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Beschreibung
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Verfahren und Vorrichtung zum Fräsen von Sägezähnen mit positivem
Spanwinkel in Metallband, insbesondere in Bimetallband.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Fräsen von Sägezähnen mit großem, positiven Spanwinkel in Metallband, insbesondere
Bimetallband mittels zylindrischer Walzenfräser.
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Es ist bekannt, mittels zylindrischer Walzenfräser Zähne in Metallbänder
zu fräsen und somit Metallsägebänder herzustellen. Dabei bedient man sich des bei
der Zahnstangenfertigung bekannten Verfahrens, mittels Walzenfräser, die ein geeignetes
Profil besitzen, die Zahnlücken durch eine Werkzeugbewegung quer zum Band, also
in Richtung seiner Dicke, auszufräsen. Dabei werden üblicherweise eine Anzahl von
Bändern zu einem Bandpacken zusammengespannt und gemeinsam gefräst.
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Für die Herstellung von Sägeblättern sind außerdem Verfahren und Vorrichtungen
bekannt, mit denen die Stirnflächen der Zähne abwechselnd nach der einen und der
anderen Seite der Blätter schräg gerichtet, gefräst werden können, beispielsweise
nach dem Deutschen Patent Nr.
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565.136. Ein ähnliches Ergebnis erzielt man nach dem Österreichischen
Patent Nr. 117.002 bei wellenförmig gebogenen Sägeblättern.
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Auch bei diesen Verfahren erfolgt der Fräsvorschub in einer Ebene,
die von der Dicke und Länge der Sägeblätter gebildet wird, also im wesentlichen
quer zu den Sägeblättern. Dabei werden durch die Zähne des Walzenfräsers Zahnlücken
in den Bandpacken gefräst. Dabei ist das Zahnl§ckemprofil durch den Querschnitt
eines Pri### geg#ben, dessen Mantelflächen das Fräserprofil einhüllen. Es ist dabei
im Prinzip nicht möglich, Sägezähne mit einem positiven Zahnwinkel zu erzeugen.
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Die Herstellung von Sägeblättern mit positiven Spanwinkeln durch kegelige
Walzenfräser ist bekannt. Hierbei wird der Fräser um den halben Kegelwinkel schräg
gestellt, und es entsteht ein positiver Spanwinkel von der Größe des halben Kegelwinkels.
Ein; solches Verfahren ist im Österreichischen Patent Nr. 117.444 bekannt gemachte
bei dem in zwei Arbeitsgängen eine positive Sägeverzahnung hergestellt wird.
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Eine weitere Anwendung dieses Verfahrens bei Sägeblättern ist im US
Patent 3 331 265 bekannt gemacht. Dort wird die Anwendung des keqeligen Walzenfräsers
mit schräg gestellten Sägeblättern kombiniert.
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Diese bekannten Verfahren zur Herstellung von positiven Sägezähnen
sind auf die Herstellung von Sägeblättern mit relativ geringer Länge beschränkt.
Die kegeligen Walzenfräser müssen länger sein als die Sägeblätter, um die beidseitige
Lagerung der Fräserwelle unterzubringen. Außerdem können nur kleine, positive Zahnwinkel
erzeugt werden, da der Kegelwinkel sonst zu sehr großen Durchmesserunterschieden
mit unzulässigen Unterschieden der Schnittqeschwindiqkeit führen würde.
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Zur Bearbeitung von Sägenbändern können kürzere kegelige Fräser verwendet
werden. Diese müssen jedoch einen relativ großen Durchmesser haben, da die beidseitigen
Lagerungen nebst Antrieb der Fräswelle oberhalb der Fräsebene liegen müssen. Solche
Fräser sind aber wegen ihrer Größe und der komplizierten Herstellung erheblich teurer
als zylindrische Fräser.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren zum Fräsen von Sägezähnen
liegt darin, daß der Walzenfräser nach dem Vorlauf über das Werkstück zurücklaufen
muß und dabei Beschädigungen verursacht, die insbesondere bei Bimetallsägen zu großen
Schwierigkeiten führt. Dieser Nachteil wird verstärkt durch Frässpäne, die auf dem
Bandpacken liegen bleiben und beim Rücklauf Schäden anrichten.
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Neben diesen Fräsverfahren, bei denen der Vorschub in Richtung der
Sägeblattdicke erfolgt, ist im US Patent 1 454 135 eine Vorrichtung bekannt gemacht,
bei der der Vorschub in Richtung der Sägeblattlänge erfolgt. Auch diese Erfindung
ist auf die Anwendung bei Sägeblättern mit Sägezähnen, deren Stirnflächen rechtwinklig
zur Bandachse verlaufen, begrenzt.
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Hierbei wird ein Abwälzfräser benutzt, und die Sägeblätter müssen
mit relativ großer Geschwindigkeit gegenüber dem Fräser in Länqsrichtunq bewegt
werden. Dies gelingt bei eingespannten Sägeblättern. Bei langen Sägebändern besteht
keine Möglichkeit, eine vibrationsfreie Einspannung vorzunehmen. Dies ist bei Bimetallsäqebändern
unerläßlich.
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Daher scheidet auch dieses Verfahren aus.
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Die bekannten Verfahren zum Fräsen von Sägezähnen erfordern alle einen
großen Anlauf, Auslauf und Rücklauf des Fräsers. Diese Verlustzeiten können relativ
vermindert werden, wenn man breite Bandpacken oder mehrere Bandpacken in einem Vorschub
fräst. Dies ist bei der Fertigung großer Mengen gleicher Sägeblätter möglich. Bei
der Herstellunq von Metallbandsägen werden eine große Vielzahl von Zahnformen aber
wenige Blätter gleichzeitig gefordert. Daher haben die Verlustzeiten der bekannten
Verfahren einen besonders starken Einfluß auf die Kosten.
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Die für die Herstellung von Sägeblättern bekannten Verfahren zum Fräsen
von Sägezähnen mit positiven Spanwinkeln können nicht für die Herstellung von Metallbandsägen
benutzt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren und eine Vorrichtung
zum Fräsen von Sägezähnen mit großem, positiven Spanwinkel in Metallbandsägen, insbesondere
Bimetallbandsäqen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein profilierter Walzenfräser
mit Fräszähnen, die das Zahnlückenprofil ergeben, in der Mittelebene eines Bandpackens,
der durch Zusammenspannen der Sägebänder gebildet wurde, relativ zum Bandpacken,
jedoch schräg zu seiner Achse, also mit einer radialen und einer axialen Vorschubkomponente
vorgefahren und dann zurückgefahren. Bei diesem Vorschub werden in einem Abschnitt
des Bandpackens Zahnlücken gefräst. Die dadurch-gebildeten Sägezähne erhalten einen
positiven Spanwinkel, dessen Winkelabweichung von der Senkrechten durch den schrägen
Vorschub gegeben ist.
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Die gefrästen Zahnlücken werden von Kegelmantelflächen - Teilen begrenzt.
Somit unterscheiden sich die Zähne des mittleren Bandes von den neben der Mittelebene
qefrästen Bändern. Die größten Abweichungen besitzen die äußeren Bänder. Die Größe
der Abweichung ist durch die Bandpackenbreite bzw. Bandanzahl und den Werkzeugdurchmesser
gegeben.
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Bei wenigen Bändern im Bandpacken ist die Formabweichung vernachlässigbar.
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Nach dem Fräsen eines Abschnittes werden die Bänder um eine Fräserbreite
verschoben und der nächste Abschnitt gefräst. Dieser Vorgang wird schrittweise wiederholt.
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Eine erfindungsgemäße Variante des Verfahrens besteht darin, daß die
radiale Komponente des Fräsvorschubs vom Walzenfräser und die axiale vom Bandpacken
ausgeführt wird. Hierdurch werden einfache konstruktive Ausführungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung möglich.
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Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Verfahrens besteht darin,
daß die axiale Vorschubkomponente beim Vorfahren größer ist als beim Zurückfahren.
Hierdurch wird beim Vorfahren der Zahnrücken und beim Zurückfahren die Zahnstirn
bearbeitet. Hierbei ist es leicht möglich, unterschiedliche Schnittwinkel der Sägezähne
mit dem gleichen Werkzeug herzustellen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Verfahrens besteht darin,
daß die axiale Vorschubkomponente während des Vor- und Zurückfahrens nach einem
vorgegebenen Programm verändert wird, so daß die Form der Sägezähne unabhängig von
der Form des Walzenfräsers gefräst werden können. Dies ist besonders vorteilhaft,
wenn die Fräszähne durch Nachschleifen verändert werden. Erfindungsgemäß kann der
Teil der Fräszähne, der beim Vorfahren des Fräswerkzeugs arbeitet, mit Rücksicht
auf die Zerspanung qeformt werden und ein anderer Teil der Fräszähne, der beim Zurückfahren
des Fräswerkzeuges arbeitet ebenso.
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Dabei kann beim Vorfahren eine große Spanabnahme erfolgen und beim
Zurückfahren ein Schlichspan gefräst werden. Durch diese Vorschubbewegungen werden
Schneidflächen frei und damit Beschädigungen der Sägebänder vermieden und der Werkzeugverschleiß
verringert.
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Bei diesem Verfahren kann die Sägezahnform leicht verändert werden.
Die Bahn des Fräszahns wird durch das Programm gegeben. Dieses kann als Rechnerproqramm
oder durch Abtastung austauschbarer Kurvenscheiben vorgegeben werden.
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Zur Ausübung des Verfahrens wird nach der Erfindung eine Vorrichtung
verwandt, die zwei senkrecht zueinander angeordnete Führungen besitzt.
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Eine Führung trägt einen Spannschlitten, auf dem eine Anzahl Metallbänder
zu einem Bandpacken zusammengespannt sind. Dieser Schlitten kann mittels einer Anstelleinrichtung
axial verschoben werden. Die andere Führung trägt das Fräsgehäuse mit dem Fräswerkzeug.
Diese kann über eine zweite Anstelleinrichtung radial verschoben werden.
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Dabei liegt die von den beiden Führungen gebildete Ebene parallel
zur Mittelebene des Bandpackens. Dies bedeutet, daß der relative Voschubweg des
Fräswerkzeuges schräg zu seiner Achse und zum Bandpacken verläuft und eine radiale
und eine axiale Komponente besitzt.
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Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung wird das Fräsgehäuse
oder der Spannschlitten von zwei zueinander rechtwinkligen Führungen oder von einer
schrägen, aber drehbaren Führung getragen. Das Gegenstück ist ortsfest angeordnet.
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Dementsprechend sind entweder zwei unabhängige Anstelleinrichtungen
für die beiden Vorschubkomponenten oder eine Anstelleinrichtung für eine feste Vorschubeinrichtung
angeordnet.
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Nach einem weiteren erfinderischen Merkmal sind für die axiale und
die radiale Anstelleinrichtung ein gemeinsamer Vorschubantrieb angeordnet und zwischen
diesen beiden ein Verstellgetriebe. Hierdurch kann die Größe des Spanwinkels vorgewählt
werden.
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Nach einer weiteren erfinderischen Lösung sind für die axiale und
die radiale Anstelleinrichtung getrennte Vorschubantriebe angeordnet, die mit einer
Programmsteuerung versehen sind, die nach einem Vorwahl-Programm die Verschiebungen
steuert. Hierdurch kann die Richtung beim Vorfahren und Zurückfahren verändert werden.
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Nach einer weiteren erfinderischen Lösung sind für die getrennten
Vorschubantriebe Regeleinrichtungen angeordnet, wobei die Sollwertvorgabe emtweder
durch ein Rechnerprogramm oder durch die Abtastung einer Steuerkurve gegeben wird.
Hierdurch kann der Zahnrücken und die Zahnstirn unabhängig von der Werkzeugform
geformt werden.
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Eine besonders vorteilhafte erfindereische Lösung besteht darin, daß
die von der Bandmittelebene, der Fräserachse und der Vorschubrichtung gebildete
Ebene waagerecht angeordnet ist, so daß auf einem gemeinsamen Grundrahmen auf einer
Seite des Fräsraumes der Spannschlitten mit der Vorschubeinrichtung und eine Schrittvorschubeinrichtung
angeordnet sind. Auf der anderen Seite ist ein weiterer Schlitten für das Fräsgehäuse
mit Fräswerkzeug, Getriebe und Antrieb sowie Anstelleinrichtung und Vorschubantrieb
angeordnet. Hierdurch wird eine gedrungene, starre Maschinenkonstruktion erreicht,
die insbesondere für die
Herstellung von Bimetallbandsägen erforderlich
ist. Dabei werden auch ein spielfreies Fräsgetriebe mit gegeneinander verspannten,
doppelt ausgeführten Zahnradpaaren und ebenso spielfreie Vorschubschlitten wirksam.
Diese erfindungsgemäße Anordnung ergibt senkrechte Fräsflächen, so daß Späne nach
unten in Sammel- oder Transportbehälter fallen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt neben der Spanneinrichtung,
die in axialer Richtung geringfügig verschoben werden kann, die Schrittvorschubeinrichtung.
Diese dient dem Verschieben des Bandpackens um die Fräserbreite, sobald ein Fräsvorgang
beendet ist. Hierbei werden die Spannelemente von Spanneirichtung und Schrittvorschubeinrichtung
abwechselnd, jedoch mit zeitlicher tiberdeckung, wirksam. Dadurch wird ein genauer
Schritt vorwählbarer Größe ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 Schematische Darstellung des Verfahrens Fig. 2 Schematische
Darstellung des Verfahrens mit unterschiedlicher Vorschubeinrichtung beim Vor- und
Zurückfahren.
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Fig. 3 Schematische Darstellung des Verfahrens mit sich ändernder
Voschubeinrichtung beim Zurückfahren.
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Fig. 4 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens. In das
Metallband oder den Bandpacken 1 werden vom Fräswerkzeug 2 durch seine Fräszähne
3 Zahnlücken gefräst und dadurch die Sägezähne 4 gebildet.
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Die Stirnfläche 5 dieser Sägezähne bildet den positiven Zahnwinkel
7.
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Die Rückenfläche 6 ist vom Profil des Fräswerkzeuges gebildet. Dabei
steht der relative Vorschub 8 in der Richtung des positiven Spanwinkels 7. Dieser
relative Vorschub 8 kann durch eine radiale Vorschubkomponente 9 des Fräswerkzeuges
2 und eine axiale Vorschubkomponente 10 des Bandpackens 1 erzeugt werden. Die Pfeile
zeigen die Richtung beim Vorfahren. Beim Zurückfahren sind die Bewegungsrichtungen
umgekehrt.
Nach dem Fräsen eines Abschnittes von Sägezähnen werden
die Metallbänder um den Schrittvorschub 11 in Pfeilrichtung verschoben und dann
der nächste Abschnitt gefräst.
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Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1. Hierbei ist
die Richtung des Vorschubs 8 beim Vorfahren schräger als der Vorschub 12 beim Zurückfahren.
Die axiale Vorschubkomponente 11 beim Vorfahren ist daher größer als die axiale
Vorschubkomponente 13 beim Zurückfahren. Hierdurch wird beim Zurückfahren die Stirnfläche
5 nachgearbeitet und dabei der Zwickel 14 weggefräst. Dadurch wird der Spanwinkel
7 beim Zurückfahren gefräst.
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Figur 3 zeigt ebenfalls einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1
mit sich ändernder Vorschubrichtung beim Zurückfahren. Hierbei sind die Fräszähne
3 anders profiliert als die Zahnlücken zwischen den Sägezähnen 4. Das Fräswerkzeug
2 fährt beim Vorfahren mit dem Vorschub 8, beim Zurückfahren jedoch mit dem Vorschub
15. Dieser besteht aus der radialen Vorschubkomponente 9 und der axialen Vorschubkomponente
16, die während des Zurückfahrens verändert wird. Dabei wird der Zwickel 14 weggefräst.
In der Figur 3 ist das Fräswerkzeug nach dem Vorfahren im Bandpacken 1 dargestellt.
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Figur 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
in der Draufsicht. Die Bänder 1 sind im Spannschlitten 18 mittels der Spanneinrichtung
20 zu einem Bandpacken zusammengespannt. Der Spannschlitten wird mittels der Vorschubeinrichtung
21 und einem Vorschubantrieb 23 auf nicht dargestellten Führungen in axialer Richtung
verstellt und verfährt dabei um die axiale Vorschubkomponente 10. Das Fräswerkzeug
2 ist im Fräsgehäuse 17 gelagert und in nicht dargestellter Weise angetrieben. Gemeinsam
werden diese nicht dargestellten Führungen mittels der Vorschubeinrichtung 22 und
dem Vorschubantrieb 24 in radialer Richtung verstellt und verfahren dabei um die
radiale Vorschubkomponente 8. Die Bänder 1 können beidseitig des Spannschlittens
18 in den Schrittvorschubeinrichtungen 19 mittels Spanneinrichtungen 20 eingespannt
werden. Auf nicht dargestellten Führungen können beide Schrittvorschubeinrichtungen
gemeinsam über die Antriebe 25 zwischen nicht dagestellten, einstellbaren Begrenzungen
um einen Schrittvorschub 11 verschoben werden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich aus den Zeichnungen.
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Der eingespannte Bandpacken 1 wird beim radialen Vorfahren des Fräswerkzeuges
2 gleichzeitig in axialer Richtung verschoben, und dann fahren beide in die Ausgangsstellung
zurück. Jetzt werden die Bänder 1 von den Spannvorrichtungen 20 der Schrittvorschubeinrichtungen
19 gespannt. Dann wird die Spannvorrichtung 20 des Spannschlittens geöffnet und
mit beiden Schrittvorschubeinrichtungen 19 wird das Band um die Breite 11 des Fräswerkzeuges
verschoben. Danach erfolgt ein erneutes Spannen der Bänder 1 auf dem Spannschlitten
18. Nach dem Öffnen der Spannvorrichtung 20 der Schrittvorschubeinrichtungen 19
gehen diese in ihre Grundstellung zurück, während gleichzeitig der nächste Fräsvorgang
erfolgt. Fräsvorgang und Schrittvorschub erfolgen abwechselnd, bis die Metallsägebänder
fertig sind.
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