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Die
Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, das mittels einer Spannvorrichtung
auf eine Antriebswelle aufspannbar ist, mit einem mit der Spannvorrichtung
fest verbundenen ersten Werkzeugteil und einem in axialer Richtung
verstellbaren zweiten Werkzeugteil, wobei die Verstellung des zweiten Werkzeugteiles über einen
verdrehbaren Einstellring gegen die Kraft mindestens einer zwischen
dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil angeordneten Druckfeder
erfolgt.
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Ein
solches Schneidwerkzeug ist beispielsweise aus der
DE 1179080 A bekannt und
kann zur Herstellung von Nut- und Feder-Verbindungen an Paneelen
auf Durchlaufmaschinen verwendet werden. Insbesondere bei Laminat-
oder Parkettpaneelen für
den Fußbodenbereich
kommt es sowohl auf eine exakte Passung der Verbindung als auch
auf eine definierte Lage der Verbindungselemente zueinander an,
um einen Höhenversatz
der Paneele zu vermeiden. Zum Einstellen der Passung können die beiden
Werkzeugteile des Schneidwerkzeuges stufenlos zueinander verstellt
werden. Durch Verstellen der Motorposition kann die Lage des Profils
eingestellt werden. Der Vorteil des zweiteiligen Schneidwerkzeuges
liegt darin, dass die Passung am Werkzeug in der Maschine eingestellt
bzw. korrigiert werden kann, wodurch eine möglichst geringe Störung des
Produktionsprozesses erreicht wird.
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Die
Verstellung des zweiten Werkzeugteiles erfolgt über einen mit einem Innengewinde
versehenen Einstellring, der auf der mit einem Außengewinde
versehenen Spannhül se
der Spannvorrichtung verdreht werden kann. Um eine hohe Planlaufgenauigkeit
des verstellbaren Werkzeuges zu erreichen, müssen die einzelnen Bauteile
mit einer hohen Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden. Die Verstellung
muss sehr sorgfältig
ausgeführt
werden. Ungenauigkeiten im Gewinde führen zu einer Schrägstellung
des Einstellringes und damit auch zu einer Schrägstellung des verstellbaren
Werkzeugteiles und einer ggf. ungenügenden Planlaufgenauigkeit.
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Mit
steigender Vorschubgeschwindigkeit in der Produktionsanlage beeinflussen
Plan- und Rundlauf
eines Werkzeuges die Welligkeit der bearbeiteten Oberflächen. Für die Qualität von Nut-
und Federpassungen ist insbesondere der Planlauf eines Werkzeuges
von entscheidender Bedeutung.
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Bei
dem bekannten Schneidwerkzeug ist der erste Werkzeugteil fest mit
dem Hydro-Spannelement
verbunden. In diesem Zustand werden die Schneidkanten der Schneidenzähne profiliert
und geschärft,
also fertig bearbeitet. Über
die zwischen den beiden Werkzeugteilen angeordnete Druckfeder wird das
verstellbare Werkzeugteil axial gegen den Einstellring gedrückt und
wird über
die Hydrospannung des Hydro-Spannelementes
an beliebiger axialer Position zentriert und gespannt. Während des
axialen Einstellens bei gelöster
Hydrospannung wird – wie bereits
vorstehend erläutert – der Planlauf
dieses Werkzeuges durch den Planlauf des Einstellringes bestimmt.
Da der Einstellring nur in dem Gewinde geführt ist, liegt der Planlauf
im Hundertstel-Millimeterbereich,
was für
die radial weiter außen
liegenden Schneidenkanten des Werkzeugteiles einen Planlauffehler
von 0,04 bis 0,06 mm bedeutet. Je nach Drehwinkelstellung des Einstellringes
nimmt der Planlauffehler einen anderen Wert an. Die Hydrospannung
zentriert zwar das Werkzeug auf dem Spannelement, ist aber nur dann
in der Lage, ein verkantetes Werkzeug gerade auszurichten, wenn
die axiale Klemmlänge
etwa doppelt so groß ist
wie der Bohrungsdurchmesser des Werkzeuges. Dieses Verhältnis kann
aus Platzgründen
in der Regel nicht erreicht werden, so dass der Planlauffehler toleriert werden
muss.
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Des
Weiteren ist die Einstellgenauigkeit des Systems von der realisierbaren
Gewindesteigung abhängig.
Bei einem Feingewinde M60x1 beträgt
sie z. B. 1 mm pro Umdrehung des Einstellringes. Zur Kontrolle des
Einstellens ist es sinnvoll, eine Maßskala auf dem Einstellring
vorzusehen, die beim Einstellen abgelesen werden kann. Aufgrund
der Platzverhältnisse
in der Bearbeitungsmaschine ist das Ablesen der Maßskala aber
nicht in jeder Werkzeugposition möglich.
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Von
dieser Problemstellung ausgehend soll das vorstehend beschriebene
Schneidwerkzeug verbessert werden.
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Zur
Problemlösung
ist bei einem gattungsgemäßen Schneidwerkzeug
vorgesehen, dass zwischen dem Einstellring und dem verstellbaren
Werkzeugteil mindestens eine weitere Druckfeder angeordnet ist.
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Dadurch,
dass nicht nur zwischen den beiden Werkzeugteilen, sondern auch
zwischen dem verstellbaren Werkzeugteil und dem Einstellring infolge
der Druckfedern keine starre Verbindung vorhanden ist, kann sich
das verstellbare Werkzeugteil während
des Einstellens auch bei einem Planlauffehler des Einstellringes
nicht verkanten, sondern es bleibt bei der Verstellung immer senkrecht
zur Achse der Spannvorrichtung und damit zur Achse der Antriebswelle
ausgerichtet.
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Wenn
die Federkonstanten der mindestens einen Druckfeder zwischen den
Werkzeugteilen und der mindestens einen weiteren Druckfeder zumindest
nahezu gleich und vorzugsweise identisch sind, kann die Einstellung
dahingehend verbessert werden, dass das verstellbare Werkzeug sich
nur um den halben axialen Weg bewegt, der durch das Verdrehen des
Einstellringes erzeugt wird. Die Einstellgenauigkeit wird damit
verdoppelt und das Ablesen der Maßskala auf dem Einstellring
auch bei schwierigen Einbausituationen in der Maschine verbessert.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine Druckfeder eine umlaufende Tellerfeder oder eine
umlaufende Wellfeder.
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Zwischen
den beiden Werkzeugteilen und/oder zwischen dem Einstellring und
dem verstellbaren Werkzeugteil können
aber auch mindestens drei regelmäßig über einen
Umfangskreis verteilt angeordnete Spiralfedern vorgesehen sein,
die dann vorzugsweise dieselbe Länge
und dieselbe Federkonstante aufweisen.
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Wenn
für die
Drehbewegung des Einstellringes ein Rastmechanismus vorgesehen wird,
werden die Verstellschritte zur Durchführung von Passungskorrekturen
hörbar
und ggf. auch fühlbar,
wodurch die Passungskorrektur weiter vereinfacht wird. Es ist dann
nicht mehr notwendig, eine Maßskala
auf dem Einstellring vorzusehen, bzw. diese beim Verdrehen des Einstellringes
auch im Blick haben zu müssen. Durch
diese Ausgestaltung wird die Einstellbarkeit auch bei schwierigen
Einbaubedingungen weiter vereinfacht.
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Der
Rastmechanismus wird vorzugsweise gebildet durch einen mit dem verstellbaren
Werkzeugteil verbundenen Verzahnungsring und einem mit dem Einstellring
verbundene Druckelement. Beim Verdrehen des Einstellringes rattert
das Druckelement dann über
die Verzahnung des Verzahnungsringes, wodurch eine Auf- und Abbewegung
des Druckelementes am Einstellring fühlbar wird und Klickgeräusche entstehen,
so dass der Verstellweg durch eine definierte Verzahnung entsprechend
fühlbar
bzw. hörbar
gemacht wird. Eine Rastung kann dabei einem Teilungsstrich auf der
Maßskala
entsprechen. Die Verzahnung kann durch radiale Schlitze in dem Ring
erzeugt werden.
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Vorzugsweise
ist der Verzahnungsring mittels eines Formschlusselementes, zum
Beispiel eines Stiftes, gegen Verdrehen im verstellbaren Werkzeugteil
gesichert.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
nachfolgend näher
beschrieben werden.
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Es
zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug
in Explosionsdarstellung;
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2 einen
Querschnitt durch das Schneidwerkzeug;
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3 die
Einbaulage des Verzahnungsringes für den Rastmechanismus;
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4 einen
Teilquerschnitt durch das Schneidwerkzeug;
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5 die
Detailansicht der Verdrehsicherung des Verzahnungsringes;
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6 die
Detailansicht der Verdrehsicherung für den Einstellring;
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7 eine
perspektivische Darstellung des Schneidwerkzeuges;
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8 eine
Skizze zur Erläuterung
der Formel zur Berechnung des Werkzeug-Verstellweges.
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Wie 1 zeigt,
wird die Aufnahme für
das Schneidwerkzeug durch ein Hydro-Spannelement 1 gebildet, das
einen Flansch 2 aufweist, an dem der feststehende Werkzeugteil 3 über die
Schrauben 17 befestigt ist. Der Flansch 2 ist
an der zylindrischen Hülse 4 ausgebildet,
die mit einer Innenbohrung 5 versehen ist, über die
das Hydro-Spannelement 1 auf die
nicht dargestellte Antriebswelle der Werkzeugmaschine aufgesetzt
wird. Außen
auf die Hülse 4 werden
die mit einer entsprechenden Innenbohrung versehenen Werkzeugteile 3 und 16 aufgesetzt.
Die Hülse 4 ist
mehrteilig aufgebaut.
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Zwischen
dem Bereich der Bohrung 5 und dem zylindrischen Außenbereich
der Hülse 4 sind zwei
konzentrisch angeordnete und voneinander getrennt umlaufende Kammern 7, 8 zur
Aufnahme eines Hydraulikmediums, beispielsweise Öl oder Fett vorgesehen. Die
Kammer 7 steht über
einen Kanal 9 und die Kammer 8 über einen
Kanal 10 mit je einem Druckerzeuger 11 in Verbindung
(vgl. 2). Der Druckerzeuger 11 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ein Kolben, der aus einem Dichtelement 12 und einer Schraube 13 als
Betätigungselement
sowie einem Druckstück 14 besteht.
Durch Eindrehen der Schrauben 13 wird durch Verdrängung des
hydraulischen Mediums Druck in der jeweiligen Kammer 7, 8 aufgebaut.
Durch Herausdrehen der Schrauben 13 erfolgt eine Druckentlastung
in der jeweiligen Kammer 7, 8. Denkbar ist auch,
dass die Druckerzeugung extern erfolgt. Anstatt einen Kolben vorzusehen,
können
die Kammern 7, 8 auch über beispielsweise einen Schmiernippel
lösbar
mit einer externen Fettpresse verbunden werden. Durch Öffnen der
Schmiernippel kann dann die Druckentlastung erfolgen.
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Ein
Druckaufbau in der radial inneren Kammer 7 bewirkt eine
konzentrische Verringerung des Durchmessers der Bohrung 5 und
damit eine zentrische Klemmung der Spannvorrichtung 1 auf
der nicht dargestellten Antriebswelle der Bearbeitungsmaschine.
Ein Druckaufbau in der radial äußeren Kammer 8 bewirkt
eine konzentrische Vergrößerung des
Durchmessers der Außenwandung
der Hülse 4 und
damit eine zentrische Klemmung des beweglichen Werkzeugteiles 16 auf
der Hülse 4.
Die beiden Kammern 7, 8 beeinflussen sich gegenseitig
nicht, so dass durch den Druckaufbau in der einen oder anderen Kammer 7, 8 die
Klemmwirkung individuell beeinflussbar ist. Um das Werkzeug 3, 16 zu
wechseln, wird die innere Kammer 7 drucklos gemacht und
das Spannelement 1 von der Antriebswelle der Bearbeitungsmaschine
abgezogen. Zum Einstellen der Position des beweglichen Werkzeugteiles 16 relativ
zum am Flansch 2 angeschraubten Werkzeugteil 3 oder zur
Demontage der beiden Werkzeugteile 3, 16, wird die äußere Kammer 8 drucklos
gemacht. Im Betriebszustand des Werkzeuges auf der Antriebsspindel
der Maschine stehen beide Kammern 7, 8 unter Druck.
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Bevorzugt
sind die Druckerzeuger 11 als Kolben in das Hydro-Spannelement 1 integriert
und axial angeordnet, damit sie vom freien Ende der Antriebswelle
ungehindert zugänglich
sind.
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Die
beiden Werkzeugteile 3, 16 sind radial außen mit
Schneidzähnen 19, 26 versehen,
die, wie 7 zeigt, zueinander versetzt
angeordnet sind. Zwischen dem fest am Flansch 2 angeschraubten Werkzeugteil 3 und
dem axial verschiebbar an der Hülse 4 angeordneten
Werkzeugteil 16 ist eine umlaufende Teller- oder Wellfeder 25 eingesetzt.
Die Hülse 4 ist
an dem dem Flansch 2 gegenüber liegenden Ende mit einem
Außengewinde 29 versehen,
auf das der mit einem Innengewinde 28 versehene Einstellring 22 aufgeschraubt
werden kann. Zwischen dem Einstellring 22 und dem beweglichen
Werkzeugteil 16 ist eine weitere Teller- oder Wellfeder 24 vorgesehen.
Durch Einschrauben des Einstellringes 22 wird bei druckloser
Kammer 8 das Werkzeugteil 16 auf das Werkzeugteil 3 gegen
die Kraft der Druckfedern 24, 25 zubewegt und
dadurch das Passungsmaß des
Werkzeuges eingestellt. Die Gewinde 28, 29 sind
vorzugsweise Feingewinde mit einer Steigung ≤ 1 mm. Die Federkonstante C1
der Druckfeder 25 und die Federkonstante C2 der Druckfeder 24 sind
identisch. In der in 4 dargestellten Betriebsposition
des zusammengesetzten Schneidwerkzeuges stehen die Druckfedern 24, 25 unter
Spannung, so dass das bewegliche Werkzeugteil 16 sowohl
gegen das feste Werkzeugteil 3 als auch gegen den Einstellring 22 abgestützt ist.
Durch den fehlenden Kontakt des Werkzeugteiles 16 zum Einstellring 22 werden
Planlauffehler des Einstellringes 22 nicht direkt auf das
bewegliche Werkzeugteil 16 übertragen. Dadurch ist ausgeschlossen,
dass sich das Werkzeugteil 16 gegenüber der Längsachse L verkantet. Dies
hat zur Folge, dass die erreichbare Planlaufgenauigkeit an den Schneidkanten
der Schneidzähne 19, 26 im
Bereich von 0,02 mm liegt.
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Weil
die Drehbewegung des Einstellringes 22 nicht unmittelbar,
sondern mittelbar über
die Druckfeder 24 auf das Werkzeugteil 16 übertragen wird,
wird die Bewegung um den Federweg der Druckfeder 24 vermindert.
Das hat zur Folge, dass durch die Federabstützung zwischen dem beweglichen
Werkzeugteil 16 und dem Einstellring 22 eine Getriebeübersetzung
erreicht wird, mit deren Hilfe sich die axiale Position des beweglichen
Werkzeugteiles 16 wesentlich feinfühliger und genauer einstellen
lässt als
bei bisher bekannten Schneidwerkzeugen.
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Wenn
die beiden Druckfedern
24,
25 dieselbe Federkonstante
C1, C2 aufweisen (C1 = C2) verstellt sich das bewegliche Werkzeugteil
16 nur
um den halben Weg der axialen Bewegung des Einstellringes
22.
Ist die Federkonstante C2 der Druckfeder
25 in Richtung
des Einstellringes
22 geringer als die Federkonstante C1
der Druckfeder
24 in Richtung festes Werkzeugteil
3,
wird die Einstellbewegung des Werkzeugteiles
16 noch feiner.
Ist sie größer, wird
die Einstellbewegung grober. Der Verstellweg × 2 des beweglichen Werkzeugteiles
16 relativ
zur axialen Verstellung × 1
des Einstellringes
22 berechnet sich nach der Formel
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Um
die axiale Verstellung des beweglichen Werkzeugteiles 16 in
inkrementalen Schritten hörbar bzw.
fühlbar
zu machen, ist ein Rastmechanismus 38 für die Drehbewegung des Einstellringes 22 vorgesehen.
Hierzu ist das bewegliche Werkzeugteil 16 mit einem Verzahnungsring 27 verbunden.
Der Verzahnungsring 27 ist über seinen Umfang mit regelmäßig beabstandeten
Schlitzen 34 versehen. In einer im Einstellring 22 vorgesehenen
Bohrung ist ein aus einer Druckfeder 21 und einer Kugel 23 gebildetes Druckelement
eingesetzt, das in die Schlitze 34 des Verzahnungsringes 27 eingreift.
Beim Verdrehen des Einstellringes 22 rattert die Kugel 23 dann
entlang der Schlitze 34, wodurch die jeweilige Verstellbewegung
fühlbar
und hörbar
gemacht wird. Zur Fixierung des Verzahnungsringes 27 ist
ein Passstift 20 als Formschlusselement vorgesehen. Gegen
Herausfallen ist der Verzahnungsring 27 durch die Ringscheibe 32 gesichert.
An seiner Außenseite
ist der Einstellring 22 mit einer Skala 15 mit
50 Strichen gleicher Teilung versehen. Bei einer Gewindesteigung
von 1 mm und der Verwendung von Druckfeder 24, 25 mit
gleicher Federkonstante (C1 = C2) ergibt sich bei dieser Ausführung ein
axialer Verstellweg für
das bewegliche Werkzeugteil 16 von 0,01 mm pro Teilstrich 6,
während
der Einstellring 22 dabei einen axialen Weg von 0,02 mm
zurücklegt.
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Das
bewegliche Werkzeugteil 16 ist über mindestens einen Stift 30 gegen
Verdrehung gegenüber
dem Werkzeugteil 3 gesichert. Diese Verdrehsicherung kann
auch durch Ineinandergreifen der Schneidzähne 19, 26 hergestellt
werden.
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Damit
die Werkzeugeinstellung gegen eine unbeabsichtigte Veränderung
gesichert bleibt, ist eine Art Bremse gegen das Verdrehen des Einstellringes 22 vorgesehen.
Hierzu sind in der Ringscheibe 32 Gewindebohrungen vorgesehen,
in die Schrauben 33 einschraubbar sind und die Unterseite
des Einstellringes 22 und die Dicke des Verzahnungsringes 27 so
aufeinander abgestimmt, dass beim Anziehen der Schrauben 33 die
Ringscheibe 32 gegen die Verzahnungsscheibe 27 gepresst
wird (vgl. 6).
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- 1
- Hydro-Spannelement
- 2
- Flansch
- 3
- Werkzeugteil
- 4
- Hülse
- 5
- Bohrung
- 6
- Teilstrich
- 7
- Kammer
- 8
- Kammer
- 9
- Kanal
- 10
- Kanal
- 11
- Druckerzeuger/Kolben
- 12
- Dichtelement
- 13
- Schraube
- 14
- Druckstück
- 15
- Skala
- 16
- Werkzeugteil
- 17
- Schraube
- 19
- Schneidzahn
- 20
- Passstift
- 21
- Feder
- 22
- Einstellring
- 23
- Kugel
- 24
- Druckfeder,
Teller-/Wellfeder
- 25
- Druckfeder,
Teller-/Wellfeder
- 26
- Schneidzahn
- 27
- Verzahnungsring
- 28
- Innengewinde
- 29
- Außengewinde
- 30
- Stift
- 31
- Unterseite
- 32
- Ringscheibe
- 33
- Schraube
- 34
- Schlitz
- 38
- Rastmechanismus
- C1
- Federkonstante
- C2
- Federkonstante
- L
- Längsachse
- X1
- axialer
Verschiebeweg des Verstellringes 22
- X2
- axialer
Verschiebeweg des Werkzeugteiles 16
