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Die Erfindung betrifft einen Umfangsstabmesserkopf der auf CNC Maschinen mit automatisiertem Werkzeugwechsel eingesetzt werden kann.
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Im Stand der Technik sind Umfangsstabmesserköpfe mit den unterschiedlichsten Stabmessern ausgestattet. Diese weisen entweder einen teilweise runden und teilweise ebenen, wie beispielsweise einen halbkreisförmigen, oder einen prismatischen, wie beispielsweise einen rechteckigen, oder auch einen trapezförmigen Schaftquerschnitt auf.
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Die unterschiedlichen Stabmesserschaftquerschnitte sind bei den Bauformen des Standes der Technik stets in unterschiedlichen Umfangsstabmesserkopfgrundkörpern angeordnet, deren Messerkammern einen dem jeweiligen Schaftquerschnitt zugeordneten Messerkammerquerschnitt aufweisen. Im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper sind diese dem jeweiligen Schaftquerschnitt zugeordneten Messerkammern entweder radial, oder zum Radius tangential leicht geneigt, d.h. entweder rechtwinklig zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle oder zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle tangential leicht geneigt, angeordnet. In der Regel haben diese Umfangsstabmesserköpfe ein hohes Gewicht (größer 10 kg) und einen großen Außendurchmesser (größer 150 mm), wodurch diese nicht auf kleinen bis mittelgroßen CNC Maschinen mit automatisierten Werkzeugwechsel eingesetzt werden können.
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Neben diesen vg. Umfangsstabmesserköpfen werden im Stand der Technik auch Umfangsmesserköpfe mit kleinen Außendurchmessern, in der Bauform von monolithischen Umfangsmesserköpfen vorbeschrieben. Derartige monolithische Umfangsmesserköpfe werden insbesondere bei der Herstellung von Zahnrädern auf universellen CNC Maschinen mit automatisierten Werkzeugwechsel eingesetzt.
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Von der Anmelderin wurde in einem der Ausführungsbeispiele zur
DE 10 2007 049 057 A1 eine Bauform eines solchen monolithischen Umfangsmesserkopfes vorbeschrieben.
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Bei diesen monolithischen Umfangsmesserköpfen werden die Messer und Messerträger einstückig aus einem Rohling gefertigt. Daher haben diese monolithischen Umfangsmesserköpfe den Nachteil, dass deren Fertigung ab einem Außendurchmesser von größer ca. 127 mm (5 Zoll) wegen der hohen Materialkosten unwirtschaftlich wird. Ein weiterer Nachteil dieser monolithischen Umfangsmesserköpfe besteht darin, dass das Auswechseln eines einzelnen Messers, beispielsweise bei einem Messerbruch oder bei sehr großem Verschleiß, nicht möglich ist.
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Daher bestimmt bei monolithischen Umfangsmesserköpfen stets das Messer mit dem größten Verschleiß zwangsläufig den beim Nachschleifen erforderlichen Abtrag an allen anderen Messern des monolithischen Umfangsmesserkopfes.
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Dadurch treten bei der Instandsetzung von monolithischen Umfangsmesserköpfen auch stets hohe Instandhaltungskosten und hohe Materialverluste auf, die zwangsläufig einen hohen Instandsetzungsaufwand erfordern. Daher ist der Einsatz von monolithischen Bauformen in der Zahnradfertigung nur bei sehr geringen Losgrößen sinnvoll.
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Zudem wurde von der Anmelderin in der
DE 10 2015 115 548 A1 ein Umfangsstabmesserkopf vorbeschrieben, welcher zur radialen Fixierung der Stabmesser Justierschrauben aufweist.
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Neben den Fertigungskosten besteht ein weiterer sehr wesentlicher Nachteil dieser Bauform darin, dass die zwingend erforderliche Baugröße, um ein Justieren der Stabmesser von innen zu ermöglichen, einen Durchmesser von größer als 150 mm aufweisen muss. Die in der
DE 10 2015 115 548 A1 eingesetzten Messerköpfe weisen ein Werkzeuggewicht von größer 10 kg auf, so dass der Einsatz nur auf „großen“ Werkzeugmaschinen möglich ist.
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Eine weitere Bauform eines Umfangstabmesserkopfes ist aus der
US 2016/0175950 A1 bekannt.
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Bei dieser Bauform besteht ein wesentlicher Nachteil darin, dass die Klemmung der Stabmesser nach einem sehr aufwändigen Tellerfederprinzip erfolgt, wodurch ein axiales Feinjustieren über zwei Spannschrauben nicht mehr möglich ist. Die Stabmesser müssen bei dieser Lösung mit aufwändigen Hilfseinrichtungen justiert werden, wobei zudem zum „Entklemmen“ zusätzliche Hilfseinrichtungen, wie Abdrückschrauben, erforderlich werden.
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Die Lehre nach der
US 2016/0175950 A1 wurde nur für den prismatischen Messerquerschnitt konzipiert und erfordert den Einsatz von langen Stabmessern mit langen Einspannlängen.
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Die asymmetrische Anordnung der Stabmesser im Messerkopfgrundkörper schränkt den Einsatz anderer Bauformen von Stabmessern deutlich ein, so dass eine symmetrische Schneidenanordnung, z.B. 20°/20°, wie bei Standardprofilen, nicht möglich ist.
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Diese vorbeschriebene Bauform ist wegen des aus der Bauform resultiernden Gewichtes nur auf Spezialmaschinen des Anmelders dieser Patentanmeldung einsetzbar.
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Zudem muss bei der Instandsetzung der eingesetzten Stabmesser stets die Spanfläche geschliffen und auch stets nachbeschichtet werden.
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Ein anderes Spannprinzip für die Stabmesser wird in der
US 2019/0022779 A1 beschrieben. Diese dort offenbarte Lehre bezieht sich jedoch ausschließlich auf Stirnstabmesserköpfe und erfordert stets ein aufwändiges Justieren nach dem Einbau. Die bei dieser Lösung als Abstandshalteblöcke in unterschiedlichen Dicken eingesetzten doppelprismatischen Unterlegplatten erfordern auf Grund ihrer geometrischen Gestalt und Anordnung eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit mit hohen Fertigungskosten.
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Ein weiterer Stabmesserkopf für Rechteck-Stirnstabmesser wurde in der
US 6 398 467 B1 vorbeschrieben.
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Das wesentliche Merkmal dieser in der
US 6 398 467 B1 offenbarten Lehre besteht in der einteiligen Messerkopfgrundkörperausführung, bei der die Messerkammern durch Erodieren erzeugt werden.
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Die Herstellung der Messerkammern in Umfangs-Stabmesserköpfen ist durch Erodieren nicht möglich bzw. verfahrenstechnisch zu kostenintensiv.
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Von der Anmelderin wurde in der
DE 10 2019 002 514 A1 neben einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Schleifen/Nachschleifen von Schneidköpfen der Stabmesser für Stirnstabmesserköpfe auch ein Verfahren zum Schleifen/Nachschleifen von Schneidköpfen der Stabmesser für Umfangsstabmesserköpfe vorbeschrieben. Dieses in der
DE 10 2019 002 514 A1 vorbeschriebene Verfahren zum Schleifen/Nachschleifen von Schneidköpfen der Stabmesser für Umfangsstabmesserköpfe wird auch bei den nachfolgend beschriebenen Umfangsstabmesserköpfen Einsatz finden.
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung einen Umfangsstabmesserkopf mit einem kostengünstig herstellbaren, fertigungstechnisch einfachen Umfangsstabmesserkopfgrundkörper zur Aufnahme von unterschiedlichen Stabmessern mit kurzer Gesamtlänge, die entweder einen teilweise runden und teilweise ebenen, wie beispielsweise einen halbkreisförmigen, oder einen prismatischen, wie beispielsweise einen rechteckigen, oder auch einen trapezförmigen Schaftquerschnitt aufweisen, zu entwickeln, die in kostengünstig zu fertigende Messerkammern so angeordnet sind, dass diese Messerkammern den jeweiligen Umfangsstabmesserkopfgrundkörper (wie im Stand der Technik üblich) entweder radial, oder zum Radius tangential leicht geneigt, d.h. entweder rechtwinklig zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle oder zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle tangential leicht geneigt, durchdringen, wobei all die unterschiedlichen Stabmesserschäfte kostengünstig axial, und auch radial im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper so fixiert werden sollen, dass die Stabmesserspitzen der jeweils eingesetzten Stabmesser auf einem oder mehreren zur Antriebswelle radial angeordneten Messerkreisen liegen, deren Außendurchmesser im Bereich von 120 mm bis maximal 150 mm liegen soll/sollen und deren aktive Schneiden nach dem Schleifen im eingespannten Zustand (z.B. nach
DE 10 2019 002 514 A1 ) eine Rundlaufgenauigkeit von kleiner 0,01 mm aufweisen, wobei der zu entwickelnde neuartige Umfangsstabmesserkopf gleichzeitig ein Gewicht von unter 8 kg aufweisen soll, so dass dieser neuartige Umfangsstabmesserkopf insbesondere auf kleineren und mittelgroßen universellen CNC Maschinen mit automatisiertem Werkzeugwechsel, sowohl in der Holzbearbeitung, beispielsweise zum Fräsen von Profilen, aber auch in der Metallbearbeitung, unter anderem auch in der Zahnradfertigung, z.B. zur Fertigung von Kegelrädern, Zahnwellenprofilen, Schnecken, Kettenräder und Stirnrädern, eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Umfangsstabmesserkopf nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung der vier erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zeichnerischen Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
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Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Es zeigen dabei:
- 1: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem in einer Messerkammer 5 als Stabmesser 7 eingesetzten Rechteckstabmesser in einer räumlichen Explosivdarstellung;
- 1: die Seitenansicht des in 1 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand;
- 1: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei A - A gemäß 1;
- 1: die Draufsicht des in 1 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand;
- 1: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei B - B gemäß 1;
- 1: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei C - C gemäß 1;
- 1: das im ersten Ausführungsbeispiel Einsatz findenden Rechteckstabmesser in einer räumlichen Darstellung;
- 1: das in der 1 dargestellte Rechteckstabmesser in der Seitenansicht;
- 1: das gemäß 1 im ersten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Positionierstück 33 in einer räumlichen Darstellung;
- 1.10: das gemäß 1 im ersten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Spannelement 9 in einer räumlichen Darstellung;
- 2: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit zwei in einer Messerkammer 5 als Stabmesser 7 eingesetzten Rechteckstabmesser, einem Innenstabmesser 43 und einem Außenstabmesser 44 in einer räumlichen Explosivdarstellung;
- 2: die Seitenansicht des in 2 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand in der Seitenansicht;
- 2: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt durch die Außenstabmesser 44 bei A - A gemäß 2;
- 2: die Draufsicht des in 2 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand;
- 2: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei B - B gemäß 2;
- 2: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei C - C gemäß 2;
- 2: eines der im zweiten Ausführungsbeispiel Einsatz findenden Rechteckstabmesser in einer räumlichen Darstellung;
- 2: das in der 2 dargestellte Rechteckstabmesser in der Seitenansicht;
- 2: das gemäß 2 im zweiten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Positionierstück 33 in einer räumlichen Darstellung;
- 2.10: das gemäß 2 im zweiten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Spannelement 9 in einer räumlichen Darstellung;
- 2.11: die gemäß 2 im zweiten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Distanzplatte 40 in einer räumlichen Darstellung;
- 3: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 in einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem in einer Messerkammer 5 als Stabmesser 7 eingesetzten Halbrundstabmesser in einer räumlichen Explosivdarstellung;
- 3: die Seitenansicht des in 3 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand in der Seitenansicht;
- 3: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei A - A gemäß 3;
- 3: die Draufsicht des in 3 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand;
- 3: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei B - B gemäß 3;
- 3: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei C - C gemäß 3;
- 3: eines der im dritten Ausführungsbeispiel Einsatz findenden Halbrundstabmesser in einer räumlichen Darstellung;
- 3: das in der 3 dargestellte Halbrundstabmesser in der Seitenansicht;
- 3: das gemäß 3 im dritten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Positionierstück 33 mit einseitig angeordnetem Auflagekeil 41 in einer räumlichen Darstellung;
- 3.10: das gemäß 3 im dritten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Spannelement 9 mit einseitig angeordnetem Auflagekeil 41 in einer räumlichen Darstellung;
- 4: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 in einem vierten Ausführungsbeispiel mit zwei unterschiedlichen als Stabmesser 7 im erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 eingesetzten Prismastabmessern, einem Innenstabmesser 43 und einem Außenstabmesser 44 in einer räumlichen Explosivdarstellung;
- 4: die Seitenansicht des in 4 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand in der Seitenansicht;
- 4: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei A - A gemäß 4;
- 4: die Draufsicht des in 4 räumlich dargestellten erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes 1 im Endmontagezustand;
- 4: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei B - B gemäß 4;
- 4: den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf 1 im Schnitt bei C- C gemäß 4;
- 4.i: des im vierten Ausführungsbeispiel Einsatz findenden Innenstabmesser 43 in einer räumlichen Darstellung;
- 4.a: des im vierten Ausführungsbeispiel Einsatz findenden Außenstabmesser 44 in einer räumlichen Darstellung;
- 4.i: das in der 4.i dargestellte Innenstabmesser 43 in der Seitenansicht;
- 4.a: das in der 4.a dargestellte Außenstabmesser 44 in der Seitenansicht;
- 4.i: das gemäß 4 im vierten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Innenstabmesserpositionierstück 33i für Innenstabmesser 43 mit einem Innenstabmesserauflageprisma 45 in einer räumlichen Darstellung;
- 4.a: das gemäß 4 im vierten Ausführungsbeispiel Einsatz findende Außenstabmesserpositionierstück 33a für Außenstabmesser 44 mit einem Außenstabmesserauflageprisma 46 in einer räumlichen Darstellung;
- 4.10.i: das gemäß 4 im vierten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Innenstabmessern 43 Einsatz findende planparallele Innenstabmesserspannelement 9i in einer räumlichen Darstellung;
- 4.10.a: das gemäß 4 im vierten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Außenstabmessern 44 Einsatz findende planparallele Außenstabmesserspannelement 9a in einer räumlichen Darstellung.
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In den 1, 2.1, 3.1, und 4.1 ist der erfindungsgemäße Umfangsstabmesserkopf 1 in vier unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt, wobei in jedem der Ausführungsbeispiele jeweils unterschiedliche, d.h. verschiedenartige Stabmesser 7 eingesetzt sind. An dieser Stelle ist anzumerken, dass alle in den Ausführungsbeispielen dargestellten Werkzeuge als rechtsdrehende Werkzeuge ausgeführt sind. Linksdrehende Werkzeuge sind (wie allgemein üblich) selbstverständlich spiegelbildlich aufgebaut und wären analog zu betrachten.
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In den beiden ersten Ausführungsbeispielen (siehe die Figurenfolge 1.X und 2.X) ist der jeweilige Umfangsstabmesserkopf 1 mit Rechteckstabmessern, im dritten Ausführungsbeispiel (siehe die Figurenfolge 3.X) mit Halbrundstabmessern, und im vierten Ausführungsbeispiel (siehe die Figurenfolge 4.X) mit Prismastabmessern bestückt.
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Bei jeder dieser vier Ausführungsbeispiele besteht der erfindungsgemäße Umfangsstabmesserkopf 1 aus einem Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 mit einer Messerkopfaufnahme 3 und einem in dieser angeordneten Mitnehmer 4. In allen Ausführungsbeispielen erfolgt die Messerkopfaufnahme 3 über eine Bohrung mit einem Durchmesser von 32 mm und die axiale Anlage an der hinteren Anlagefläche.
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Das Drehmoment wird stets mittels Formschluss über einen Mitnehmer 4, eine Nut, übertragen.
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In jedem Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 sind nach oben offene Messerkammern 5 angeordnet, welche den Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 gemäß dem Stand der Technik entweder radial oder zum Radius tangential leicht geneigt, d.h. entweder rechtwinklig zur Mittenachse 6 der Werkzeugantriebswelle des Umfangsstabmesserkopfes 1 oder zu dieser Mittenachse 6 der Werkzeugantriebswelle tangential leicht geneigt, durchdringen, wobei in den Messerkammern 5 Stabmesser 7 angeordnet sind, die an in den Messerkammern 5 angeordneten Positionierflächen 8 lagefixiert und mittels Spannelementen 9, gegenüber einem, die nach oben offenen Messerkammern 5 abschließenden, mit Befestigungsschraubendurchgangsbohrungen 10 und Spannschraubengewindebohrungen 11 versehenen, ringzylinderförmigen Umfangsstabmesserkopfdeckel 12, der mittels Befestigungsschrauben 13 die in Befestigungsgewindebohrungen 14, welche in den zwischen den Messerkammern 5 am Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 angeordneten Stegen 15 parallel zur Mittenachse 6 angeordnet sind, mittels der in den Spannschraubengewindebohrungen 11 des Umfangsstabmesserkopfdeckels 12 angeordneten Spannschrauben 16 sind die Stabmesser 7 lagesicher gegen den Umfangsmesserkopfgrundkörper 2 verspannt, wobei dieser so ausgebildete Umfangsstabmesserkopf 1 mittels einer Montageschraube 17, welche in einer im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 entlang der Mittenachse 6 der Werkzeugantriebswelle angeordneten Bohrung, den Umfangsstabmesserkopf 1 mit der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine verspannt.
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Erfindungswesentlich ist, dass im Innern des Umfangsstabmesserkopfes 1 eine Stützbuchse 18, mit einem Stützbuchsengrundkörperzentrierring 19 und einem Stützbuchsendeckelzentrierring 20 und einem zwischen diesen beiden Zentrierringen angeordneten, entsprechend der jeweils Einsatz findenden Stabmesserlänge, im Mantel-/ Außendurchmesser gestufter Anlagezylinder 21, derart angeordnet ist, dass der Stützbuchsengrundkörperzentrierring 19 im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 auf einem Grundkörperstützring 22 in einem Grundkörperzentrierring 23, und der Stützbuchsendeckelzentrierring 20 in einem Deckelzentrierring 24 des Umfangsstabmesserkopfdeckels 12 mit Gleitsitz angeordnet ist, wobei entlang der Mittenachse der Stützbuchse 18 eine Durchgangsbohrung 25 angeordnet ist, über die mittels einer Montageschraube 17 die Stützbuchse 18 zusammen mit dem gesamten Umfangsstabmesserkopf 1 mit der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine verspannt werden kann.
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Dadurch ist eine sichere Übertragung des Antriebdrehmomentes von der Werkzeugantriebswelle auf den Umfangsstabmesserkopf gewährleistet. Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass die am Boden der nach oben offenen Messerkammern 5 angeordneten Positionierflächen 8 rechtwinklig zur Mittenachse 6 des Umfangsstabmesserkopfes 1 und auch rechtwinklig zu den zueinander parallel verlaufenden Seitenwänden 26 der Messerkammern 5 angeordnet sind und in ihrer Längsmittenachse mindestens eine Stiftbohrung 27 aufweisen, wobei gleichzeitig an der Stützbuchse 18, zwischen dem Anlagezylinder 21 und dem Stützbuchsengrundkörperzentrierring 19 ein radial zur Mittenachse der Stützbuchse 18 angeordneter Positionierring 28, und zwischen dem Anlagezylinder 21 und dem Stützbuchsendeckelzentrierring 20 ein Anlagering 29 so angeordnet sind, dass im Endmontagezustand die Ebene des Positionierringes 28 des Stützbuchsengrundkörperzentrierringes 19 die Positionierflächen 8 um mindestens 1 mm in Richtung der Lage der Stabmesser 7 überragt, und zudem die Ebene des Anlageringes 29 des Stützbuchsendeckelzentrierringes 20 auch den Boden 30 des Umfangsstabmesserkopfdeckels 12 um mindestens 1,5 mm in Richtung der Lage der Stabmesser 7 überragt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass in den in den Positionierflächen 8 angeordneten Stiftbohrungen 27 Zylinderstifte 31 mittels Presssitz eingebracht sind, und dass bei im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 montierter Stützbuchse 18 auf die mit Zylinderstiften 31 versehenen Positionierflächen 8 die mit Stiftsitzbohrungen 32 versehenen Positionierstücke 33 so aufgelegt werden, dass die Stiftsitzbohrungen 32 mit Gleitspiel auf die Zylinderstifte 31 so aufgesteckt werden, dass die nach innen gerichteten Endbereiche der Positionierstücke 33 mit Gleitspiel an dem, die Positionierflächen 8 überragenden, Zylindermantel des Stützbuchsengrundkörperzentrierringes 19 anliegen, und dass die Stabmesser 7 auf diesen so auf den Positionierflächen 8 / Positionieranlageflächen 34 exakt lagepositionierten Positionierstücke 33 während der Montage/Instandhaltung sicher ausgerichtet werden können.
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Infolge des erfindungsgemäßen Einsatzes unterschiedlicher, der jeweiligen Stabmesserbauform exakt zugeordneter, auf den Positionieranlageflächen 34 lagesicher fixierter, exakt ausgerichteter Positionierstücke 33 wird gewährleistet, dass die unterschiedlichsten im Stand der Technik üblichen Stabmesserschäfte mittels einfacher, modular aufgebauter, kostengünstig herstell- und montierbarer Positionierstücke 33 so exakt lagepositioniert werden können, dass eine optimale Montage und Instandhaltung möglich ist.
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Gleichzeitig wird erfindungsgemäß gewährleistet, dass die unterschiedlichen Bauformen der Stabmesser 7, die entweder einen teilweise runden und teilweise ebenen, wie beispielsweise einen halbkreisförmigen, oder einen prismatischen, wie beispielsweise einen rechteckigen, oder auch einen trapezförmigen Schaftquerschnitt aufweisen, trotz kurzer Gesamtlängen, in kostengünstig zu fertigende Messerkammern 5 sicher lagepositioniert werden können.
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Die in den vier Ausführungsbeispielen eingesetzten Stabmesserquerschnitte sind mit dem auf dem Markt verfügbaren und in der Praxis bei Stirnstabmesserköpfen bewährten Vollhartmetall-Stirnstabmessern identisch. Erfindungswesentlich ist, dass das Stabmesser 7, an der der Messerspitze 35 gegenüberliegenden Stirnseite eine, im Bereich der Rückenfläche 36 rechtwinklig zur Rückenfläche 36 des Stabmessers angeordnete, 1 bis 3 mm hohe Referenzfläche 37 aufweist.
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Diese Referenzfläche 37 ermöglicht eine exakte Bestimmung der Längenabmessung des jeweiligen Stabmessers 7 bei dessen Bearbeitung außerhalb des Umfangsstabmesserkopfgrundkörpers 2.
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Erfindungsgemäß schließt sich an diese Reverenzfläche 37 eine gegenüber der Rückenfläche 36 / bzw. bei Halbrundstabmessern eine gegenüber der Frontfläche 36a unter einem Anlagewinkel α = 60° bis 80° geneigte Zylinderanlagefläche 38 anschließt, an die sich, bei nicht ausreichenden Montageraum im Innern des Umfangsstabmesserkopfes 1, eine unter dem Freiwinkel β von 20° bis 30° gegenüber der Rückenfläche 36 geneigte Freifläche 39 anschließt, die im Endmontagezustand gegen den Anlagezylinder 21 der Stützbuchse 18 angelegt wird, wobei die so vormontierten Stabmesser 7 mittels Spannelementen 9, die mit ihren nach innen gerichteten Endbereichen mit Gleitspiel an dem die Ebene des Bodens 30 des Umfangsstabmesserkopfdeckels 12 überragenden Zylindermantel des Stützbuchsendeckelzentrierringes 20 anliegen, und diese radial während der Endontage in ihrer Lage positionieren, durch Spannschrauben 16 zwischen dem Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 und den dem jeweiligen Stabmesser 7 zugeordneten Positionierflächen 8 / Positionieranlageflächen 34 des Umfangsstabmesserkopfgrundkörpers 2 fest verspannt wird.
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Diese erfindungsgemäße Stabmesserfixierung ermöglicht erstmals den Einsatz relativ kurzer Stabmesser 7 mit einer maximalen Stabmessergesamtlänge von ca. 50 mm.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre besteht daher unter anderem auch darin, dass bei neuen Halbzeugen aus einem am Markt verfügbaren Stirnstabmesserrohling mit einer Stabmesserlänge von ca. 100 mm zwei Umfangsstabmesserrohlinge für den erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf hergestellt werden können.
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Selbst Stirnstabmesser die wegen zu kurzer Einspannlänge in herkömmlichen Stirnmesserkopf nicht mehr einsetzbar sind (diese Reststücke sind gegenwärtig Vollhartmetall - Schrott) können in dem hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf noch vollwertig eingesetzt werden.
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Im Gegensatz zu monolithischen Hochleistungsschnellstahl- Verzahnungswerkzeugen ermöglicht die hier vorgestellte Lösung zudem auch eine effiziente Trockenbearbeitung.
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Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung können erstmals die unterschiedlichsten im Stand der Technik üblichen Stabmesserschäfte, vorzugsweise mit sehr kurzer Messergesamtlänge (bis maximal 50 mm), mittels einfacher, modular aufgebauter, kostengünstig herstell- und montierbarer Positionier- und/oder Spannhilfsmitteln erfindungsgemäß so fixiert werden, dass die Stabmesserspitzen der jeweils eingesetzten Stabmesser auf einem oder mehreren zur Antriebswelle radial angeordneten Messerkreisen liegen, deren Außendurchmesser im Bereich von 120 mm bis 150 mm liegt.
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Nach der Montage der jeweils Einsatz findenden Stabmesser
7 im erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf
1 erfolgt entsprechend der in der
DE 10 2019 002 514 A1 offenbarten Lehre das Fertigschleifen /Nachschleifen der Messerprofile im montierten Zustand. Dabei ergeben sich folgende Vorteile, Alle Schneidenprofile können CNC-bahngesteuert geschliffen werden.
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Die Nenn-Flankenwinkel bei Verzahnungsbearbeitung können z.B. von 20° ± 20° variieren (von 0° bis 40°).
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Alle erforderlichen Flankenmodifikationen (Balligkeit und Kopfradien) können beim Fertigschleifen/Nachschleifen der Messerprofile des erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes im montierten Zustand realisiert werden.
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Dadurch ist es auch möglich Verzahnungen die bisher nur im Wälzverfahren hergestellt werden konnten auch im effizienteren Formverfahren (ohne Wälzung) zu bearbeiten.
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Die erfindungsgemäße Lösung erfordert kein aufwändiges Justieren und keine Hilfseinrichtungen.
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Der Anwender kann auf 5-Achs CNC Maschinen die Werkzeuge/Stabmesser in Eigenregie selbst nachschleifen.
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Da beim Schleifen der Stabmesserprofile, in dem im Umfangsstabmesserkopf eingespannten Zustand, ein sehr präziser Schneidenrundlauf erreicht wird, kann auf ein nachträgliches Entschichten /Neubeschichten verzichtet werden. Dadurch wird es möglich, dass die Spanfläche bis zum Ende der Lebensdauer des Stabmessers nur einmal beschichtet und an der Spanfläche nicht wieder nachgeschliffen wird.
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Das Nachschleifen erfolgt stets nur an den Freiflächen. Praktische Versuche zur
DE 10 2019 002 514 A1 haben bei Stirnstabmesserköpfen ergeben, dass die in der
DE 10 2019 002 514 A1 vorbeschriebene Verfahrensweise bezüglich der Instandhaltungskosten beim Nachschleifen günstiger ist als ein 3-Seitenschliff mit nachfolgender Neubeschichtung und anschließender Justierung im Messerkopf.
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Nach dem Schleifen im eingespannten Zustand (gemäß der Lehre nach der
DE 10 2019 002 514 A1 weisen die aktiven Schneiden am erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopf eine Rundlaufgenauigkeit von kleiner 0,01 mm auf.
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Zudem weist der neuartige Umfangsstabmesserkopf ein Gewicht von unter 8 kg auf, so dass dieser sowohl in der Holzbearbeitung, beispielsweise zum Fräsen von Profilen, aber auch in der Metallbearbeitung, unter anderem auch in der Zahnradfertigung, z.B. zur Fertigung von Kegelrädern, Zahnwellenprofilen, Schnecken, Kettenräder und Stirnrädern, insbesondere auf universellen CNC Maschinen mit automatisiertem Werkzeugwechsel, eingesetzt werden kann. Die 1 bis 1.10 zeigen nun das erste Ausführungsbeispiel. In diesem ersten Ausführungsbeispiel werden als Stabmesser 7 Rechteckstabmesser derart eingesetzt, dass in jeder Messerkammer 5, ein Rechteckstabmesser mittels eines planparallelen Positionierstückes 33 gegenüber den Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2, und mittels eines planparallelen Spannelementes 9 gegen den mit dem Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 fest verschraubten Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 fest so verspannt ist, dass alle Messerspitzen 35 auf einem Messerkreis liegen. Die Dicke des planparallelen Positionierstückes 33 und die Dicke des planparallelen Spannelementes 9 werden dabei so bemessen, dass beide und die Messerbreite der jeweils eingesetzten Stabmesser 7 die Höhe der Messerkammer 5 nicht voll ausfüllen, d.h. mindestens ca. 1 mm kleiner als die Höhe der Messerkammer sind, dadurch wird ein sicheres Verspannen der Stabmesser 7 im Umfangsstabmesserkopf gewährleistet. Die Messerkammern 5 sind dabei zudem in der Höhe so dimensioniert, dass in ein und dem selben Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 Rechteckstabmesser angeordnet werden können, die alle eine Messerdicke D von 8 mm besitzen aber in der Messerbreite B von 8 mm bis 20 mm variieren, d.h. eine Messerbreite B bis zum 2,5 fachen der Messerdicke D aufweisen können. Die minimale Messerbreite wäre dabei B = 8 mm, für einen quadratischen Querschnitt. Die kleinsten, im Rahmen der Erfindung Einsatz findenden planparallelen Positionierstücke 33 und/oder planparallelen Spannelementes 9 haben eine Dicke von 2 mm.
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Die jeweils Einsatz findende Messerbreite sollte jedoch aus Kostengründen nur so breit wie nötig sein.
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Die unterschiedlichen Messerbreiten werden selbstverständlich durch unterschiedliche Breiten der Spannelemente 9 kompensiert.
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Aus Montagegründen ist es sehr vorteilhaft, wenn der Stützbuchsengrundkörperzentrierring 19 und der Stützbuchsendeckelzentrierring 20 den gleichen Außendurchmesser aufweisen.
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Dadurch kann eine optimale Instandhaltung/Instandsetzung des erfindungsgemäßen Umfangstabmesserkopfes 1 wie folgt gewährleistet werden.
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Ist die jeweilig zulässige Verschleißgrenze der Stabmesser 7 erreicht, können die Stabmesser 7 mittels der Spannschrauben 16 entspannt, und anschließend radial so weit aus dem Umfangstabmesserkopfgrundkörper 2 herausgezogen werden, dass die Stützbuchse 18 nach diesem „Entspannen“ der Stabmesser 7 ohne Demontage des Umfangsstabmesserkopfdeckels 12 einfach herausgedrückt und gewechselt werden kann, d.h. entsprechend dem jeweiligen Messerverschleiß wird die ursprünglich eingesetzte Stützbuchse 18 durch eine andere Stützbuchse 18, z.B. mit dem in der Stufung nächst größeren Mantel-/Außendurchmesser des Anlagezylinders 21 ersetzt.
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Die gemäß der erfindungsgemäßen Lösung im Mantel-/Außendurchmesser gestuft ausgeführten Anlagezylinder 21 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser von 32 mm bis 46 mm auf, wobei der maximal mögliche Mantel-/Außendurchmesser von 46 mm im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dann auch dem Außendurchmesser des Stützbuchsengrundkörperzentrierringes 19 wie auch dem Außendurchmesser des Stützbuchsendeckelzentrierring 20 entspricht.
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Nach dem Einsetzen der neuen Stützbuchse 18 mit dem größeren Mantel-/Außendurchmesser des Anlagezylinders 21 werden die Stabmesser 7 wieder in den Umfangsstabmesserkopf 1 so weit hineingeschoben bis diese mit Ihren Zylinderanlageflächen 38 am Anlagezylinder 21 anliegen.
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Auch die Spannelemente 9 werden dabei in Ihrer Lage wieder bis zu Ihrer Anlage an den Stützbuchsendeckelzentrierring 20 ausgerichtet.
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Nachfolgend werden die Stabmesser 7 dann wieder, wie vorbeschrieben, mittels der zugeordneten Spannschrauben 16 verspannt und anschließend die Stabmesser 7 wie oben beschrieben im eingespannten Zustand nachgeschliffen.
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Durch den Einsatz von unterschiedlichen Stützbuchsen 18 mit gestuften Außendurchmessern des Anlagezylinders 21 ist es möglich die eingesetzten Stabmesser bis zum vollständigen Verbrauch effizient zu nutzen.
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Bei den, in den vier vorliegenden Ausführungsbeispielen, eingesetzten Stützbuchsen 18 mit variablen/gestuften Außendurchmessern des Anlagezylinders 21 beträgt der kleinste Außendurchmessern des Anlagezylinders 21 = 32 mm und der größte Außendurchmessern des Anlagezylinders 21 beträgt 46 mm, der Außendurchmesser des Umfangsmesserkopfgrundkörpers 1 wie auch des Umfangsmesserkopfdeckels 12 beträgt 100 mm, der Durchmesser der Durchgangsbohrung 25 beträgt 16,5 mm und der Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 hat eine Dicke von 16 mm.
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Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet neben einer optimalen Instandhaltung unter allen Einsatzbedingungen auch bei einem maximalen Außendurchmessern des Anlagezylinders 21 der eingesetzten Stützbuchsen 18 von 46 mm stets die volle Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Zylinderanlagefläche 38 der Stabmesser 7 gegenüber der Rückenfläche 36 unter einem Anlagewinkel α von 70° geneigt. Dadurch ist eine sichere Lagefixierung aller Stabmesser 7 am Mantel des Anlagezylinders 21 gewährleistet.
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Diese optimale Instandsetzung betrifft selbstverständlich auch alle, in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen vorgestellten Bauformen des erfindungsgemäßen Umfangsstabmesserkopfes
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Die 2 bis 2.10 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden als Stabmesser 7 jeweils zwei Rechteckstabmesser in jeder Messerkammer 5 derart angeordnet, dass zwischen den in einer Messerkammer 5 angeordneten Rechteckstabmesser jeweils eine planparallele Distanzplatte 40 angeordnet ist, wobei das untere Rechteckstabmesser, das Innenstabmesser 43, mittels eines planparallelen Positionierstückes 33 gegen den Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 und das obere Rechteckstabmesser, das Außenstabmesser 44, mittels eines planparallelen Spannelementes 9 gegen den mit dem Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 fest verschraubten Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 fest so verspannt ist, dass die Messerspitzen 35 der unteren Stabmesser 7, d.h. der Innenstabmesser 43, und die Messerspitzen 35 der oberen Stabmesser 7, d.h. der Außenstabmesser 44, auf jeweils einem separaten Messerkreis, d.h. auf zwei zueinander parallel angeordneten Messerkreisen liegen können.
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Auch bei den im zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzten Stabmessern 7 ist die Zylinderanlagefläche 38 der Stabmesser 7 gegenüber der Rückenfläche 36 unter einem Anlagewinkel α von 70° geneigt.
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Die 3 bis 3.10 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel. In diesem dritten Ausführungsbeispiel werden als Stabmesser 7 Halbrundstabmesser so eingesetzt, dass in jeder Messerkammer 5 ein Halbrundstabmesser mittels eines auf den Positionieranlageflächen 34 der Messerkammern 5 des Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 erfindungsgemäß angeordneten Positionierstückes 33, welches einen einseitig angeordnetem Auflagekeil 41 aufweist, lagepositioniert ausgerichtet ist, und mittels eines Spannelementes 9, welches ebenfalls einen einseitig angeordneten Klemmkeil 42 aufweist, gegen den mit dem Umfangsstabmesserkopfgrundkörper 2 verschraubten Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 fest so verspannt ist, dass alle Messerspitzen 35 auf einem Messerkreis liegen.
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Auch in diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die Zylinderanlagefläche 38 der Stabmesser 7 gegenüber der Frontfläche 36a unter einem Anlagewinkel α von 70° geneigt.
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An dieser Stelle wird angemerkt, dass der Umfangsstabmesserkopf 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß allein durch den Austausch der in den Messerkammern 5 angeordneten Positionierstücke 33 und Spannstücke 9 (bei Bedarf unter Einsatz von Distanzplatten 40) zu einen Umfangsstabmesserkopf 1 nach dem zweiten, oder aber auch nach dem dritten, oder nach dem vierten Ausführungsbeispiel, selbstverständlich unter Einsatz der dort jeweils verwendeten Stabmessersätze, verwandelt werden kann.
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Im vierten, in den 4 bis 4.10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Stabmesser 7 Prismastabmesser derart eingesetzt, dass in jedem Umfangsstabmesserkopf 1 zwei unterschiedliche Prismastabmesser, ein Innenstabmesser 43 und ein Außenstabmesser 44, zum Einsatz kommen die jeweils abwechselnd in den einander benachbarten Messerkammern 5 des Umfangsstabmesserkopfes 1 derart angeordnet sind, dass alle Innenstabmesser 43 mittels eines in der Bemessung dem Innenstabmesser 43 zugeordneten, geometrisch einheitlich ausgebildeten Innenstabmesserpositionierstückes 33i an dessen dem Innenstabmessern 43 zugewandten Seite ein Innenstabmesserauflageprisma 45 angeordnet ist, lagepositioniert werden, wobei jedes der Innenstabmesser 43 mittels eines einheitlichen den Innenstabmessern 43 zugeordneten planparallelen Innenstabmesserspannelementes 9i fest gegenüber dem mit dem Umfangsstabmesserkopfdeckel 12 verspannt wird, und dass alle Außenstabmesser 44 mittels eines in der Bemessung den Außenstabmessern 44 zugeordneten, geometrisch wiederum einheitlich ausgebildeten zweiten Außenstabmesserpositionierstückes 33a, an dessen dem Außenstabmesser 44 zugewandten Seite ein Außenstabmesserauflageprisma 46 angeordnet ist, lagepositioniert werden, und zudem jedes Außenstabmesser 44 mittels eines einheitlichen den Außenstabmessern 44 zugeordneten, planparallelen Außenstabmesserspannelementes 9a fest im Umfangsstabmesserkopf 1 verspannt wird, so dass alle Messerspitzen 35 auf einem Messerkreis liegen. Selbstverständlich sind auch andere Varianten des Einsatzes der Prismastabmesser möglich. Da die Spanfläche keinen Einfluss auf die Spannbedingungen hat, können beispielsweise auch in allen Messerkammern stets nur gleiche Stabmesserquerschnitte eingesetzt werden, z.B. nur Innenstabmesser 43 oder nur Außenstabmesser 44.
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Im diesem vierten Ausführungsbeispiel ist die Zylinderanlagefläche 38 der Stabmesser 7 gegenüber der Rückenfläche 36 wiederum unter einem Anlagewinkel α von 70° geneigt.
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Um im vierten Ausführungsbeispiel Überschneidungen der Messerenden im Innern des Umfangsstabmesserkopfgrundkörpers 2 zu vermeiden, siehe 4, schließt sich an die geneigte Zylinderanlagefläche 38 der eingesetzten Stabmesser 7, d.h. der in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Prismastabmesser eine gemäß der Darstellungen in den 4.8i und 4.8a unter dem Freiwinkel β von 30° gegenüber der Rückenfläche 36 geneigte Freifläche 39.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen einen Umfangsstabmesserkopf mit einem kostengünstig herstellbaren, fertigungstechnisch einfachen Umfangsstabmesserkopfgrundkörper zur Aufnahme von unterschiedlichen Stabmessern mit kurzer Gesamtlänge, die entweder einen teilweise runden und teilweise ebenen, wie beispielsweise einen halbkreisförmigen, oder auch einen prismatischen, wie beispielsweise einen rechteckigen, oder trapezförmigen Schaftquerschnitt aufweisen, zu entwickeln, in dem kostengünstig zu fertigende Messerkammern so angeordnet sind, dass diese den jeweiligen Umfangsstabmesserkopfgrundkörper (analog dem Stand der Technik) entweder radial, oder zum Radius tangential leicht geneigt, d.h. entweder rechtwinklig zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle oder zur Mittenachse der Werkzeugantriebswelle tangential leicht geneigt, durchdringen, wobei all die unterschiedlichen Stabmesserschäfte in rechteckigen Messerkammern
5 mittels einfacher, erfindungsgemäß modular aufgebauter, kostengünstig herstell- und montierbarer Positionier- und/oder Spannhilfsmitteln axial und radial im Umfangsstabmesserkopfgrundkörper so fixiert werden, dass die Stabmesserspitzen der jeweils eingesetzten Stabmesser auf einem oder mehreren zur Antriebswelle radial angeordneten Messerkreisen liegen, deren Außendurchmesser im Bereich von 120 mm bis 150 mm liegt, und deren aktive Schneiden nach dem Schleifen im eingespannten Zustand (z.B. nach
DE 10 2019 002 514 A1 ) eine Rundlaufgenauigkeit von kleiner 0,01 mm aufweisen, wobei der zu entwickelnde neuartige Umfangsstabmesserkopf zudem ein Gewicht von unter 8 kg aufweist, so dass dieser neuartige Umfangsstabmesserkopf sowohl in der Holzbearbeitung, beispielsweise zum Fräsen von Profilen, aber auch in der Metallbearbeitung, unter anderem auch in der Zahnradfertigung, z.B. zur Fertigung von Kegelrädern, Zahnwellenprofilen, Schnecken, Kettenräder und Stirnrädern, insbesondere auf universellen CNC Maschinen mit automatisiertem Werkzeugwechsel, eingesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umfangsstabmesserkopf
- 2
- Umfangsstabmesserkopfgrundkörper
- 3
- Messerkopfaufnahme
- 4
- Mitnehmer
- 5
- Messerkammer
- 6
- Mittenachse
- 7
- Stabmesser
- 8
- Positionierfläche
- 9
- Spannelement
- 9i
- Innenstabmesserspannelement
- 9a
- Außenstabmesserspannelement
- 10
- Befestigungsschraubendurchgangsbohrung
- 11
- Spannschraubengewindebohrung
- 12
- Umfangsstabmesserkopfdeckel
- 13
- Befestigungsschraube
- 14
- Befestigungsgewindebohrung
- 15
- Steg
- 16
- Spannschraube
- 17
- Montageschraube
- 18
- Stützbuchse
- 19
- Stützbuchsengrundkörperzentrierring
- 20
- Stützbuchsendeckelzentrierring
- 21
- Anlagezylinder
- 22
- Grundkörperstützring
- 23
- Grundkörperzentrierring
- 24
- Deckelzentrierring
- 25
- Durchgangsbohrung
- 26
- Seitenwand
- 27
- Stiftbohrung
- 28
- Positionierring
- 29
- Anlagering
- 30
- Boden
- 31
- Zylinderstift
- 32
- Stiftsitzbohrung
- 33
- Positionierstück
- 33i
- Innenstabmesserpositionierstück
- 33a
- Außenstabmesserpositionierstück
- 34
- Positionieranlagefläche
- 35
- Messerspitze
- 36
- Rückenfläche
- 36a
- Frontfläche
- 37
- Referenzfläche
- 38
- Zylinderanlagefläche
- 39
- Freifläche
- 40
- Distanzplatte
- 41
- Auflagekeil
- 42
- Klemmkeil
- 43
- Innenstabmesser
- 44
- Außenstabmesser
- 45
- Innenstabmesserauflageprisma
- 46
- Außenstabmesserauflageprisma
- α
- Anlagewinkel
- β
- Freiwinkel
- B
- Messerbreite
- D
- Messerdicke
