DE102011015989A1

DE102011015989A1 - Verfahren zum Bearbeiten des Freiwinkels von auf einem Schneidenträger angeordneten Schneiden und Vorrichtung hierzu

Info

Publication number: DE102011015989A1
Application number: DE201110015989
Authority: DE
Inventors: Norbert Bailer; Peter Bailer; Joachim Bott; Arndt Hauger
Original assignee: Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten des Freiwinkels (α) von auf einem rotierenden Schneidenträger (14) angeordneten Schneiden, wobei der Schneidenträger (14) eine Längsachse aufweist, um die der Schneidenträger (14) zur Bearbeitung von Werkstücken drehantreibbar ist, wobei an einem Umfangsbereich des Schneidenträgers (14) eine Mehrzahl von im wesentlichen planaren Schneiden (20) angebracht ist, die von dem Schneidenträger (14) in radialer Richtung vorstehen und jeweils eine nach radial außen weisende Freifläche (22) aufweisen, die von einer Schneidkante (26) begrenzt ist, wobei die Schneidkanten (26) eine gemeinsame rotationssymmetrische, den Schneidenträger (14) umhüllende Mantelfläche definieren, wobei wenigstens eine der Schneiden (20) bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse enthaltende Projektionsebene in einem Achswinkel von größer als 45° relativ zu der Längsachse geneigt ist, wobei bei dem Verfahren eine um eine Drehachse drehangetriebene Bearbeitungsscheibe (52, 54) verwendet wird, die rotierend mit ihrer Außenumfangsfläche in Bearbeitungskontakt mit der Freifläche (22) einer der Schneiden (20) gebracht wird, wobei die Bearbeitungsscheibe (52, 54) und der Schneidenträger (14) während der Bearbeitung derart relativ zueinander verlagert werden, dass die Drehachse der rotierenden Bearbeitungsscheibe (52, 54) im Wesentlichen orthogonal zu einer Tangente an die Schneidkante (26) am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts verläuft und dass die Schneidkante (26) nach der Bearbeitung im Wesentlichen auf der Mantelfläche liegt, wobei der Freiwinkel (α) an jedem Punkt der Schneidkante (26) frei wählbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten des Freiwinkels von auf einem Schneidenträger angeordneten Schneiden, wobei der Schneidenträger als Rotationskörper ausgebildet ist und eine Längsachse aufweist, um die der Schneidenträger zur Bearbeitung von Werkstücken drehantreibbar ist.
Derartige Werkzeuge mit Schneidenträger, auf denen Schneiden vorgesehen sind, sind im Stand der Technik bereits bekannt. So werden diese beispielsweise in Form von Schaftwerkzeugen hergestellt, wobei in den Schaft des Werkzeugs einzelne Schneiden aus besonders verschleißfesten Materialien, wie beispielsweise sogenannte PKD-Schneiden (Schneiden aus polykristallinem Diamantwerkstoff) oder dergleichen eingelegt werden. Die Schneiden selbst sind in Form planarer Plättchen oder Platten ausgebildet und werden in entsprechenden Ausnehmungen oder Taschen am Schneidenträger angebracht. Die Befestigung dieser Schneiden kann entweder durch mechanisches Verspannen oder aber auch durch ein Fügeverfahren erfolgen, wie beispielsweise durch Festlöten der Schneiden in den Ausnehmungen des Schneidenträgers.
Wenngleich die Anbringung der Schneiden am Schneidenträger unter Einhaltung gewisser Toleranzen möglich ist, kommt es fertigungsbedingt immer zu gewissen Abweichungen der tatsächlichen Schneidenlage von ihrer Solllage. Dies rührt beispielsweise daher, dass die Ausnehmungen mit Toleranzen am Schneidenträger angebracht sind oder dass sich beim Festlöten der einzelnen Schneiden unterschiedliche Lotmengen in den Ausnehmungen des Schneidenträgers befinden und so die Lage sowie die Neigung einzelner Schneiden relativ zum Schneidenträger variieren kann.
Mit zunehmend komplexeren Fertigungsvorgängen werden an die eingesetzten Werkzeuge auch immer höhere Anforderungen gestellt. So wird zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit einzelner Fertigungsschritte mehr und mehr dazu übergegangen, Bearbeitungsvorgänge, die früher in mehreren Schritten durchgeführt wurden, durch Optimierung des verwendeten Werkzeugs in lediglich einem einzigen Bearbeitungsschritt ausführen zu können. Ein Beispiel hierfür ist die Bearbeitung von Stirnflächen oder Kanten in der Möbelindustrie, die mit Abdeckprofilen, wie beispielsweise sogenannten Umleimern, versehen und optisch aufgewertet werden. Um sowohl in der Massenfertigung als auch bei der Fertigung qualitativ hochwertiger Möbelstücke gratfreie Kanten zu erhalten, kann durch den Einsatz optimierter Werkzeuge bereits durch einen einzigen Arbeitsschritt selbst bei großer Vorschubgeschwindigkeit eine hohe Bearbeitungsqualität erreicht werden, die ein unmittelbares Anbringen des Umleimers ermöglicht.
Derartige Werkzeuge sind gemäß vorstehender Erläuterung häufig mit einem Schneidenträger ausgebildet, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Schneiden angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass bestimmte Bearbeitungsvorgänge besonders schnell und mit hoher Bearbeitungsqualität ausgeführt werden können, wenn diese Schneiden bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse des Schneidenträgers enthaltende Projektionsebene in einem Achswinkel von größer als 45° relativ zu dieser Längsachse angeordnet sind.
Die vorstehend geschilderten Toleranzen hinsichtlich der Positionierung und Ausrichtung einzelner Schneiden auf einem solchen Schneidenträger aber auch die selbst bei harten und verschleißfesten Schneidenmaterialien nach einiger Bearbeitungszeit auftretenden Verschleißerscheinungen machen es erforderlich, die Freiflächen der einzelnen Schneiden eines solchen Werkzeugs erstmals nach dessen Herstellung sowie von Zeit zu Zeit zum Verschleißausgleich zu bearbeiten. Dabei sollten die Freiflächen in einem vorbestimmten, je nach Anwendungsfall jedoch frei wählbaren Freiwinkel ausgerichtet sein. Ferner sollten die Schneidkanten der einzelnen Schneiden auf einer gemeinsamen den Schneidenträger umhüllenden rotationssymmetrischen Mantelfläche liegen, die zylindrisch, tonnenförmig, kegelstumpfförmig oder kegelstumpfförmig mit tonnenförmiger Mantelfläche geformt sein kann, um entsprechend hochwertige Bearbeitungsergebnisse zu erzielen. Außerdem kann die Form der Mantelfläche einer Anordnung der Schneiden entsprechen, die einer frei programmierbaren Profilform entspricht. Die einzelnen Schneiden können auch so angeordnet sein, dass sie an wenigstens einem ihrer beiden Enden radial einwärts laufen, so dass benachbarte Schneiden zusammen eine wellige Mantellinie bilden, die zu einer Mantelfläche mit einer Art geschuppten Oberfläche führt. Auch wenn solche durch mehrere benachbarte Schneiden gebildete wellige Mantellinien dadurch ausgeglichen werden können, dass in Umfangsrichtung folgende Schneiden in axialer Richtung versetzt angeordnet werden, um so im Falle einer Rotation des Werkzeugs ein Wellental teilweise oder ganz auszugleichen, so dass sich über den Umfang des Werkzeugs betrachtet eine weitgehend wellenfreie umhüllende Mantelfläche einstellt, ist es bei der Bearbeitung der einzelnen Schneiden erforderlich, auf die Kontur der jeweils bearbeiteten Schneide einzugehen und dieser Kontur auch entlang der radial einwärts gerichteten Rundung an einem Endabschnitt zu folgen.
Es hat sich gezeigt, dass die Bearbeitung der einzelnen Schneiden, insbesondere der Freiflächen, zur Erzielung vorbestimmter Freiwinkel und gewünschter Schneidkantengeometrien in der Praxis schwierig ist. Herkömmliche Mehrachsbearbeitungsmaschinen, die beispielsweise eine Schleifbearbeitung oder eine Erodierbearbeitung ermöglichen, unterliegen dem Problem, dass bei einer verhältnismäßig hohen Schneidendichte auf dem Schneidenträger und insbesondere dann, wenn die Schneiden bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse enthaltende Projektionsebene betrachtet in einem Achswinkel von größer als 45° relativ zur Längsachse des Schneidenträgers geneigt sind, unter Anwendung herkömmlicher Bearbeitungsverfahren nicht mit den erforderlichen Freiheitsgraden bearbeitet werden können, weil benachbarte Schneiden Störkonturen bilden, die einer gewünschten Bearbeitung einer ausgewählten Schneide im Wege stehen.
Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, mit dem auch komplizierte Werkzeuge mit Schneidenträger und dicht angeordneten, relativ steil stehenden Schneiden mit zur Erzielung hochwertiger Arbeitsergebnisse geeigneter Geometrie bearbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten des Freiwinkels von auf einem rotierenden Schneidenträger angeordneten Schneiden gelöst, wobei der Schneidenträger eine Längsachse aufweist, um die der Schneidenträger zur Bearbeitung von Werkstücken drehantreibbar ist, wobei an einem Umfangsbereich des Schneidenträgers eine Mehrzahl von im wesentlichen planaren Schneiden angebracht ist, die von dem Schneidenträger in radialer Richtung vorstehen und jeweils eine nach radial außen weisende Freifläche aufweisen, die von einer Schneidkante begrenzt ist. Dabei definieren die Schneidkanten eine gemeinsame rotationssymmetrische, den Schneidenträger umhüllende Mantelfläche, wobei wenigstens eine der Schneiden bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse enthaltende Projektionsebene in einem Achswinkel von größer als 45° relativ zu der Längsachse geneigt ist. Ferner wird bei dem Verfahren eine um eine Drehachse drehangetriebene Bearbeitungsscheibe verwendet, die rotierend mit ihrer Außenumfangsfläche in Bearbeitungskontakt mit der Freifläche einer der Schneiden gebracht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Bearbeitungsscheibe und der Schneidenträger während der Bearbeitung derart relativ zueinander verlagert, dass die Drehachse der rotierenden Bearbeitungsscheibe im wesentlichen orthogonal zu einer Tangente an die Schneidkante am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts verläuft und dass die Schneidkante nach der Bearbeitung im wesentlichen auf der Mantelfläche liegt, wobei der Freiwinkel an jedem Punkt der Schneidkante frei wählbar ist.
Es hat sich gezeigt, dass bei derartig komplizierten Werkzeugen mit Schneidenträgern und steil stehenden Schneiden, bei denen wenigstens eine der Schneiden bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse des Schneidenträgers enthaltene Projektionsebene in einem Achswinkel größer als 45° relativ zu der Längsachse geneigt ist, eine Bearbeitung der einzelnen Schneiden mit einer rotierenden Bearbeitungsscheibe dann hochwertige Bearbeitungsergebnisse liefert, ohne durch die Störkonturen anderer Schneiden beeinträchtigt zu werden, wenn die Drehachse der rotierenden Bearbeitungsscheibe im Wesentlichen orthogonal zu einer Tangente an die Schneidkante am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts verläuft. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die rotierende Bearbeitungsscheibe, sei es eine Erodierscheibe oder eine Schleifscheibe, im Wesentlichen längs zu der zu bearbeitenden Freifläche ausgerichtet ist und entlang der Freifläche verlagert wird. Die Ausrichtung der Bearbeitungsscheibe ist – ähnlich wie beim Planschleifen – so, dass die Vorschubbewegung in Längsrichtung der zu bearbeitenden Freifläche verläuft. Dabei kann es im Einzelfall je nach gewünschtem Freiwinkel auch dazu kommen, dass die Vorschubrichtung nicht exakt parallel zum Verlauf der Schneidkante ausgerichtet ist. Vielmehr sind Abweichungen, das heißt Winkel zwischen Vorschubrichtung und dem Verlauf der Schneidkante am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts von beispielsweise bis zu +/–10° möglich. Grundsätzlich ist aber erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine allzu große Schrägstellung der Bearbeitungsscheibe relativ zur Schneidkante der aktuell bearbeiteten Freifläche nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen ist. Gerade die im Wesentlichen parallele Ausrichtung von Vorschubrichtung und Schneidkante, mit anderen Worten die orthogonale Ausrichtung der Drehachse der rotierenden Bearbeitungsscheibe zu einer Tangente an die Schneidkante am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts, sorgt dafür, dass eine Wechselwirkung mit Störkonturen des Werkzeugs, insbesondere den Konturen benachbarter Schneiden, ausgeschlossen werden kann und so trotz großer Schneidendichte auf dem Werkzeug eine weitgehend freie Bearbeitung der Freifläche mit vielen Freiheitsgraden möglich ist.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, spielt der Freiwinkel einzelner Schneiden für die Bearbeitungsqualität beim späteren Einsatz des Werkzeugs eine bedeutende Rolle.
Unterschiedliche Einsatzfälle des betreffenden Werkzeugs erfordern je nach Anwendung bestimmte Freiwinkel. Dabei kann es im Rahmen der Bearbeitung des Freiwinkels der einzelnen Schneiden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf ankommen, wie der Freiwinkel gemessen wird. Grundsätzlich sind erfindungsgemäß zwei Varianten denkbar. Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Freiwinkel zwischen Freifläche und einer Tangente an die Mantelfläche an einem der Punkte der Schneidkante bestimmt wird, wobei die Tangente im wesentlichen in Schnittrichtung des Schneidenträgers verläuft. Bei dieser Bestimmungsart für den Freiwinkel wird also davon ausgegangen, dass der Freiwinkel in Schnittrichtung des Schneidenträgers bestimmt wird. Entsprechend wird die Tangente an die Schneidkante gelegt. Alternativ hierzu ist es aber gleichsam möglich, dass der Freiwinkel zwischen Freifläche und einer Tangente an die Mantelfläche an einem der Punkte der Schneidkante bestimmt wird, wobei die Tangente im wesentlichen in Richtung orthogonal zur Ebene der aktuell bearbeiteten Schneide des Schneidenträgers verläuft. Bei dieser Bestimmungsart des Freiwinkels wird die Schnittrichtung außer Acht gelassen. Vielmehr orientiert sich der Freiwinkel an der Richtung der Schneidkante der aktuell bearbeiteten Schneide. Beide Möglichkeiten zur Bestimmung des Freiwinkels können im Einzelfall zu demselben Ergebnis führen. Je nach Lage der Schneide relativ zum Schneidenträger können sich aber die in Abhängigkeit von der Wahl der Bezugsrichtung (Schnittrichtung oder Richtung der Schneidkante) auch unterschiedliche Freiwinkel ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, zwischen unterschiedlichen Freiwinkeldefinitionen zu wählen und eine Bearbeitung in Abhängigkeit von der ausgewählten Bezugsrichtung und der entsprechenden Freiwinkelbestimmung durchzuführen. Dies ist ein besonderer Vorteil, wenn – wie nachfolgend noch im Detail erläutert – das erfindungsgemäße Verfahren in einer Steuerung beziehungsweise Regelung einer Mehrachsbearbeitungsvorrichtung implementiert ist. Gerade in einer solchen Anwendung ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Bestimmung des Freiwinkels in Schnittrichtung oder orthogonal zur Ebene der aktuell bearbeiteten Schneide des Schneidenträgers auswählbar ist.
Wie vorstehend bereits ausgeführt ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, auch komplex gestaltete Werkzeuge mit Schneidenträgern verschiedenster Art und entsprechend vielfältigen Anordnungen der einzelnen Schneiden zu bearbeiten. Bestimmte Werkzeuge sehen vor, dass wenigstens eine der Schneiden relativ zur radialen Richtung des Schneidenträgers geneigt ist. Die Schneidenebene verläuft dann also nicht radial, sondern geneigt zu einem Radialstrahl des Schneidenträgers.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es Neigungen mit positivem Neigungswinkel und mit negativem Neigungswinkel gibt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Schneiden im Schneidenträger bezüglich der vorbestimmten Drehrichtung des Schneidenträgers um dessen Längsachse nach vorne geneigt oder nach hinten geneigt sein können. Daraus ergeben sich beispielsweise positive oder negative Spanwinkel, die je nach Anwendungsfall, insbesondere in Abhängigkeit von den zu bearbeitenden Werkstoffen vorteilhaft sind.
Vorstehend wurde ausgeführt, dass bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Werkzeugen eine Grundvoraussetzung darin besteht, dass die einzelnen Schneiden nicht über eine vorgegebene Mantelfläche hinaus ragen. Es ist aber nicht erforderlich, dass sich die Schneidkanten der einzelnen Schneiden entlang ihrer gesamten Länge exakt auf der Mantelfläche befinden. Vielmehr ist es erfindungsgemäß auch möglich, einzelne Abschnitte der Schneidkanten radial innerhalb der vorbestimmten Mantelfläche anzuordnen. So sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass wenigstens eine der Schneiden eine Schneidkante mit einem mittleren Bereich und zwei stetig zu dem mittleren Bereich gekrümmten Randbereichen aufweist, wobei der mittlere Bereich der Schneidkante auf der Mantelfläche liegt und wobei die Randbereiche radial innerhalb der Mantelfläche verlaufen. Durch diese Maßnahme kann wirkungsvoll vermieden werden, dass sich an den Randbereichen der einzelnen Schneidkanten verschleißbedingt Konturen ausbilden, die nach einem bestimmten Verschleiß der Schneidkanten über die Mantelfläche hinaus stehen und so zu einer Beeinträchtigung der Bearbeitungsergebnisse führen, die mit dem Werkzeug erzielt werden. Gerade die für solche unerwünschten Effekte gefährdeten Randbereiche der einzelnen Schneiden werden gemäß dieser Ausführungsvariante des Verfahrens derart ausgebildet, dass sie radial innerhalb der Mantelfläche auslaufen und so keine störenden Vorsprünge bezüglich der durch die Schneidkanten definierten Mantelfläche bilden. Allerdings ist es in diesem Zusammenhang erforderlich, dass sich die einzelnen Schneiden eines Schneidenträgers an dem betreffenden Werkzeug gegenseitig hinreichend stark überlappen, so dass die Mantelfläche durch die Mehrzahl sich überlappender Schneidkanten in Folge der Rotationsbewegung klar definiert ist.
Die Stetigkeit des Übergangs zwischen dem mittleren Bereich und den Randbereichen der einzelnen Schneidkanten sorgt zusätzlich für eine eindeutig definierte Mantelfläche des Werkzeugs und somit für qualitativ hochwertige Bearbeitungsergebnisse. Unerwünschte Ecken und Kanten in der Mantelfläche und in der Folge an der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks können somit vermieden werden.
Wie vorstehend bereits angedeutet kann die Bearbeitungsscheibe von einer Schleifscheibe oder einer Erodierscheibe gebildet sein. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Bearbeitungsscheibe mit wenigstens einer kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist, wobei der Kegelwinkel zur Bearbeitung der Freifläche derart genutzt wird, dass die Bearbeitungsscheibe zur Erzeugung des Freiwinkels aus einer Ausgangsstellung um einen Kippwinkel verkippt wird, der kleiner ist als der Freiwinkel an dem aktuell bearbeiteten Punkt der Freifläche. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil des an der bearbeiteten Schneide zu erzielenden Freiwinkels allein durch Nutzung des Kegelwinkels der Bearbeitungsscheibe erzielt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die Bearbeitungsscheibe, wenn überhaupt, nur um einen verhältnismäßig kleinen Kippwinkel relativ zu ihrer verkippungsfreien Ausgangsstellung verkippt werden muss. Dies erleichtert es weiter, unerwünschte Wechselwirkungen mit benachbarten Störkonturen, insbesondere anderer Schneiden, zu vermeiden.
Um die Verkippung der Bearbeitungsscheibe soweit wie möglich zu reduzieren, wird vorzugsweise eine Bearbeitungsscheibe verwendet, bei der der Kegelwinkel im Wesentlichen gleich dem doppelten Betrag des Freiwinkels ist, das heißt die Neigung der kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche der Bearbeitungsscheibe entspricht im Wesentlichen dem Freiwinkel. Somit können insbesondere bei Schneiden mit Freiflächen mit im Wesentlichen konstant bleibendem Freiwinkel die Kippbewegungen bei der Bearbeitung minimiert werden.
Es hat sich gezeigt, dass zum Ausgleich von Schnittkräften am Schneidenträger vorzugsweise eine gleiche Anzahl von komplementär zueinander ausgerichteten Schneiden angebracht werden. Die am Werkzeug dann auftretenden Schnittkräfte in Querrichtung können somit in ihrer Resultierenden kompensiert oder zumindest minimiert werden. Dies bedeutet aber, dass am Werkzeug dann entsprechend komplementäre Freiwinkel auftreten und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet werden müssen. Um sämtliche Schneiden bearbeiten zu können, ist es daher erforderlich, die Bearbeitungsscheibe in Abhängigkeit von der Lage und Ausrichtung der aktuell zu bearbeitenden Schneide hin und her zu drehen. Um diesem Problem zu begegnen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Bearbeitungsscheibe eine Doppelscheibe mit zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Kegelstumpfflächen umfasst. Dies bedeutet, dass an der Bearbeitungsscheibe jeweils komplementär zueinander geneigte Kegelstumpfflächen vorgesehen sind, die je nach aktuell zu bearbeitender Schneide derart verwendet werden, dass der jeweilige Kegelwinkel zur Erzielung des gewünschten Freiwinkels genutzt wird. Dabei ist es möglich, die beiden Kegelstumpfflächen in unmittelbarer Nähe zueinander oder mit einem bestimmten Abstand durch Vorsehen eines axialen Zwischenraums anzuordnen.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, bei jeder Schneide einen Bezugspunkt festzulegen. Dies liegt darin begründet, dass die einzelnen Schneiden – wie vorstehend bereits mehrfach ausgeführt – aufgrund der auftretenden Fertigungstoleranzen nicht alle in ihrer Solllage angeordnet sind. So sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass zu Beginn der Bearbeitung auf jeder Schneide ein Ausgangspunkt oder Bezugspunkt mit einem vorbestimmten Freiwinkel definiert wird, wobei die Bearbeitung der Freifläche mit Bezug auf den Bezugspunkt und dessen Freiwinkel erfolgt. Ausgehend von diesem Ausgangspunkt und dem daran bestimmten Freiwinkel kann dann die weitere Bearbeitung der Freifläche dieser Schneide zur Erzielung der gewünschten Freiwinkel durchgeführt werden.
Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass einzelne ausgewählte oder jede der zu bearbeitenden Schneiden an ihrer Spanfläche vor der Bearbeitung berührend oder berührungslos vermessen werden. Eine solche Vermessung kann also optisch, taktil, mit Ultraschall oder anderweitig erfolgen. Die Vermessung der Spannfläche bietet den Vorteil, dass diese eine bessere Information über die tatsächliche Lage der Schneide und deren tatsächliche Neigung relativ zum Schneidenträger zur Verfügung stellt. Davon ausgehend lässt sich dann der Verlauf der Schneidkante und auch der Verlauf der Freifläche bestimmen.
Vorstehend wurde mehrfach angedeutet, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeitenden Werkstücke verhältnismäßig komplexe Geometrie und insbesondere eine komplexe Schneidenanordnung aufweisen. Dies kann es erforderlich machen, die Abfolge der Bearbeitung der Mehrzahl von Schneiden vorab festzulegen. 50 sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass zur Bestimmung der Bearbeitungsschritte zur Bearbeitung des Schneidenträgers eine planare graphische Abwicklung der Außenumfangsfläche des Schneidenträgers auf einer graphischen Bedienungsoberfläche erzeugt wird, auf der ausgewählte oder sämtliche zu bearbeitende Schneiden des Schneidenträgers und ihr jeweiliger Achswinkel erkennbar sind, wobei über die graphische Bedienungsoberfläche einzelne Schneiden auswählbar sind und hinsichtlich der Bearbeitung, insbesondere der zeitlichen Abfolge der Bearbeitung, sowie der Bearbeitungskinematik spezifizierbar sind. Bei dieser Bestimmung der Art und Weise, wie das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden soll, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass eine Bearbeitung einzelner Schneiden in horizontalen oder vertikalen Reihen entlang der Abwicklung erfolgt. Mit anderen Worten wird vorab eine Abwicklung der Außenumfangsfläche des Schneidenträgers auf einer graphischen Bedienungsoberfläche erzeugt, an der dann die jeweilige Bedienungsperson in anschaulicher und einfach verständlicher Weise den Ablauf der folgenden Bearbeitungsschritte festlegen kann.
Um das Bearbeitungsergebnis weiter zu verbessern, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Bearbeitungsscheibe relativ zu der aktuell bearbeiteten Schneide oszillierend bewegt wird. Dadurch lassen sich punktuelle Unregelmäßigkeiten bei der Bearbeitung vermeiden, die dann entstehen, wenn sich das Bearbeitungswerkzeug an seiner Oberfläche unregelmäßig abnützt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn einer Erodierscheibe lokal verschlissen ist, so dass sich „Eingrabungen” an ihrer Oberfläche eingestellt haben, die zu entsprechenden Konturen am Werkstück führen.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Schneidkanten der Schneiden auf verschiedenen radialen Niveaus angeordnet sind und wenigstens zwei umhüllende Mantelflächen definieren. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch die Bearbeitung von Werkzeugen, bei denen einzelne Schneiden allein oder Gruppen von Schneiden eine oder mehrere umhüllende Sekundärmantelflächen bilden, die zu der äußersten umhüllenden Mantelfläche radial nach innen versetzt sind. Diese radial innerhalb der äußersten umhüllenden Mantelfläche angeordneten Schneiden dienen beispielsweise dazu, den Gesamtmaterialabtrag an dem zu bearbeitenden Werkstück auf mindestens zwei hintereinander eingreifenden Schneiden zu verteilen. Hierfür kann auch eine gestaffelte Schneidenanordnung vorgesehen sein, bei der Schneidengruppen vorgesehen sind, die mehrere radial abgestufte Mantelflächen bis hin zur äußersten umhüllenden Mantelfläche aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, derartig radial zurück versetzte Schneiden wirksam und umfassend zu bearbeiten.
Schließlich betrifft die Erfindung eine computergesteuerte Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Mehrachsbearbeitungsmaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren in der Steuerungslogik bzw. Regelungslogik implementiert ist. Vorzugsweise ist eine Steuerungssoftware mit einer entsprechenden graphischen Bedienungsoberfläche vorgesehen, die die einzelnen Verfahrensschritte gemäß vorstehender Beschreibung vorsieht.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
1 eine räumliche Darstellung eines Werkzeugs, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft bearbeitet werden kann;
2 eine Vorderansicht eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Werkzeugs;
3 eine Seitenansicht von rechts des in 1 gezeigten Werkzeugs;
4 einen Ausschnitt um eine einzelne Schneide an dem Werkzeug gemäß 1 bis 3 in räumlicher Darstellung;
5 eine Frontansicht auf die Schneide, insbesondere auf deren Spanfläche;
6 eine vereinfachte Darstellung eines Werkzeugs, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitbar ist;
7 das Werkzeug gemäß 1 in einer Bearbeitungssituation;
8 die Bearbeitungssituation gemäß 7 fokussiert auf eine aktuell zu bearbeitende Schneide;
9 eine Darstellung einer graphischen Benutzeroberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
10 eine weitere Darstellung zur graphischen Benutzeroberfläche; und
11 eine Skizze zur Veranschaulichung des Stands der Technik.
In 1 ist ein Werkzeug dargestellt, wie es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitbar ist. Dieses Werkzeug ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Es umfasst einen Schaft 12, mit dem es beispielsweise in einer Mehrachswerkzeugmaschine einspannbar ist. An dem Schaft 12 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Schneidenträger 14 vorgesehen. Durch den Schaft 12 und den Schneidenträger 14 erstreckt sich eine Längsachse A des Werkzeugs, welche die Drehachse bildet, wenn das Werkzeug über den Schaft 12 in einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) eingespannt ist und zur Bearbeitung von Werkstücken verwendet wird. Ein derartiges Werkzeug kann beispielsweise als Fräser zum Bearbeiten von Kanten eines Möbelstücks eingesetzt werden.
Man erkennt, dass das Werkzeug 10 in seinem Schneidenträger 14 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 16 aufweist, von denen nur exemplarisch drei mit Bezugszeichen versehen sind. Diese Ausnehmungen 16, auch Taschen genannt, sind in den Schneidenträger 14 des Werkzeugs 10 eingearbeitet. Seitlich dieser Ausnehmungen ist jeweils ein Stützabschnitt 18 an dem Schneidenträger angebracht, der sich über die Mantelfläche des im Wesentlichen kreiszylindrischen Schneidenträgers 14 hinaus erstreckt. Diese Stützabschnitte 18 können an dem Schneidenträger 14 bereits einstückig angeformt oder nachträglich daran fixiert werden, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen. In jede der Ausnehmungen 16 ist jeweils eine plattenförmige Schneide 20 eingesetzt. Diese ist im Wesentlichen planar, weist jedoch eine gerundete Außenkontur 22 auf. Man erkennt dies in den 1 bis 3, aber insbesondere in der Einzelbetrachtung einer einzigen Schneide 20 in 4 und 5.
Die einzelnen Schneiden 20 werden bei der Herstellung des Werkzeugs 10 in die zunächst hohlen Aufnahmeöffnungen 16 eingelegt und dort gehalten. Zur Fixierung dieser Schneiden werden diese beispielsweise festgeschraubt, vorzugsweise aber festgeklebt oder insbesondere festgelötet, damit sie zum Erhalt einer hinreichend langen Lebensdauer des Werkzeugs 10 fest in ihrer vorgesehenen Sollposition fixiert sind. Zur Stabilisierung der einzelnen Schneiden 20 gegenüber in einem Bearbeitungsvorgang auftretenden Reaktionskräften liegt jede dieser Schneiden an einem ihr zugeordneten Stützabschnitt 18 an. Trotz bestehender hoher Fertigungsqualität und selbst bei Einhaltung geringster Toleranzen kommt es jedoch zu der Situation, dass nach Anbringung der einzelnen Schneiden 20 an dem Werkzeugträger 14 durch Verschrauben, Verkleben oder Verlöten die Schneiden 20 in den einzelnen Aufnahmeöffnungen 16 in einem gewissen Toleranzbereich unregelmäßig an dem Werkzeugträger 14 angebracht sind. Dies liegt daran, dass beispielsweise mehr oder weniger Lot zwischen einer Schneide 20 und dem ihr zugeordneten Stützabschnitt 18 eingeflossen ist, so dass verschiedene Schneiden 20 mehr oder weniger nah an den einzelnen Stützabschnitten 18 anliegen. Darüber hinaus stehen die Schneiden 20 unterschiedlich weit in radialer Richtung aus den ihnen zugeordneten Aufnahmeöffnungen 16 hervor. Auch dies ist bedingt durch fertigungstechnische Toleranzen der Schneiden selbst, aber auch durch Toleranzen bei der Anbringung der Schneiden 20 am Schneidenträger 14. Schließlich führen auch Abweichungen der tatsächlichen Position der einzelnen Aufnahmeöffnungen von ihrer idealen Sollposition im Schneidenträger 14 zu unterschiedlichen Ausrichtungen der einzelnen Schneiden 20. All diese Faktoren führen dazu, dass unmittelbar nach Anbringung der Vielzahl der Schneiden 20 am Schneidenträger 14 eine Nachbearbeitung am Werkzeug 10 vorgenommen werden muss, um sicherzustellen, dass sämtliche Schneiden 20 zusammen eine gemeinsame kreiszylindrische Mantelfläche definieren. Nur dann kann mit dem Werkzeug 10 ein hinreichend zufriedenstellendes und qualitativ hochwertiges Bearbeitungsergebnis erzielt werden.
In 1 erkennt man ferner, dass das Werkzeug 10 eine relativ große Schneidendichte aufweist. Mit anderen Worten sind eine Vielzahl von Schneiden auf der Außenumfangsfläche des Schneidenträgers 14 angeordnet. Betrachtet man den Schneidenträger 14 beispielsweise in einer Vorderansicht, wie sie in 2 ausschnittsweise dargestellt ist, so erkennt man, dass die Schneiden 20 entlang einer in Umfangsrichtung verlaufenden Linie betrachtet gestaffelt und zueinander versetzt angeordnet sind. So sind beispielsweise die Schneiden 20 ₁ und 20 ₂ in Umfangsrichtung betrachtet in Flucht zueinander angeordnet, wohingegen die Schneide 20 ₃ in Richtung der Längsachse A betrachtet nach rechts versetzt ist. Die Schneide 20 ₃ wiederum ist weiter nach rechts versetzt. Die Schneiden 20 ₄ und 20 ₅ sind wiederum jeweils ein Stück weiter in axialer Richtung auf dem Schneidenträger 14 versetzt. Dazu kommt, dass die Schneiden 20 in der linken Hälfte des Schneidenträgers 14 eine bestimmte Neigung aufweisen, wohingegen die Schneiden 20 in der rechten Hälfte des Schneidenträgers 14 komplementär geneigt sind, so dass zwei einander zugewandte Schneiden, wie etwa die Schneiden 20 ₅ und 20 ₆ (siehe 2) mit ihren Spanflächen aufeinander zu konvergieren. Man erkennt dies auch in 1 in der Gesamtansicht. Es sind im Mittelbereich (immer) vorzugsweise zwei Schneiden in konvergierender Ausrichtung einander zugewandt und axial außerhalb dieser beiden Schneiden jeweils weitere Schneiden entsprechend parallel zu den nächsten axial weiter innen liegenden Schneiden orientiert, jedoch in Umfangsrichtung und axialer Richtung versetzt zu den axial innen liegenden Schneiden angeordnet. Insgesamt ergibt sich bei dieser Anordnung der einzelnen Schneiden am Schneidenträger 14 ein Werkzeug 10, das eine präzise Werkstückbearbeitung mit ausgesprochen hoher Oberflächengüte erreichen lässt.
5 zeigt die Schneide 20 in einer Betrachtungsrichtung auf die Spanfläche. Man erkennt, dass die Schneidkante 26 gerundeten Verlauf aufweist. In Abweichung von der Darstellung gemäß 5 ist es auch möglich, die äußeren Randabschnitte 30 bzw. 32 radial einwärts abfallend auszubilden, wie in 5 durch Strichlinie gezeigt.
Kehrt man zurück zur 4, so erkennt man, dass in Entsprechung der üblichen Definition (in Keilrichtung betrachtet) am Schneidkeil ein Freiwinkel α, ein Keilwinkel β und ein Spanwinkel γ vorgesehen sind, wobei ein positiver Spanwinkel γ eine schneidende Wirkung und ein negativer Spanwinkel γ eine eher schabende Wirkung aufweist.
Zusätzlich zu der Ausrichtung der Schneiden 20 an sich, wie vorstehend erläutert, ist bei dem geschilderten Werkzeug 10 aber eine weitere Besonderheit hervorzuheben. Man erkennt, dass die einzelnen Schneiden 20 auf dem Werkzeug relativ steil ausgerichtet sind. Betrachtet man nochmals das Werkzeug 10 gemäß 1 und stellt man sich vor, dass sich dieses entsprechend Pfeil P um die Längsachse A im Einsatzfall dreht, so erkennt man, dass die Schneiden mit der Schnittrichtung S einen relativ kleinen Winkel σ einschließt. Dies führt dazu, dass eine einzelne Schneide 20 wegen ihrer starken Schrägstellung nur einen relativ schmalen Werkstückbereich bearbeitet. Allerdings kann mit einer derart steilen Ausrichtung der einzelnen Schneiden bei einer entsprechend hohen Anzahl von gestaffelt am Schneidenträger 14 angeordneten Schneiden 20 ein qualitativ äußerst hochwertiges Bearbeitungsergebnis erreicht werden, das in der Regel keinerlei Nachbearbeitung am Werkstück erfordert.
Insgesamt zeichnet sich das mit Bezug auf 1 bis 5 beschriebene Werkzeug also dadurch aus, dass es eine Vielzahl von nachträglich am Werkzeugträger 14 angebrachten Schneiden 20 aufweist. Diese sind im Rahmen eines bestimmen Toleranzbereichs mehr oder weniger in ihrer Solllage positioniert. Ferner sind diese Schneiden zum Erreichen eines geeigneten Spanwinkels bezüglich der Außenumfangsfläche des Schneidenträgers 14 geneigt und bezüglich der zu erreichenden Schnittrichtung schräg ausgerichtet sind, vorzugsweise mit einem Winkel von (kleiner) größer als 45°. Schließlich müssen diese Schneiden einen auf das zu bearbeitende Material abgestimmten Freiwinkel aufweisen, um gute Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.
Zur Bearbeitung der einzelnen Schneiden 20 bei erstmaliger Herstellung des Werkzeugs 10 aber auch beim Schärfen des Werkzeugs 10 soll unter Bezugnahme auf 4 und 5 aber auch auf die vereinfachte Darstellung gemäß 6 eingegangen werden. Insbesondere in 4 erkennt man, dass neben der an sich schon komplexen Anordnung der einzelnen Schneiden auf dem Schneidenträger 14 die in 4 gezeigte Schneide 20 noch dazu relativ zu dem Schneidenträger geneigt ist. Dadurch erhält man den Spanwinkel γ, der je nach Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks größer oder kleiner, zum Teil sogar im negativen Bereich gewählt werden kann. Darüber hinaus weisen die Schneiden zur Erzielung hochwertiger Bearbeitungsergebnisse je nach zu bearbeitendem Material an ihrer Freifläche 24 den gegenüber der umhüllenden Mantelfläche des Werkzeugs 10 zu bestimmenden Freiwinkel α auf. Dieser Freiwinkel α (und dadurch auch der Spanwinkel und Keilwinkel) kann unterschiedlich definiert werden, wie im Folgenden noch im Detail erläutert werden wird. In 4 ist der Freiwinkel beispielhaft gezeigt, wobei dieser bezüglich einer Tangente an die Schneidkante 26 der Schneide 20 gemessen wird, wobei diese Tangente T im Wesentlichen orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Ebene der Schneidplatte 20 verläuft.
Diese relativ komplexe Gestaltung des Werkzeugs 10 erfordert es, wie vorstehend bereits angedeutet, dass die Schneiden 20 insbesondere an ihrer Freifläche bei der erstmaligen Herstellung des Werkzeugs 10 zum Schärfen nach einer bestimmten Betriebszeit nachbearbeitet werden müssen. Eine Nachbearbeitung der Schneiden an ihrer Freifläche ermöglicht es, die Schneidkante 26 einer einzelnen Schneide 20 in Deckung mit einer zu erzielenden kreiszylindrischen umhüllenden Mantelfläche des Werkzeugs 10 zu bringen. Es soll also vermieden werden, dass einzelne Schneidkanten vollständig oder aber auch nur abschnittsweise radial über diese umhüllende kreiszylindrische Mantelfläche des Werkzeugs 10 hinaus stehen. Wie erwähnt dient diese Bearbeitung auch dazu, den Freiwinkel α einzustellen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass jede Schneide 20 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel noch eine phasenartige zweite Freifläche 34 aufweist, die ebenfalls in entsprechender Weise zu bearbeiten ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Möglichkeit bereit, wie derart komplexe bislang im Stand der Technik noch nicht verbreitete Werkzeuge, die jedoch aufgrund der qualitativ hochwertigen Bearbeitungsergebnisse, die mit diesen Werkzeugen erreicht werden können, zunehmend gefragt sind, erstmals und nach einiger Betriebsdauer verschleißbedingt geschärft werden können. Eine derartige Bearbeitung der Freifläche 24 erfolgt im Stand der Technik üblicherweise mittels einer rotierenden Bearbeitungsscheibe, wobei die Bearbeitungsscheibe quer meist senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Schneide verläuft und an dieser entlang geführt wird. Dies ist exemplarisch in 11 gezeigt, wo die senkrecht zur Zeichenebene gezeigte Schneide 20a, die an einem Schneidenträger 16a angebracht ist, mittels der schematisch gezeigten als Schleif- oder Erodierscheibe ausgebildeten Bearbeitungsscheibe 50a bearbeitet wird. Die Bearbeitung Scheibe 50a verläuft im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Schneide 20a.
Eine solche Bearbeitung lässt sich bei herkömmlichen Werkzeugen einfach realisieren, bei denen die Schneidendichte verhältnismäßig gering ist und die Ausrichtung der Schneiden eine solche Heranführung der Bearbeitungsscheibe 50a zulassen. Wie man aber unschwer in 1 erkennt, ist aufgrund der hohen Schneidendichte und der Ausrichtung der einzelnen Schneiden 20 auf dem Schneidenträger 14 dieses neuartigen Werkzeugs 10 eine derartige Bearbeitung mit einer entsprechend großen Bearbeitungsscheibe nur in begrenztem Ausmaß möglich, weil die nahe aneinanderliegenden einzelnen Schneiden 20 Störkonturen bilden, die eine entsprechende Bearbeitung einer einzelnen Schneide, beispielsweise der Schneide 20 ₅ wie in 5 gezeigt, behindern würden. Man stelle sich vor, die verhältnismäßig große Bearbeitungsscheibe 50a gemäß 11 würde in entsprechender Weise an die Schneide 20 ₅ gemäß 2 herangeführt werden. Es wäre unmöglich, diese Schneide 20 ₅ mit dieser Bearbeitungsmethode zu bearbeiten, ohne etwa die benachbarte Schneide 20 ₆ oder die daneben liegende Schneide 20 ₃ zu beschädigen.
Die vorliegende Erfindung geht hier einen anderen Weg, wie in 7 und 8 gezeigt. Statt der Heranführung der Bearbeitungsscheibe 50a gemäß 11 sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Bearbeitungsscheibe im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsrichtung der gerade bearbeiteten Schneide 20 an das zu bearbeitende Werkzeug 10 herangeführt wird. Betrachtet man beispielsweise 7 und die dort gezeigte Schneide 20 ₇, so erkennt man, dass eine Bearbeitungsscheibenanordnung 50 mit zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Bearbeitungsscheiben 52 und 54 eingesetzt wird. Die Bearbeitungsscheibe 52 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und besitzt einen Kegelwinkel κ₅₂ von 5 bis 45°, so dass die Außenumfangsfläche der Bearbeitungsscheibe 52 relativ zu einer horizontalen Drehachse bei horizontaler Ausrichtung um den Winkel κ₅₂/2 von 2,5° bis 22,5° verläuft. Dieser Keilwinkel des Bearbeitungswerkzeuges hängt von der Schneidenanordnung ab und dadurch von der Zugänglichkeit zu den einzelnen Schneiden für das Bearbeitungswerkzeug.
Die Bearbeitungsscheibe 54 ist in gleicher Weise jedoch komplementär geneigt als Kegelstumpf ausgebildet. Zur Bearbeitung der Schneide 207 wird die Bearbeitungsscheibenanordnung 50 mit der Bearbeitungsscheibe 52 an die Freifläche der Schneide 20 ₇ herangeführt. Die Bearbeitungsscheibe 52 wird so mit ihrem tiefsten Bereich an ihrer Außenumfangsfläche entlang der Freifläche der Schneide 20 ₇ geführt, so dass eine Kollision mit Störkonturen, die von benachbarten Schneiden gebildet werden, ausgeschlossen ist. Vorteilhaft ist bei der Gestaltung der Bearbeitungsscheibe 52, dass deren aufgrund der Kegelstumpfform um den Winkel κ₅₂/2 geneigte Außenumfangsfläche ausgenutzt werden kann, um die Freifläche mit dem gewünschten Freiwinkel zu bearbeiten. Die kegelstumpfförmige Ausbildung der Bearbeitungsscheibe 52 macht es möglich, dass die gesamte Bearbeitungsscheibenanordnung 50 – wenn überhaupt – während der Bearbeitung der Freifläche nur geringfügig geneigt werden muss. Ist der Freiwinkel α in etwa gleich der Neigung der Kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche κ₅₂/2, so ist eine Neigung der Bearbeitungsscheibenanordnung 50 überhaupt nicht erforderlich. Bei einer Abweichung des Freiwinkels α von den Neigungswinkel κ₅₂/2 muss die Bearbeitungsscheibe (52) 10 entsprechend geneigt werden. 8 veranschaulicht dies exemplarisch für die Schneide 20, deren Freifläche 24 mit der Bearbeitungsscheibe 54 bearbeitet wird. Die Außenumfangsfläche 58 ist wiederum um den Neigungswinkel κ₅₄/2 geneigt ist. Je nach Neigung der Freifläche 24, d. h. je nach Freiwinkel α muss die Bearbeitungsscheibenanordnung 50 mit den beiden Bearbeitungsscheiben 52 und 54 mehr oder weniger stark geneigt werden.
Eine solche Bearbeitung hat den Vorteil, dass der Freiwinkel α relativ einfach eingestellt und auch im Verlauf entlang der Schneidkante 26 bzw. der Freifläche 24 nahezu beliebig verändert werden kann. Die Veränderung entlang der Schneidkante 26 ist unter geringem Aufwand dadurch möglich, dass die jeweils angreifende Bearbeitungsscheibe 52 oder 54 auf ihrem Weg entlang der Freifläche 24 mehr oder weniger stark geneigt wird. Auch erlaubt diese Ausrichtung der Bearbeitungsscheibe 52 oder 54, dass die Kontur der Schneidkante 26 auf ihrem Verlauf bearbeitet werden kann, so dass sich beispielsweise ein Konturverlauf ergibt, wie er in 5 in den äußeren Bereichen der Schneide 20 mit Strichlinien gezeigt ist.
Die Verwendung einer Bearbeitungsscheibenanordnung 50 gemäß 7 und 8 hat den weiteren Vorteil, dass die unterschiedlich geneigten Schneiden 20, wie etwa die Schneiden 20 ₅ und 20 ₆, deren Spanflächen konvergieren, relativ einfach bearbeitet werden können, ohne dass starke Schwenkbewegungen der Bearbeitungsscheibenanordnung 50 oder gar ein Umspannen des Werkzeugs erforderlich sind. Für die Schneide 20 ₅ wird beispielsweise die Bearbeitungsscheibe 54 verwendet, wohingegen für die Schneide 20 ₆ die Bearbeitungsscheibe 52 verwendet wird. Es sind somit nur relativ geringe Schwenkbewegungen der Bearbeitungsscheibenanordnung 50 erforderlich, was die Effizienz einer Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht. Dabei kommt die Verwendung der beiden kegelstumpfförmig ausgebildeten Bearbeitungsscheiben 52 und 54 mit komplementären Neigungswinkeln der Bearbeitung der konvergierenden Schneiden 20 ₅ und 20 ₆ mit ihren unterschiedlich geneigten Freiflächen entgegen.
Wendet man sich der Durchführung der einzelnen Bearbeitung zu, so ist für das erfindungsgemäße Verfahren im Einzelnen unter Bezugnahme auf 6 folgendes festzustellen:
Die vereinfachte Darstellung gemäß 6 zeigt einen Schneidenträger 114, an dem drei einzelne Schneiden 120 ₁, 120 ₂ und 120 ₃ angebracht sind. Die Schneiden 120 ₁, 120 ₂ und 120 ₃ sind, wie vorstehend für das Werkzeug 10 beschrieben, relativ steil zur Schnittrichtung (bei Drehung des Werkzeugs um die Drehachse A) angeordnet. Sie weisen einen entsprechenden Freiwinkel an ihrer Freifläche 124 ₁, 124 ₂ und 124 ₃ auf und sind sozusagen nach vorne geneigt bzw. „gekippt”.
Zur Bearbeitung der Freifläche ist zunächst festzustellen, welcher Freiwinkel gewählt werden soll. Hierfür gibt es erfindungsgemäß zwei Varianten zur Bestimmung des Freiwinkels. Die erste Variante zur Bestimmung des Freiwinkels bezieht sich auf die Schnittrichtung. Dies wird anhand der Schneide 124 ₃ erläutert. Die Schnittrichtung wird bestimmt durch die Drehrichtung des Werkzeugs 110 im Einsatzfall, und ist in 6 durch den Pfeil P gekennzeichnet. Dementsprechend ergibt sich an einem beliebig gewählten Bezugspunkt, hier der in der Mitte der Schneidkante 126 ₃ gewählte Bezugspunkt B₃ ein Vektor S, der die Schneidrichtung anzeigt. Entlang dieses Vektors S bewegt sich der Bezugspunkt B an der Schneidkante 126 ₃ im Augenblick eines Schnittvorgangs bei Ausrichtung der Werkzeugs 110 gemäß der Darstellung in 6. Durch den Bezugspunkt B wird sodann eine Tangente U₃ an die gedachte umhüllende Mantelfläche des Werkzeugs 110 gelegt, wobei die Tangentenrichtung durch die Richtung des Vektors S vorgegeben ist, wie in 6 gezeigt. Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Freiwinkel α₁ bezüglich dieser Tangente gemessen wird, wie in 6 für die Schneide 126 ₃ gezeigt.
Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, eine andere Freiwinkeldefinition zu wählen, die in 6 exemplarisch an der Schneide 120 ₁ veranschaulicht ist. Wählt man wiederum einen Bezugspunkt B₁ etwa in der Mitte der Schneide 120 ₁ und legt an diesen Bezugspunkt eine Tangente an die Schneidkante 126 ₁, die mit der Erstreckungsebene der Spanfläche 128 ₁ zusammenfällt, so erhält man die Tangente U₁ Legt man nun eine weitere Tangente an die gedachte umhüllende Mantelfläche in dem Punkt B₁ senkrecht zu der Tangente U₁ und bezeichnet diese Tangente mit U₂, so lässt sich der Freiwinkel auch bezüglich dieser Tangente U₂ bestimmen, gezeigt in 6 anhand des Winkels α₂.
Beide Bestimmungsmethoden für den Freiwinkel der Freiflächen 124 ₃ oder 124 ₁ führen zu geeigneten Bearbeitungsergebnissen. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Freiflächenbearbeitung in Abhängigkeit beider Freiwinkelbestimmungen.
Darüber hinaus ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung vorsieht, wie vorstehend bereits angedeutet, dass vor der Bearbeitung des Werkzeugs eine Vermessung, insbesondere eine Vermessung der einzelnen Schneiden 120 ₁, 120 ₂ und 120 ₃ bzw. sämtlicher Schneiden 20 des Werkzeugs 10 erforderlich ist. Dabei können zunächst Punkte vermessen werden, die auf der Spanfläche liegen. Ein Bezugspunkt ist beispielsweise der im Wesentlichen mittige Bezugspunkt B₁ bzw. B₃. Alternativ ist es aber auch möglich, wie für die Schneide 120 ₂ gezeigt, dass auf der Spanfläche 128 ₂ eine Serie von Bezugspunkten B_n bis B_m abgetastet wird, sei es taktil oder berührungslos (optisch), um so die tatsächliche Lage und Ausrichtung der Schneide 120 ₂ zu bestimmen und daraus dann die kinematischen Voraussetzungen für die Bewegung der Bearbeitungsscheibenanordnung 50 zur Bearbeitung der Schneide 120 ₂ festzulegen. An den jeweiligen Bezugspunkten B_n bis B_m lassen sich beispielsweise orthogonale Flächenvektoren bestimmen. Auch ist es möglich, die verschiedenen Bezugspunkte B_n bis B_m entlang einer Linie, eines Bogens oder räumlich verteilt auf der Spanfläche 128 ₂ zu legen. Eine größere Anzahl von Bezugspunkten B_n bis B_m erlaubt eine exaktere Bestimmung des Schneidenverlaufs und damit auch eine exaktere Bearbeitung der Freifläche, vergrößert aber auch den Aufwand der Vermessung und die Datenauswertung.
9 und 10 zeigen jeweils optische Bedienungsoberflächen, wie sie bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können. In 9 ist eine Abwicklung des Werkzeugs 10 gemäß 1 gezeigt, wie sie in einer Bedienungsoberfläche dargestellt ist. Man erkennt in Hochrichtung die jeweilige Winkelposition von 0 bis 360° der Abwicklung sowie in Querrichtung die axiale Position. Insgesamt sind zehn Reihen 1, 2, ..., 10 in axialer Richtung vorgesehen. Auf den Reihen 1, 2, 3, 4 sind jeweils über den gesamten Umfang vier Schneiden mit zueinander paralleler Ausrichtung bzgl. der Achsrichtung A vorgesehen, jedoch axial zueinander versetzt. Auf den Reihen 5, 6, 7 und 8 sind dementsprechend ebenfalls jeweils vier Schneiden 20 vorgesehen, jedoch entgegengesetzt geneigt bzgl. der Achsrichtung A. Dadurch erhält man ein Raster von insgesamt 32 Schneiden auf der Außenumfangsfläche des Werkzeugs 10. Man erkennt in der Abwicklung gemäß 9 die hohe Schneidendichte des Werkzeugs 10.
Die graphische Bedienungsoberfläche, wie sie in 9 gezeigt ist, erlaubt es nun, dass relativ einfach einzelne Schneiden oder Schneidengruppen zur Bearbeitung ausgewählt werden können und so eine Zeit sparende effiziente Reihenfolge der Schneidenbearbeitung bestimmt wird. So ist es beispielsweise möglich, zunächst die beiden oberen Schneiden 20 ₅ und 20 ₆ nacheinander, sozusagen von links nach rechts, zu bearbeiten und die vertikal weiter unten liegenden Schneiden in der Abwicklung gemäß 9 danach zu bearbeiten in jeweils entgegengesetzter Richtung. Man würde eine Art „serpentinenartige” Bearbeitung auf der Abwicklung festlegen.
Gleichermaßen ist es möglich, beispielsweise immer entlang der Umfangslinien 1 bis 8 im Rahmen einer Bearbeitung vorzugehen. Im diesem Fall wird das Werkzeug während der Bearbeitung jeweils um 90° weitergedreht, um auf einer Umfangslinie liegende Schneiden sequentiell zu bearbeiten. Nach Abarbeitung aller vier Schneiden auf einer derselben Linie, beispielsweise der Schneiden 20 ₈, 20 ₉, 20 ₁₀ und 20 ₁₁ auf der Umfangslinie 1, beginnt dann nach einer vollen Umdrehung des Werkzeugs 10 die Bearbeitung der auf den nächsten Umfangslinie 2 liegenden Schneiden 20 ₁₂, 20 ₁₃, 20 ₁₄ und 20 ₁₅. Sodann erfolgt die Bearbeitung der Schneiden 20 ₆ ff. auf der Umfangslinie 3, etc. Sobald die Bearbeitung der Schneide 20 ₅ erfolgt, ist ein Verschwenken und ein Übergang auf die Bearbeitungsscheibe 54 erforderlich.
10 zeigt verschiedene Bearbeitungssymbole der graphischen Bedienungsoberfläche, wobei das Symbol 60 die Werkstücklänge darstellt, das Symbol 62 den Tastabstand, das Symbol 64 die Schneidenlänge und das Symbol 66 den Freifahrweg. Diese Symbole können auf einer graphischen Bedienungsoberfläche eines berührungssensitiven Bildschirms oder als Knöpfe implementiert sein.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Verfahren und eine computergesteuerte Bearbeitungsvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem auch äußerst komplexe Werkzeuge, wie sie beispielsweise in 1 und 6 gezeigt sind, mit großer Schneidendichte trotz vielzähliger Störkonturen zuverlässig und mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden können. Dies zahlt sich insbesondere bei derartigen Werkzeugen aus, welche in der Herstellung aufwändig und in der Anschaffung daher kostenintensiv sind und deshalb möglichst lange eingesetzt werden sollten, was eine regelmäßig Schärfung erfordert.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten des Freiwinkels (α) von auf einem rotierenden Schneidenträger (14) angeordneten Schneiden, wobei der Schneidenträger (14) eine Längsachse (A) aufweist, um die der Schneidenträger (14) zur Bearbeitung von Werkstücken drehantreibbar ist, wobei an einem Umfangsbereich des Schneidenträgers (14) eine Mehrzahl von im wesentlichen planaren Schneiden (20) angebracht ist, die von dem Schneidenträger (14) in radialer Richtung vorstehen und jeweils eine nach radial außen weisende Freifläche (22) aufweisen, die von einer Schneidkante (26) begrenzt ist, wobei die Schneidkanten (26) eine gemeinsame rotationssymmetrische, den Schneidenträger (14) umhüllende Mantelfläche definieren, wobei wenigstens eine der Schneiden (20) bei einer Projektion in radialer Richtung auf eine die Längsachse (A) enthaltende Projektionsebene in einem Achswinkel von größer als 45° relativ zu der Längsachse (A) geneigt ist, wobei bei dem Verfahren eine um eine Drehachse drehangetriebene Bearbeitungsscheibe (50) verwendet wird, die rotierend mit ihrer Außenumfangsfläche in Bearbeitungskontakt mit der Freifläche (22) einer der Schneiden (20) gebracht wird, wobei die Bearbeitungsscheibe (52, 54) und der Schneidenträger (14) während der Bearbeitung derart relativ zueinander verlagert werden, dass die Drehachse der rotierenden Bearbeitungsscheibe (52, 54) im Wesentlichen orthogonal zu einer Tangente an die Schneidkante (26) am Ort des aktuellen Bearbeitungskontakts verläuft und dass die Schneidkante (26) nach der Bearbeitung im Wesentlichen auf der Mantelfläche liegt, wobei der Freiwinkel (α) an jedem Punkt der Schneidkante (26) frei wählbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (α) zwischen Freifläche (22) und einer Tangente an die Mantelfläche an einem der Punkte der Schneidkante (26) bestimmt wird, wobei die Tangente im wesentlichen in Schnittrichtung (S) des Schneidenträgers (14) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (α) zwischen Freifläche (22) und einer Tangente an die Mantelfläche an einem der Punkte der Schneidkante (26) bestimmt wird, wobei die Tangente im wesentlichen in Richtung orthogonal zur Ebene der aktuell bearbeiteten Schneide (20) des Schneidenträgers (14) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Freiwinkels (α) in Schnittrichtung (S) oder orthogonal zur Ebene der aktuell bearbeiteten Schneide (20) des Schneidenträgers (14) auswählbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schneiden (20) relativ zur radialen Richtung des Schneidenträgers (14) geneigt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schneiden (20) eine Schneidkante (26) mit einem mittleren Bereich und zwei stetig zu dem mittleren Bereich gekrümmten Randbereichen (32, 32) aufweist, wobei der mittlere Bereich der Schneidkante (26) auf der Mantelfläche liegt und wobei die Randbereiche (30, 32) radial innerhalb der Mantelfläche verlaufen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsscheibe (52, 54) von einer Schleifscheibe oder einer Erodierscheibe gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsscheibe (52, 54) mit wenigstens einer kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche (56, 58) ausgebildet ist, wobei der Kegelwinkel zur Bearbeitung der Freifläche (22) derart genutzt wird, dass die Bearbeitungsscheibe (52, 54) zur Erzeugung des Freiwinkels (α) aus einer Ausgangsstellung um einen Kippwinkel verkippt wird, der kleiner ist als der Freiwinkel (α) an dem aktuell bearbeiteten Punkt der Freifläche.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsscheibe (52, 54) eine Doppelscheibe umfasst, mit zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Kegelstumpfflächen (56, 58).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Bearbeitung auf jeder Schneide (20) ein Ausgangspunkt oder Bezugspunkt mit einem vorbestimmten Freiwinkel (α) definiert wird, wobei die Bearbeitung der Freifläche (22) mit Bezug auf den Bezugspunkt und dessen Freiwinkel (α) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Bearbeitungsschritte zur Bearbeitung des Schneidenträgers (14) eine planare graphische Abwicklung der Außenumfangsfläche des Schneidenträgers (14) auf einer graphischen Bedienungsoberfläche erzeugt wird, auf der sämtliche der zu bearbeitenden Schneiden (20) des Schneidenträgers (14) und ihr jeweiliger Achswinkel erkennbar sind, wobei über die graphische Bedienungsoberfläche einzelne Schneiden (20) auswählbar sind und hinsichtlich der Bearbeitung, insbesondere der zeitlichen Abfolge der Bearbeitung, sowie der Bearbeitungskinematik spezifizierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitung einzelner Schneiden (20) in horizontalen oder vertikalen Reihen entlang der Abwicklung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne ausgewählte oder jede der zu bearbeitenden Schneiden (20) an ihrer Spanfläche vor der Bearbeitung berührend oder berührungslos vermessen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsscheibe (52, 54) relativ zu der aktuell bearbeiteten Schneide (20) oszillierend bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (26) der Schneiden (20) auf verschiedenen radialen Niveaus angeordnet sind und wenigstens zwei umhüllende Mantelflächen definieren.
Computergesteuerte Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Mehrachsbearbeitungsmaschine, mit einer Steuerung in der das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche implementiert ist.