Schneidkante (5) und die Vorschubrichtung (v) bestimmten Schneidfläche (7) oder auf der vom Werkstück abgekehrten Seite dieser Schneidfläche (7) verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke mit einem Ultraschallmesser, das einen um eine Drehachse drehbaren Messerkopf mit einer eine gerade Schneidkante bildenden Klinge aufweist, wobei der Messerkopf in einer Vorschubbewegung entlang des Werkstückrands unter einer Ausrichtung der Drehachse quer zur Vorschubrichtung geführt wird, sowie auf ein Ultraschallmesser zur Durchführung des Verfahrens.

Übliche Ultraschallmesser, also Messer, die mithilfe von Ultraschall zu Schwingungen angeregt werden, weisen einen in eine Messeraufnahme einsetzbaren Messerkopf auf und werden zum Beschneiden eines plattenförmigen Werkstücks durch eine Vorschubeinrichtung entlang einer vorgegebenen Umrissform tangential zum Umrissverlauf bewegt. Der Messerkopf bildet dabei eine Drehachse, die mit der Vorschubrichtung eine Schneidebene bestimmt, in der die Schneidkanten der vom Messerkopf ausgehenden Klinge liegen. Die Klinge ist im Allgemeinen sowohl in Bezug auf die Schneidebene als auch bezüglich einer dazu senkrechten Ebene durch die Drehachse symmetrisch ausgebildet, was nicht nur zur Ausbildung beidseitiger, zueinander geneigter Schneidkanten führt, sondern auch einen von Querschwingungen nicht beeinträchtigten Schneidkantenverlauf sichert. Diese bekannten Ultraschallmesser eignen sich allerdings nur bedingt zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke, weil die Fasenflächen auch bei einem nicht geraden Randverlauf durch gerade Erzeugende bestimmt sein sollen, die bei konstantem Neigungswinkel in einer zum Randverlauf senkrechten Ebene liegen, und die Schneidkanten, die gegenüber der Drehachse geneigt sind, außerhalb dieser Ebenen der Erzeugenden verlaufen, was mit zunehmender Dicke der plattenförmigen Werkstücke und kleiner werdendem Krümmungsradius des

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Randverlaufs zunehmend ins Gewicht fällt. Außerdem bilden die entlang der Schneidkanten einen keilförmigen Querschnitt aufweisenden Klingen auch auf der Werkstückseite eine keilförmige Verdrängungsfläche, entlang der der Werkstoff aus der Schneidebene gegen das Werkstück verdrängt wird, sodass bei hierfür empfindlichen Werkstoffen, wie Werkstoffe mit einer Wabenstruktur oder einem Fasergelege, Störstellen in der Schnittfläche dieser Werkstücke auftreten, die nur dann zumindest teilweise vermieden werden, wenn im Bereich von Krümmungsradien im Randverlauf Scheibenmesser eingesetzt werden, die entlang von Erzeugenden der Fasenfläche bewegt und zwischen diesen Vorschubbewegungen entlang des Randverlaufs schrittweise versetzt werden, wodurch sich der Bearbeitungsaufwand erheblich vergrößert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke mithilfe von Ultraschallmessern mit geraden Schneidkanten so auszugestalten, dass auch dickere eine Wabenstruktur aufweisende oder aus einem Fasergelege bestehende Werkstücke mit einer weitgehend störungsfreien Randfase unter Einhaltung enger Toleranzen trotz vergleichsweise kleiner Krümmungsradien im Randverlaufversehen werden können.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Klinge während der Vorschubbewegung des Messerkopfs um ihre in Richtung der Drehachse des Messerkopfs verlaufende Schneidkante derart gedreht wird, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche in der durch die Schneidkante und die Vorschubrichtung bestimmten Schneidfläche oder auf der vom Werkstück abgekehrten Seite dieser Schneidfläche verläuft.

Da die Schneidkante in Richtung der Drehachse des Messerkopfs verläuft und der Messerkopf unter einer Ausrichtung der Drehachse quer zur Vorschubrichtung geführt wird, ist die Schneidkante im Bereich einer Krümmung des Randverlaufs in Richtung der Erzeugenden der die Fasenfläche bestimmenden Kegelfläche

3/16 ausgerichtet, was eine wesentliche Voraussetzung für eine genaue Bearbeitung der Fasenflächen plattenförmiger Werkstücke im Bereich gekrümmter Randverläufe ist, und zwar bei einem vergleichsweise geringen Steuerungsaufwand für den Messerkopf.

Dazu kommt, dass aufgrund der Drehung um die Schneidkante die Klinge so geführt werden kann, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche tangential zur bereits geschnittenen Fasenfläche oder von dieser Fasenfläche weggeneigt verläuft, in Analogie zu einem Schneidkeil also der Freiwinkel der dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche > 0 ist. Bei einem Freiwinkel von 0° drückt zwar die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche beim Fasenschneiden entlang eines konkaven Randverlaufs auf die Schnittfläche, doch bleibt die Schnittflächenbelastung durch die vergleichsweise schmale Klingenfläche im nicht störenden, elastischen Bereich, insbesondere bei Werkstoffen mit einer Wabenstruktur oder einem Fasergelege.

Der geforderte Verlauf der dem Werkstück zugewandten Klingenfläche ergibt eine in Bezug auf die Schneidebene asymmetrische Klinge und bringt dadurch die Gefahr mit sich, dass das Ultraschallmesser zu Querschwingungen angeregt wird, die die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflussen. Dieser Gefahr kann dadurch begegnet werden, dass der Vorschub des Messerkopfs zumindest angenähert in Richtung einer zur Drehachse senkrechten, durch den Schwerpunkt der Klinge gehenden Geraden erfolgt. Die damit verbundene Versetzung der Schneidebene gegenüber der Drehachse gegen das Werkstück hin kann durch die Steuerung der Messerkopfbewegung in einfacher Weise berücksichtigt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens kann von einem Ultraschallmesser ausgegangen werden, das mit einem eine Drehachse bildenden Messerkopf und mit einer vom Messerkopf ausgehenden Klinge versehen ist, die eine gerade Schneidkante bildet. Fällt bei einem solchen Ultraschallmesser die in Richtung der Drehachse verlaufende Schneidkante mit der Drehachse zusammen, so erhält man besonders einfache Steuerungsbedingungen für die Messerkopfbewegung. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass bei der Messerkopfbewegung die Klinge so an das

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Werkstück angestellt wird, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche nicht gegenüber der durch die Schneidkante und die Vorschubrichtung bestimmten Schneidebene gegen das Werkstück vorsteht und daher keine Werkstoffverdrängung aus der Schnittfläche in das Werkstück bedingt.

Es kann aber auch die Drehachse auf der vom Werkstück abgewandten Seite der dem Werkstück zugekehrten Klingenfläche in einem Abstand von dieser Klingenfläche verlaufen und von der in Richtung der Drehachse verlaufenden Schneidkante einen Abstand aufweisen, der höchstens der Klingendicke entspricht. Durch den dadurch bedingten Versatz der Schneidebene gegenüber der Drehachse kann der sonst insbesondere bei längeren Klingen auftretenden Neigung zu Querschwingungen entgegengewirkt werden, weil dadurch der Abstand des Massenschwerpunkts der Klinge von der Ebene verringert wird, die durch die Drehachse und die Vorschubrichtung bestimmt ist. Allerdings muss der Abstand der Schneidkante von der Drehachse in diesem Fall beschränkt werden, um eine einfache Messerkopfsteuerung sicherstellen zu können. Mit einem Abstand zwischen der Drehachse und der Schneidkante von höchstens der Klingendicke wird dieser Forderung ausreichend entsprochen, wobei Verlagerungen der Schneidkante durch ein Nachschleifen Berücksichtigung finden.

Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche in einer Ebene liegt, die parallel zu einer durch die Drehachse und den Massenschwerpunkt der Klinge gehenden Ebene durch die Schneidkante verläuft, oder zu dieser Ebene geneigt ist.

Um hinsichtlich der Massenverteilung vorteilhafte Verhältnisse sicherzustellen kann die Breite der Klinge gegen die Klingenspitze hin abnehmen, was bei einem gleichbleibenden Keilwinkel der Klinge zu einem sich gegen die Klingenspitze verjüngenden Klingenrücken führt.

Die Forderung, dass die Schneidkante in Richtung der Drehachse verlaufen soll, bedeutet nicht zwangsläufig eine genaue parallele Ausrichtung der Schneidkante

5/16 gegenüber der Drehachse. Eine Neigung der Schneidkante gegenüber der Drehachse um höchstens 3° um eine Achse, die zu einer durch die Drehachse und den Massenschwerpunkt der Klinge gehenden Ebene senkrecht steht, ist im Hinblick auf die geforderte Genauigkeit der Bearbeitung der Fasenflächen durchaus zulässig und bringt unter Umständen Vorteile hinsichtlich der Schnittkräfte.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ultraschallmesser in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Ultraschallmesser in einer Vorderansicht,

Fig. 3 eine Rückansicht des Ultraschallmessers,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie Ill-Ill der Fig. 1 in einem größeren Maßstab und Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Ultraschallmessers.

Ein erfindungsgemäßes Ultraschallmesser weist einen Messerkopf 1 mit einer an den Messerkopf 1 anschließenden Klinge 2 mit einem im Wesentlichen keilförmigen Querschnitt zwischen den beiden Klingenflächen 3 und 4 auf, die in einer geraden Schneidkante 5 auslaufen. Der in einer Messeraufnahme eingesetzte Messerkopf 1 kann durch die Messeraufnahme gedreht werden und bildet für die Klinge 2 eine Drehachse 6.

Wie insbesondere den Fig. 2 und 4 entnommen werden kann, verlaufen die Schneidkante 5 und die Drehachse 6 parallel zueinander. Außerdem liegt die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche 3 in der durch die Schneidkante 5 und die Vorschubrichtung v des Ultraschallmessers bestimmten Schneidebene 7. Dies bedeutet, dass die Klingenfläche 3 in Anlehnung an die bei einem Schneidkeil verwendeten Begriffe eine Freifläche mit einem Freiwinkel von 0° bildet. Der einer Exzentrizität entsprechende Abstand e zwischen der Schneidkante 5 und der Drehachse 6 bewirkt, dass sich der Massenschwerpunkte S der Klinge 2 in den Bereich einer durch die Vorschubrichtung v und die Drehachse 6 bestimmten Führungsebene 8 für das Ultraschallmesser verlagert, sodass störende

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Querschwingungen der Klinge 2 weitgehend ausgeschaltet werden können. Besonders vorteilhafte Bearbeitungsbedingungen ergeben sich, wenn die Führungsebene 8 mit einer Ebene zusammenfällt, die durch die Drehachse 6 und eine zur Drehachse 6 senkrechte, durch den Massenschwerpunkt S gehende Gerade aufgespannt wird, also den Massenschwerpunkt S enthält.

Der Abstand zwischen der Schneidkante 5 und der Drehachse 6 soll die Lage des Massenschwerpunkts S in Bezug auf die Schneidebene 7 berücksichtigen, ohne die einfache Bewegungssteuerung des Messerkopfs 1 zu gefährden. Aus diesem Grund ist der Abstand a zwischen der Schneidkante 5 und der Drehachse 6 zu begrenzen und entspricht höchstens der Klingendicke d. Mit einem solchen Maximalabstand a lassen sich auch spätere Verlagerungen der Schneidkante 5 durch ein Nachschleifen der Klinge 2 berücksichtigen.

Um im Klingenbereich eine vorteilhafte Massenverteilung zu erreichen, kann die Breite der Klinge 2 gegen die Klingenspitze 9 hin abnehmen. Dies bedeutet bei einem konstanten Keilwinkel der Klinge 2, dass sich der Klingenrücken 10 gegen die Klingenspitze 9 hin verjüngt, wie dies der Fig. 3 entnommen werden kann.

Da beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Ultraschallmessers gemäß den Fig. 1 bis 4 die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche 3 in der Schneidebene liegt und bei einem geraden Schnittverlauf keine Verdrängungsfläche bildet, entlang der Werkstoffbereiche aus der Schnittfläche gegen das Werkstück gedrückt werden, können auch keine sonst auf diesen Umstand zurückzuführenden Fehler im Bereich der Schnittfläche auftreten, sodass in Verbindung mit dem gegenüber der Drehachse 6 in besonderer Weise ausgerichteten Schneidkantenverlauf ein genaues, weitgehend fehlerfreies Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke möglich wird, selbst wenn diese Werkstücke eine Wabenstruktur oder ein Fasergelege mit und ohne Decklagen aufweisen.

Beim Fasenschneiden im Bereich konkaver Randverläufe drückt zwar eine in der Schneidebene 7 liegende Klingenfläche 3 auf die kegelförmige Schnittfläche, doch bleibt die dadurch bedingte Belastung der Schnittfläche aufgrund der

7/16 vergleichsweise geringen Klingenbreite im elastischen Bereich des Werkstoffs, insbesondere wenn dieser Werkstoff eine Wabenstruktur oder ein Fasergelege aufweist. Sollen auch diese elastischen Verformungen des zu schneidenden Werkstoffs vermieden werden, so ist die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche 3 so auszugestalten, dass sie von der Schneidfläche 7 weggeneigt verläuft, wie dies die Fig. 5 zeigt.

In der Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Ultraschallmessers dargestellt, bei dem zur Unterdrückung von Querschwingungen der Klinge 2 deren Massenschwerpunkt S in der durch die Drehachse 6 und die Vorschubrichtung v bestimmten Führungsebene 8 liegt. Im Vergleich zu Fig. 4 ist jedoch die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche 3 von der zur Führungsebene 8 parallelen Schneidebene 7 weggeneigt, was einem Freiwinkel > 0 entspricht, sodass auch konkave Randverläufe des Werkstücks mit kleineren Krümmungsradien bearbeitet werden können, ohne eine Werkstoffverdrängung durch die Klingenfläche 3 außerhalb des elastischen Bereichs in Kauf nehmen zu müssen. Die Profilform der Klingenfläche 3 kann dabei unterschiedlich ausfallen und beispielsweise auch eine Krümmung aufweisen, wie dies in der Fig. 5 strichpunktiert angedeutet ist.

In der Zeichnung ist der Verlauf der Schneidkante 5 stets parallel zur Drehachse 6 dargestellt, was jedoch nicht zwingend ist, wenn nur die Schneidkante 5 zumindest angenähert in Richtung der Drehachse 6 verläuft. Die Neigung der Schneidkante 5 gegenüber der Drehachse 6 muss allerdings beschränkt werden, um beim Fasenschneiden im Bereich gekrümmter Randverläufe des Werkstücks weitgehend an Kegelflächen angepasste Fasenflächen sicherstellen zu können. Aus diesem Grund kann die Schneidkante 5 mit der Drehachse 6 in einer Normalprojektion auf die Schneidfläche 7 bzw. auf die Führungsebene 8 einen Winkel von höchstens 5°, vorzugsweise von 3°, einschließen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke mit einem Ultraschallmesser, das einen um eine Drehachse (6) drehbaren Messerkopf (1) mit einer eine gerade Schneidkante (5) bildenden Klinge (2) aufweist, wobei der Messerkopf (1) in einer Vorschubbewegung entlang des Werkstückrands unter einer Ausrichtung der Drehachse (6) quer zur Vorschubrichtung (v) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (2) während der Vorschubbewegung des Messerkopfs (1) um ihre in Richtung der Drehachse (6) des Messerkopfs (1) verlaufende Schneidkante (5) derart gedreht wird, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche (3) in der durch die Schneidkante (5) und die Vorschubrichtung (v) bestimmten Schneidfläche (7) oder auf der vom Werkstück abgekehrten Seite dieser Schneidfläche (7) verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Messerkopfs (1) zumindest angenähert in Richtung einer zur Drehachse (6) senkrechten, durch den Massenschwerpunkt (S) der Klinge (2) gehenden Geraden erfolgt.
3. Ultraschallmesser zum Schneiden von Randfasen plattenförmiger Werkstücke zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem eine Drehachse (6) bildenden Messerkopf (1) und mit einer vom Messerkopf (1) ausgehenden Klinge (2), die eine gerade Schneidkante (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Drehachse (6) verlaufende Schneidkante (5) mit der Drehachse (6) zusammenfällt oder dass die Drehachse (6) auf der vom Werkstück abgewandten Seite der dem Werkstück zugekehrten Klingenfläche (3) in

9/16 einem Abstand von dieser Klingenfläche (3) verläuft und von der in Richtung der Drehachse (6) verlaufenden Schneidkante (5) einen Abstand (a) aufweist, der höchstens der Klingendicke (d) entspricht.
4. Ultraschallmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Werkstück zugekehrte Klingenfläche (3) in einer Ebene liegt, die parallel zu einer durch die Drehachse (6) und den Massenschwerpunkt (S) der Klinge (2) gehenden Ebene verläuft, oder zu dieser Ebene geneigt ist.
5. Ultraschallmesser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Klinge (2) gegen die Klingenspitze (9) hin abnimmt.
6. Ultraschallmesser nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (5) gegenüber der Drehachse (6) um eine Achse, die zu einer durch die Drehachse (6) und den Massenschwerpunkt (S) der Klinge (2) gehenden Ebene senkrecht steht, um höchstens 5° geneigt verläuft.