DE69624577T2

DE69624577T2 - Verfahren und vorrichtung zum ausrichten von messerköpfen

Info

Publication number: DE69624577T2
Application number: DE69624577T
Authority: DE
Inventors: J. Stadtfeld
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: EP0847320B1; BR9610340A; CN1078833C; JPH11511393A; AU6779496A; WO1997007930A1; JP3357674B2; EP0847320A1; CN1193931A; KR19990036365A; DE69624577D1; AU708931B2; US5839943A; KR100278409B1; CA2226521A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Zerspannungswerkzeuge zum Fräsen von Kegelrad- und Hypoidzahnrädern mit gekrümmten Flanken. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung der radialen Position von Zerspannungswerkzeugen gemäß Anspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung zum radialen Ausrichten von Zerspannungswerkzeugen, die stabartige Schneidklingen bzw. Schneidplatten gemäß Anspruch 1 enthalten.

Hintergrund der Erfindung

Für die Herstellung von Kegelrad- und Hypoidzahnrädern mit gekrümmten Flankenlinien sind die verwendeten Zerspannungswerkzeuge vorrangig Stirnfräser oder Stirnwälzfräser, wobei solche Arten von Zerspannungswerkzeugen auf dem Gebiet der Zahnradherstellung allgemein bekannt sind. Bei Stirnfräsern sind die Schneidklingen bzw. Schneidplatten im Schneidkopf so angeordnet, dass bei jedem Einstechen des Fräsers ein Zahnschlitz ausgebildet wird; der Fräser muss herausgezogen werden und das Werkstück in die nächste Zahnschlitzposition weitergeschaltet werden, um den nächsten Zahnschlitz auszubilden. Bei Stirnwälzfräsern sind die Schneidklingen bzw. Schneidplatten im Schneidkopf so angeordnet, dass mit einem einzigen Einstechen des Zerspannungswerkzeugs und durch die begleitende Rotation des Werkstücks in einer zeitlich definierten Beziehung mit dem Zerspannungswerkzeug alle Zahnschlitze des Werkstücks ausgebildet werden.
Zerspannungswerkzeuge für Stirnfräs- und Stirnwälzprozesse bestehen gewöhnlich aus scheibenförmigen Schneidköpfen mit stabartigen Schneidklingen bzw. Schneidplatten, die z. B. aus Stabstahlwerkzeugstahl hergestellt sind und welche in die in den Schneidköpfen ausgebildeten Schlitze eingesetzt und positioniert werden. Jede Schneidklinge umfasst eine vordere Spanfläche, eine Schneidkante, eine in einem vorbestimmten Freiwinkel ausgerichtete schneidseitige Oberfläche, eine Freikante, eine freiseitige Oberfläche und eine Deckfläche. Beispiele für eingesetzte, stabartige Schneidköpfe und Klingen sind in den US-Patenten Nr. 4.575.285 (Blakesley) und 4.621.954 (Kitchen et al.) offenbart.
Der scheibenförmige Schneidkopfkörper ist in Klingengruppen oder "Starts" unterteilt, wobei jede Klingengruppe ein bis drei Schlitze umfasst. Im Fall eines Schlitzes pro Gruppe ist der Fräser darauf ausgerichtet, nur die konvexen oder konkaven Zahnflanken eines Werkstücks zu schneiden. Solche Fräser finden gewöhnlich in der Endbearbeitung ihren Einsatz. Im Fall von zwei Schlitzen pro Klingengruppe ist in jeder Gruppe eine innere und einer äußere Schneidklinge angeordnet. Ein solcher Schneidkopf kann als Schruppfräser, als Endbearbeitungsfräser oder als Komplettierungsfräser konstruiert sein, der den Zahnschlitz grob vorbearbeitet und gleichzeitig die konvexen und konkaven Zahnflanken endbearbeitet. Im Fall von drei Schlitzen pro Klingengruppe ist die zusätzliche Schneidklinge eine Unter- oder Schruppklinge. Die Unterklinge kann als Innen- oder Außenklinge (für das konvexe bzw. konkave Fräsen) angeordnet sein. Mit dieser Form reibt die dritte Klinge die Fußausrundungsfläche des Zahnschlitzes aus und unterstützt den Fräsvorgang einer der zwei anderen Klingen.
Damit jede Klinge bzw. Platte eines Typs, insbesondere die Innen- und Außenklingen, dieselbe Spandicke erzeugt und somit dieselbe Belastung und denselben Abrieb aufweist, ist die radiale Position der Schneidkante am wichtigsten. Toleranzen hinsichtlich der Position des Klingenschafts und der Schneidkante in Bezug auf den Schaft sowie Toleranzen hinsichtlich des "Abriebs" der Schlitze im Schneidkopf können sich aufsummieren. In einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Fräsern werden die Klingen bzw. Platten axial gegen eine Oberfläche oder einen "Anschlag" bewegt, wodurch sich einheitliche Klingen- oder Plattenhöhen auf dem Schneidkopf ergeben. Dieses Verfahren beeinflusst jedoch nur eine Dimension und berücksichtigt den Einfluss der zuvor erwähnten Toleranzen oberhalb der radialen Position der Schneidkanten der Klingen bzw. Platten nicht. Der Effekt ist ein nicht einheitlicher Fräsvorgang der unterschiedlichen Klingen oder Platten, was zu Schneiduntiefen auf der Zahnfläche und einer kürzeren Lebensdauer des Fräsers sowie zu einem maschinellen Vorgang führt, der alles andere als optimal ist.
Um die radiale Position der Schneidkante einer Klinge zu regulieren, kann eine Überprüfung der radialen Position eines signifikanten Punkts entlang der Schneidkante mit Hilfe einer händisch betriebenen Fräserherstellungs-/Inspektionsvorrichtung erfolgen; ein Beispiel einer solchen Maschine ist in "No. 563 Cutter Inspection Device", veröffentlicht von The Gleason Works, Rochester, New York beschrieben und stellt den nächstliegenden Stand der Technik dar. Der Endpunkt jeder Klinge wird mit einem Klingenanschlag in Kontakt gebracht, um alle Klingen mit Bezug auf den Schneidkopf in eine einheitliche Höhe axial zu positionieren. Die Schneidkante jeder Klinge wird daraufhin mit einer Sonde in Kontakt gebracht, um die radiale Position eines selben vorbestimmten Punkts auf jeder Schneidkante zu bestimmen. Die unterschiedlichen Radii zwischen den Klingen werden dazu verwendet, einen Wert zu berechnen, um welchen die Klingen nach oben oder unten in den Schlitz des Schneidkopfs zu bewegen sind, wodurch eine radiale Verschiebung in der Position der Schneidkante bewirkt wird, mit dem Ergebnis, dass alle Schneidkanten im Wesentlichen demselben Weg folgen, den auch der Fräser bei der Rotation um seine Achse nimmt. Die Einheitlichkeit der axialen Position des Endpunkts der Schneidklingen geht aufgrund der axialen Einstellung, die zur Verschiebung der Schneidkanten notwendig ist, jedoch verloren, wobei die Klingenspitzen gewöhnlich in einem voreingestellten Toleranzbereich bleiben. Das Ausrichten eines Fräsers von diesem Maschinentyp ist sehr zeitintensiv und die Genauigkeit hängt in hohem Maß von der Fähigkeit der Bedienperson ab, die Sonde auf der Schneidkante jeder Klinge konsistent und genau zu positionieren.
Ein weiterer Typ einer bereits bestehenden Vorrichtung zum Herstellen und Messen von Schneidköpfen ist eine indexlose Vorrichtung, die eine in einer Ebene, die die Schneidachse beinhaltet, bewegliche Sonde bereitstellt und arbeitet, indem die Sonde mit der schneidseitigen Oberfläche einer stabartigen Klinge in Kontakt gebracht wird. Ist der Kontakt einmal hergestellt, wird der Fräser langsam rotiert, um eine Bewegung der Sonden-Endkugel entlang der schneidseitigen Oberfläche zur Schneidkante hin zu bewirken, was dazu führt, dass sich die Position der Sonde von der Schneidachse wegbewegt, wenn die Sondenkugel sich der Schneidkante nähert. Die Bewegung der Sonde von der Schneidachse weg wird überwacht, bis eine maximale Anzeige zu bemerken ist, welche die radiale Position der Schneidkante angibt. Die Position der Sonde wird mit einer vorbestimmten oder theoretischen Anzeige verglichen und, falls erforderlich, wird eine neue Klingenanschlagposition berechnet und die axiale Position der Schneidklinge so eingestellt, dass sie die Schneidklinge wieder in eine erwünschte radiale Position gebracht wird. Dieses Verfahren reagiert auf Fehler im Zusammenhang mit der Fräserrotation sowie auf Fehler der Sondenkugelposition sehr empfindlich.
Um Fehler aufgrund der Anordnung einer Sondenkugel gegenüber einer Schneidkante zu beseitigen, wurde eine Kapazitätssonde vom nicht kontaktierenden Typ verwendet, um Messfehler, die mit den oben ausgeführten Verfahren assoziiert werden, zu eliminieren. Ein solches Sondenverfahren vom nicht kontaktierenden Typ ist bei Pigage et al. im US-Patent Nr. 3.641.431 offenbart. Dieser Ansatz ist jedoch nicht frei von Nachteilen, da es immer noch erforderlich ist, die Schneidkante zu "finden", indem der Fräser rotiert wird, während die Ausgangs-Anzeige der Sonde überwacht wird.
Ein weiterer Typ einer Herstellungs- und Messvorrichtung für Fräser umfasst einen Index-Mechanismus, der die Steuerung der Winkel- (Rotation-) Position des Fräsers ermöglicht und ein Indexieren von einer Klinge zur nächsten ermöglicht. Gemeinsam mit dieser Fähigkeit zum Indexieren umfasst die Vorrichtung auch Mittel zum Versetzen der Sonde, was notwendig ist, um die Sonde an der Schneidkante normal zur Bewegungsrichtung der Schneidklinge korrekt auszurichten. Wie auch mit den anderen oben ausgeführten Verfahren ist auch dieses Verfahren auf eine Fehlausrichtung der Winkel-Position des Fräsers sowie auf die Anordnung der Sonde gegenüber der Schneidkante sehr empfindlich.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Messung der radialen Position einer Schneidkante bereitzustellen, ohne dass dafür ein Kontakt mit der Schneidkante der Schneidklinge bzw. Schneidplatte erforderlich ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen größeren Sondenkontaktbereich auf einer Schneidklinge bzw. Schneidplatte bereitzustellen, wobei gleichzeitig ein Verfahren zur Verfügung gestellt wird, das die radialen Positionen der in einem Schneidkopf positionierten Schneidklingen bzw. Schneidplatte genauer misst.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der radialen Position von zumindest einer stabartigen Schneidklinge bzw. Schneidplatte, die von einer Oberfläche eines Schneidkopfes vorragt, wobei die Schneidklinge eine Schneidkante aufweist, die schneidseitige Freifläche in einem Freiwinkel ausgerichtet ist, eine freiseitige Freifläche in einem Freiwinkel ausgerichtet ist und eine Stirnfläche in einem Spanwinkel ausgerichtet ist.
Das Verfahren umfasst die Bereitstellung einer Vorrichtung mit einer Fräserspindel und einer Messsonde, die zur Bewegung in eine erste Richtung, welche die Versetzungsrichtung der Sonde definiert, und in eine zweite Richtung, welche die Vor-/Rück-Bewegung der Sonde definiert, fähig ist. Der Fräser ist auf der Spindel montiert, und eine Oberfläche der Schneidklinge bzw. Schneidplatte ist im Wesentlichen parallel zur Versetzungsrichtung der Sonde positioniert. Die Oberfläche wird daraufhin sondiert und die Positionsanzeige der Klingenfläche aufgezeichnet.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Ausrichten von Schneid- bzw. Zerspannungswerkzeugen des Typs, der eine Vielzahl von stabartigen Schneidklingen bzw. Schneidplatten umfasst, die abnehmbar in einem Schneidkopf befestigt sind, wobei die Schneidklingen bzw. Schneidplatten eine Schneidkante und eine schneidseitige Oberfläche aufweisen, die in einem vorbestimmten Freiwinkel ausgerichtet ist.
Das Verfahren umfasst das Montieren eines Schneidwerkzeugs auf die Spindel einer Ausrichtvorrichtung, wobei die Schneidwerkzeugspindel zumindest eine Sonde aufweist, die in eine erste Richtung, welche die Versetzungsrichtung der Sonde definiert, und in eine zweite Richtung, welche die Vor-/Rück-Bewegung der Sonde definiert, bewegt werden kann. Die schneidseitige Freifläche der Schneidklinge ist im Wesentlichen parallel zur Versetzungsrichtung der Sonde positioniert. Die schneidseitige Freifläche wird sondiert, um eine Position der Schneidseite zu bestimmen, woraufhin diese Position aufgezeichnet wird. Die aufgezeichnete Position wird mit einer vorbestimmten Position verglichen, und (a) wenn die aufgezeichnete Position innerhalb eines im Voraus festgelegten Toleranzbereichs der vorbestimmten Position liegt, wird das Schneidwerkzeug zu einer anderen Schneidklinge bzw. Schneidplatte weitergeschaltet, oder (b) wenn die aufgezeichnete Position außerhalb eines im Voraus festgelegten Toleranzbereichs der vorbestimmten Position liegt, wird die Position der Schneidklinge bzw. Schneidplatte im Schneidkopf axial in einem Ausmaß eingestellt, um die Schneidseite somit innerhalb des im Voraus festgelegten Toleranzbereichs anzuordnen.
Vorzugsweise wird die Sonde normal auf die Längs- und Profilrichtungen der schneidseitigen Freifläche der Schneidklinge positioniert, oder die Sonde wird normal auf die Schneidachse positioniert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Messen der radialen Position der Schneidklingen eines Stirnfräsers.
Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Oberfläche des Schneidkopfs von Fig. 1, welche die Sonde in Kontakt mit der Schneidkante der Schneidklinge darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Messen der radialen Position von Schneidklingen eines Stirnwälzfräsers.
Fig. 4 zeigt den Stand der Technik eines Verfahrens zum Weiterschalten bzw. Indexieren und Versetzen, um auf diese Weise die radiale Position von Schneidklingen eines Stirnwälzfräsers zu messen.
Fig. 5 veranschaulicht in einem Diagramm das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das auf einen Stirnfräser angewendet wird.
Fig. 6 zeigt in einem Diagramm das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das auf einen Stirnwälzfräser angewendet wird.
Fig. 7 stellt eine Seitenansicht der Schneidklinge in Fig. 5 oder Fig. 6 dar.
Fig. 8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt der Schneidklinge der Fig. 5 oder 6 sowie eine Vielzahl von Sondenausrichtungen.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung des Spitzen- und des radialen Auslaufs, gemessen im Verfahren der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In allen Figuren werden ähnliche Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren zum radialen Ausrichten einer eingesetzten Klingen-Stirnfräsers. Für Diskussions- und Veranschaulichungszwecke ist in den Zeichnungen nur eine Schneidklinge 3 dargestellt, die aus der Vorderfläche des Schneidkopfs 2 vorragt, jedoch ist zu verstehen, das für die tatsächlichen Fräszwecke eine Vielzahl von stabartigen Klingen aus der Stirnseite des Schneidkopfs vorragt. Eine Stabklinge 3 (Fig. 2) umfasst eine hintere Fläche 4, eine vordere Spanfläche 6, eine schneidseitige Freifläche 8, eine freiseitige Spanfläche 10 sowie eine obere Freifläche 11. Eine Schneidkante 12 ist an der Schnittgrenze von vorderer Spanfläche 6 und schneidseitiger Fläche 8 ausgebildet. Die Schneidklinge 3 ist in einem Schneidkopfschlitz 14 positioniert, in welchem die Vorderfläche 16 im Wesentlichen auf dem Radius des Schneidkopfs 2 liegt.
Der Schneidkopf 2 ist auf der Spindel einer Schneidmess-/Inspektionsmaschine wie der zuvor erwähnten Inspektionsmaschine Gleason Nr. 563 montiert. Die Messmaschine umfasst auch eine Kontaktsonde 20, die eine Sonden-Endkugel 22 und einen Plattenanschlag 30 aufweist. Die Sonde 20 kann von der Schneidachse T in einer axialen Ebene 24, welche die Schneidachse T enthält, weg und zu dieser hin bewegt werden. Der Pfeil 26 zeigt die Bewegung der Sonde 20 zur Achse T hin und weg.
Wie bereits zuvor ausgeführt, wird der Endpunkt jeder Klinge mit dem Klingenanschlag 30 in Kontakt gebracht (Fig. 2), um alle Klingen in einer einheitlichen Höhe mit Bezug auf den Schneidkopf 2 axial zu positionieren. Der Fräser wird daraufhin rotiert um die Schneidklinge 3 angrenzend an die Sondenkugel 22 zu positionieren, wobei diese Rotation durch händische Mittel bewirkt wird, so z. B. durch ein Handrad auf der Messmaschine. Befindet sich die Schneidklinge 3 angrenzend an die Sondenkugel 22, wird die Sonde nach innen entlang der Richtung 26 zur Werkzeugachse T hin bewegt, bis ein Kontakt mit der Seitenfläche 8 der Schneidklinge an einem Punkt entlang der Höhe der Schneidklinge erfolgt. Der Fräser 2 wird daraufhin rotiert, um die Sondenkugel 22 zur Schneidkante 12 hin relativ zu bewegen, wodurch eine Bewegung der Sonde 20 in eine Richtung ausgelöst wird, die entgegengesetzt zu der durch den Pfeil 26 angezeigten Richtung liegt. Aufgrund des Freiwinkels γ der Schneidseitenfläche 8 (d. h. der Winkel zwischen der momentanen Richtung der Schneidbewegung 28 und der Schneidseitenfläche 8) und seiner Ausrichtung mit Bezug auf die Sonde 20 wird bei Rotation des Fräsers die Sonde 20 entlang der Richtung 26 bewegt und erreicht ihre maximale Entfernung von der Werkzeugachse T an der Schneidkante 12, der in Fig. 2 dargestellten Position. An dieser Position wird die Position der Sonde aufgezeichnet, wodurch die radiale Position der Schneidklinge 3 angegeben ist.
Bei Stirnfräsern liegt die momentane Schneidrichtung 28 normal auf den Radius des Fräsers, der innerhalb der Ebene 24 liegt. Da die Schneidrichtung 28 normal auf die Ebene 24 liegt, ist sie auch normal auf die Richtung der Vor-/Rück-Bewegung 26 der Sonde. Der Winkel zwischen der Schneidseitenfläche 8 und der Sonde 20 ist durch ψ dargestellt, welches somit gleich 90-γ ist.
Die Position der Sonde 20 am Punkt entlang der Schneidkante 12 wird notiert und mit einer erwünschten Position verglichen; wenn die tatsächliche Anzeige außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt, wird eine neue Klingenposition berechnet, der Klingenanschlag 30 wird erneut in die geeignete Richtung 32 zur neuen Position hin ausgerichtet, und die Schneidklinge 3 wird mit dem repositionierten Schneidanschlag 30 in Kontakt gebracht. Eine Bewegung der Schneidklinge 3 axial mit Bezug auf ihre ursprüngliche Position im Schneidkopf 2 nach oben oder nach unten bewirkt eine radiale Verschiebung der Schneidkante weg von der Werkzeugachse T oder zu dieser hin.
Dasselbe Verfahren wird für alle Klingen (z. B. die innen- und Außenklingen) angewandt, so dass schließlich alle ähnlichen Klingen während des Zerspannungsvorgangs im Wesentlichen demselben Weg folgen. Dieser Vorgang des Messens und Ausrichtens ist jedoch zeitintensiv, hängt sehr stark von der Winkelposition φ des Fräsers ab und hängt stark von der Geschicklichkeit der Bedienperson ab, die Sonde 20 direkt auf der Schneidkante 12 genau zu positionieren.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Messen der radialen Position der Schneidklinge auf einem Stirnwälzfräser, wobei die Messung in der axialen Ebene 24, die die Werkzeugachse T und die Richtung der Sondenbewegung 26 enthält, erfolgt. Anders als bei Stirnfräsern, bei welchen die momentane Schneidrichtung 28 normal auf den Schneidradius liegt (Fig. 1), liegt die Schneidrichtung 28 auf einem Stirnwälzfräser in jedem Moment normal auf einen zykloiden Radius 36, dessen Ursprung im Punkt 38 (Tangentialpunkt des Radius 36 und eines Schneidgrundkreises 34) liegt. Dies geht auf die Versetzung "a" der Klinge 3 im Schneidkopf 2 (die beinahe mit der Versetzung des Klingenschlitzes 15 im Schneidkopf 2 identisch ist) zurück. Die Position der Schneidklinge in Fig. 3 zeigt effektiv eine Verschiebung in der Winkelposition des Fräsers gleich φ, relativ zu einem Schneidwinkel von φ = 0 in Fig. 1. Diese Verschiebung im Schneidwinkel stellt sowohl die schneidseitige Freifläche 8 und die vordere Spanfläche 6 der Schneidklinge in bedeutend größeren Winkeln relativ zur Richtung der Sondenbewegung 26 dar, als sie in der Konfiguration des Stirnfräsers der Fig. 1 sichtbar sind, wodurch die Stirnwälzanordnung noch empfindlicher für eine Fehlausrichtung der Schneidwinkelposition und eine ungenaue Anordnung der Sondenkugel 22 auf der Schneidkante 12 gemacht wird.
Fig. 4 ist eine weitere Anordnung nach dem Stand der Technik zum Messen der radialen Position von Schneidklingen auf einem Stirnwälzfräser. In dieser Anordnung ist die Mess-/Inspektionsvorrichtung mit der Fähigkeit zum Indexieren und Versetzen der Klinge ausgestattet. Die Fähigkeit zum Indexieren ermöglicht eine Regulierung der Winkelposition des Schneidkopfs 2 (φ = 0 in Fig. 4) und sorgt dafür, dass von einer Klinge zur nächsten ähnlichen Klinge indexiert wird. Diese Art der Vorrichtung ist auch mit einem Freiheitsgrad zur Bewegung der Sonde 20 in eine Versetzungsrichtung "b" ausgestattet.
Bei der Vorrichtung der Fig. 4 wird eine Schneidklinge in eine Position indexiert, in welcher die momentane Schneidrichtung 28 normal auf den in der axialen Ebene 24 enthaltenen Schneidradius liegt, d. h. eine Position, in welcher der zykloide Radius 36 parallel zur Ebene 24 liegt. Befindet sich die Schneidklinge in dieser Position, so ist es notwendig, dass die Sonde 20 von ihrer Position in der axialen Ebene 24 (wie in Fig. 3 dargestellt) um ein Versetzungsausmaß "b" in eine neue Position bewegt wird, um entlang des zykloiden Radius 36 bewegt zu werden, so dass die Schneidkante 12 an einem Punkt entlang ihrer Höhe kontaktiert wird. In diesem Moment ist die Empfindlichkeit auf Fehlausrichtung des Schneidrotationswinkels und der Sondenversetzung vergleichbar mit jener Empfindlichkeit, die in Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert wurde.
Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht eine Schneidkopfs 2 sowie einer Sonde 20 und stellt das Messverfahren der Erfindung zum Bestimmen der radialen Position der stabartigen Schneidklinge 3 dar, die von der Fläche eines Schneidkopfs 2 vorragt. Der Erfinder hat nun entdeckt, dass ein zusätzliches Rotations-Inkrement des Fräsers über die Rotation der Verfahren nach dem Stand der Technik hinaus eine Klingenposition liefert, wodurch das ungenaue Positionieren der Sondenkugel auf der Schneidkante einer Schneidklinge und somit ungenaue Anzeigen im Wesentlichen eliminiert werden. Das Verfahren der Erfindung zielt darauf ab, auf einer Vorrichtung durchgeführt zu werden, die das Versetzen einer Sonde, und vorzugsweise das Indexieren einer Platte ausführen kann.
In Fig. 5 wird der Fräser 2 rotiert, um die Schneidklinge 3 in einer Position anzuordnen, in welcher die schneidseitige Freifläche 8 parallel zur Versetzungsrichtung "b" der Probe liegt. In dieser Position liegt die schneidseitige Freifläche 8 vorzugsweise normal auf die axiale Ebene 24 und die Vor-/Rück-Bewegung 26 der Sonde. Diese Positionierung bedeutet, dass die Sondenkugel 22 die Seitenfläche 8 an jedem Punkt entlang einer Linie einheitlicher Höhe mit Bezug auf die Oberfläche des Schneidkopfs 2 überqueren oder kontaktieren kann (z. B. die Linien 25, 27 oder 29 in Fig. 7), wobei sich keine Änderung in der Positionsanzeige der Sonde 22 entlang der Vor-/Rück-Bewegung 26 ergibt. Diese Linien einheitlicher Höhe entlang der Länge der Schneidseitenfläche 8 können auch so beschrieben werden, dass sie durch die Schnittfläche der radialen Ebenen normal auf die Werkzeugachse 1 und die Schneidseitenfläche 8 gebildet werden.
Mit der Anordnung der Erfindung ist es nun möglich, eine radiale Position der Schneidklinge in jeder Position auf der schneidseitigen Freifläche 8 zu bestimmen, was bis dato nur möglich war, indem die Sonde direkt auf der Schneidkante kontaktiert wurde. Das Verfahren der Erfindung vermeidet somit Ungenauigkeiten, die mit der Notwendigkeit des Stands der Technik in Zusammenhang stehen, die Sonde 20 direkt auf der Schneidkante 12 zu kontaktieren, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist; das Verfahren liefert an Stelle dessen eine gesamte Oberfläche (schneidseitige Freifläche 8), auf welcher die Sonde 20 an jedem Punkt auf der seitlichen Freifläche 8 kontaktieren kann. Dieses Verfahren führt zu einem vereinfachten Prozess, der genauere und verlässlichere Ableseergebnisse liefert.
Beim in Fig. 5 dargestellten Stirnfräser wird der Fräser 2 in eine Position rotiert, in welcher die momentane Schneidrichtung 28 normal auf die axiale Ebene 24 liegt, welche die Schneidachse T enthält (wie in Fig. 1 dargestellt). Der Schneider wird daraufhin um ein zusätzliches Ausmaß φ gleich dem Winkel γ rotiert, welcher den Freiwinkel der Schneidseitenfläche 8 relativ zur momentanen Schneidrichtung 28 darstellt. Diese zusätzliche Fräserroation positioniert die Längsrichtung der schneidseitigen Freifläche 8 (von der Schneidkante 12 zur hinteren Fläche 4) parallel zur Versetzungsrichtung "b" (und "c") der Sonde und vorzugsweise normal auf die Vor-/Rück-Bewegung 26 der Sonde (ψ = 90 Grad). In dieser bevorzugten Position ist der Winkel zwischen Vor-/Rück-Bewegung 26 der Sonde und der momentanen Schneidrichtung 28 nicht mehr gleich 90 Grad wie in Fig. 1 sondern vielmehr χ + γ oder 90º + γ.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sich die Sonde 20 in die Versetzungsrichtung (mit keiner merkbaren Bewegung in die Vor-/Rück-Bewegungsrichtung 26) einen Abstand "b" entlang der Schneidseitenfläche 8 von der axialen Ebene 24 zur Schneidkante 12 bewegen, und sie kann sich auch um einen Abstand "c" entlang der Schneidseitenfläche 8 in die entgegengesetzte Richtung von der axialen Ebene 24 zur hinteren Fläche 4 der Schneidklinge bewegen, wobei die Position der Sondenkugel durch strichlierte Linien und das Bezugszeichen 22' bezeichnet ist. Mit dieser Anordnung kann die Schneidklinge auf der Schneidseitenfläche 8 in jedem Abstand von der Schneidkante 12 weg sondiert werden, was die erfindungsgemäße Anordnung gegen eine Fehlausrichtung der Sonde 20 in die Versetzungsrichtungslänge der Bewegung "b" + "c" unempfindlich macht, wodurch weiters die Genauigkeit des Messvorgangs erhöht wird. Das Messverfahren der Erfindung umgeht auch das Erfordernis; direkt auf der Schneidkante 12 zu sondieren, um die radiale Positionsmessung durchzuführen, wie dies in den Verfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Dasselbe Verfahren der Erfindung kann auch auf Stirnwälzfräser in einer ähnlichen Weise, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, seine Anwendung finden. Der Stirnwälzfräser wird in eine Position rotiert, in welcher die momentane Schneidrichtung 28 normal auf die axiale Ebene 24 liegt (Fig. 4), anschließend wird um ein zusätzliches Rotationsinkrement φ rotiert, wodurch bewirkt wird, dass die Schneidklinge in die in Fig. 6 dargestellte Position gebracht wird, worin die Längsrichtung der schneidseitigen Freifläche 8 parallel zur Versetzungsrichtung "b" der Sonde liegt und vorzugsweise normal auf die Vor-/Rückbewegung 26 der Sonde. Mit der Stirnfräs- Anordnung der Fig. 5 ist dieses zusätzliche Inkrement gleich dem schneidseitigen Freiwinkel γ, der zwischen der schneidseitigen Freifläche 8 und der momentanen Schneidrichtung 28 gemessen wird.
Die schneidseitige Freifläche 8 kann mit der Sondenkugel 22 an jedem Punkt entlang einer Linie einheitlicher Höhe mit Bezug auf die Oberfläche des Schneidkopfs 2 kontaktiert werden (z. B. die Linien 25, 27 oder 29 der Fig. 7), welche sich von der Schneidkante 12 (Versetzungsabstand "b") zu einer Position 22' an der hinteren Fläche 4 (Versetzungsabstand "c") erstreckt, gleichzeitig bleibt die Vor-/Rück- Position der Sonde 20 (Richtung 26) im Wesentlichen gleich. Somit macht in Zusammenhang mit dem Stirnwälzfräser der Fig. 6 die erfindungsgemäße Anordnung die Sonde 20 unempfindlich gegen jegliche Fehlausrichtung in die Versetzungsrichtung entlang der Versetzungsbewegungslänge "b" - "c", wodurch die Genauigkeit der Messung weiter erhöht wird. Das Messverfahren der Erfindung umgeht somit die Erfordernis, direkt auf der Schneidkante 12 zu sondieren, wie dies nach dem in Fig. 4 gezeigten Stand der Technik der Fall ist, um die radiale Positionsmessung zu erhalten, wie dies in den Verfahren nach dem Stand der Technik - wie zuvor ausgeführt-erforderlich ist.
Es ist anzumerken, dass es weder notwendig noch bevorzugt ist, dass die Gesamtwinkelbewegung in zwei getrennten Inkrementen erfolgt, wobei die Rotation zwischen den Inkrementen zum Stillstand gebracht wird, obwohl die Positionierung der Schneidklinge hinsichtlich ihrer Rotation in eine Position bereits beschrieben wurde, worin die momentane Schneidrichtung 28 normal auf die axiale Ebene 24 liegt, und danach die Schneidklinge um ein zusätzliches Ausmaß φ gleich dem Freiwinkel der Schneidseitenfläche 8 mit Bezug auf die momentane Schneidrichtung 28 rotiert wird. Statt dessen wird bevorzugt, dass von einer Klinge zur nächsten indexiert wird, indem eine Bewegung durchgeführt wird, um die erfindungsgemäße Anordnung der schneidseitigen Freifläche 8 parallel zur Richtung der Sondenbewegung auszurichten.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausricht-/Messvorrichtung 30, mit welcher das für Stirnfräser und/oder Stirnwälzfräser oben beschriebene Verfahren der Erfindung durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung 40 umfasst eine Maschinenbasis 42, auf welcher ein Werkzeugspindelgehäuse 44 montiert ist, das eine Werkzeugspindel 46 enthält, die um eine Werkzeugachse T drehbar ist. Die Rotation der Werkzeugspindel 46 wird durch einen Gleichstrom-Servomotor 48 in Verbindung mit einer Spielbeseitigungsvorrichtung sowie einem Schnecken- und Zahnradgetriebe (nicht gezeigt) bewirkt. Die Positionierung der Spindel wird durch einen (nicht gezeigten) Drehgeber, z. B. einem von Heidenhain Corporation hergestellten Drehgeber, gesteuert, der mit der Steuerung in einem Rückkopplungs-Regelsystem kommuniziert. Mit der Hand bedienbare Knopfvorrichtungen 50 und 80 umfassen Knöpfe für das Starten des Zyklus sowie für einen Notstop, und ein elektronisches Handrad 52 ermöglicht die Rotation der Werkzeugspindel 46 zu Einstell- und Abgleichzwecken. Ein Bedienungsfeld 54 umfasst einen Anzeigenschirm sowie eine Tastatur, um Information in die Maschinensteuerung einzugeben, wobei diese eine beliebige Steuerung sein kann (z. B. ein PC mit 386SX-25 mhz CPU, CNC, PLC), die zur Steuerung mehrerer Achsen in der Lage ist. Die elektrische Hardware ist in einem elektrischen Stromkasten 82 untergebracht.
Auf der Maschinenbasis 42 sind auch zumindest eine und vorzugsweise zwei Kontaktmesssonden 20 angebracht (eine für die Innen- und eine für die Außenklingen), so z. B. von Heidenhain Corporation hergestellten Kontaktmesssonden, um die radiale Position der Schneidklinge anzuzeigen. Als Alternative können auch Sonden, die nicht kontaktierend sind, verwendet werden. Die Sonden sind in die Sondenbasis 58 zurückziehbar, wobei die Vorschubbewegung vorzugsweise durch eine Feder und die Rückschubbewegung elektrisch oder mittels Vakuum bewirkt wird. Die Vorschub-/Rückschub-Bewegung kann von der Maschinensteuerung gesteuert werden. Die Sonden 20 und die Sondenbasen 58 sind auf dem Tisch 60 positioniert und, wie durch Pfeil 62 veranschaulicht, auf diesem in ihrem Winkel einstellbar (Schwenkeinstellung). Die Anschlagposition der Sonden kann durch jede bekannte Anordnung wie eine lesbare Skala (nicht gezeigt), die auf der Sondenbasis 58 positioniert ist, oder eine elektronische Skala, auf welcher die Anzeigen auf der Skala oder dem Anzeigeschirm, angezeigt werden.
Der Tisch 60 umfasst auch einen Klingenanschlag 30 und eine darauf montierte Basis 66. Der Klingenanschlag 30 ist linear entlang einer Achse 21 beweglich, wobei die Bewegung durch einen Servomotor 68 und die Positionierung durch einen linearen Drehgeber (nicht gezeigt), z. B. einem von Heidenhain Corporation hergestellten Drehgeber, bewirkt werden, welcher mit der Steuerung in einem Rückkopplungs-Regelsystem kommuniziert. Die Fläche des Klingenanschlags 30 ist im Wesentlichen flach und umfasst vorzugsweise Carbid-Material.
Der Tisch 60 ist linear entlang einer Säule 70 (Y-Achse) beweglich, um die Sonden 20 und den Klingenanschlag 30 vertikal zu positionieren. Die Bewegung des Tisches 60 entlang der Y-Achse wird durch einen Einstell-Griff 72, der durch eine Antriebsspindel und eine Mutter oder eine Zahnstangen- und Ritzel-Anordnung betätigt wird, bewirkt. Die Säule 70 ist auf dem Gleitstück 74 angeordnet und darauf beweglich, um die Sonde(n) 20 und den Klingenanschlag 30 entlang der Breite der Maschinenbasis 42 (X-Achse) zu positionieren, wobei diese Bewegung manuell durch den Einstell-Griff 76, der durch eine Antriebsspindel und eine Mutter oder eine Zahnstangen- und Ritzel-Anordnung betätigt wird, bewirkt wird. Das Gleitstück 74 ist auf dem Gleitstück 78 montiert, um die Sonden 20 und den Klingenanschlag 30 zur Werkzeugspindel 46 hin, (Z2-Achse) und von dieser wieder weg zu bewegen, um damit die erforderliche Freifläche für das Aufbringen und Abnehmen von Fräsern auf die und von der Werkzeugspindel 46 zu schaffen. Die Bewegung des Gleitstücks 74 in die Z2-Richtung auf dem Gleitstück 78 wird bewirkt, indem das Gleitstück 74 händisch zur Fräserspindel 46 hin und von dieser wieder weg bewegt wird, wobei ein Anschlag- und Sperrmechanismus (nicht gezeigt) beinhaltet ist, um das Gleitstück 74 in einer wiederholbaren vorgeschobenen Arbeitsposition nahe dem Werkzeugspindelgehäuse 44 zu sperren. Alternativ dazu kann die Bewegung des Gleitstücks 74 auch manuell durch einen Einstell-Griff, der durch eine Antriebsspindel und eine Mutter oder eine Zahnstangen- und Ritzel-Anordnung betätigt wird, bewirkt werden.
Die Positionen des Tisches 60 entlang der Y-Achse und der Säule 70 entlang der X- Achse und gegebenenfalls des Gleitstücks 74 entlang der Z2-Achse werden vorzugsweise mittels Anzeigeskalen (nicht gezeigt) überwacht, die auf der Säule 70 bzw. auf dem Gleitstück 74 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen können elektronische Skalen verwendet werden, um für eine Positionsanzeige für die Y-, X- und/oder Z-Achsen zu sorgen und die Anzeige auf dem Anzeigenschirm anzuzeigen; es können auch Drehgeber und Servomotoren des Rückkopplungs- Regelsystem verwendet werden, um die Positionen der Komponenten entlang der Y- X- und/oder Z2-Achse zu überwachen und zu steuern.
Indem das erfindungsgemäße Verfahren auf der Maschine der Fig. 8 ausgeführt wird, wird ein Fräser auf der Werkzeugspindel 46 montiert und indexiert, indem ein Handrad 52 gedreht wird, um eine Schneidklinge (z. B. eine Außenklinge) in eine in den Fig. 5 oder 6 dargestellte Position zu bringen, abhängig davon, ob der Fräser vom Typ eines Stirnfräsers oder eines Stirnwälzfräsers ist. Der Klingenanschlag 30 ist angrenzend an die Schneidklinge positioniert, indem das Gleitstück 74 in die gesperrte Position entlang der Achse 22 vorgeschoben wird und die Säule 70 und der Tisch 60 in geeignete Positionen entlang der X- bzw. Y-Achse bewegt werden. Der Klingenanschlag 30 wird daraufhin auf eine Bezugsposition entlang der Z1- Achse gesetzt, und die Schneidklinge wird gegen den Anschlag 30 gedrückt und im Schneidkopf 2 festgeklemmt. Die geeignete Sonde 20 wird daraufhin angular mittels Drehgelenk 62 eingestellt und entlang der Richtung 26 vorgeschoben, um die schneidseitige Freifläche 8 angrenzend an die Schneidkante 12 zu kontaktieren; daraufhin wird der Klingenanschlag 30 zurückgezogen. Die Sonde 20 wird daraufhin entlang der Schneidseitenfläche in einer einheitlichen Klingenhöhe durchgeschoben, indem die Sonde entlang der Y-Achse (Versetzungsrichtung "b", siehe Fig. 5 oder 6) bewegt wird. Ändert sich die Positionsanzeige der Sonde in die Vorschub-/Rückschub-Richtung 26, wird die Sonde zurückgezogen, die Drehposition des Fräsers 2 wird durch Drehung des Handrads 52 eingestellt, und die Sondierung wird wiederholt. Ändert sich die Sondenposition entlang der Richtung 26 bei Verschiebung in die Versetzungsrichtung nicht sonderlich, wird die Drehposition der Spindel als Bezugswinkelanzeige gespeichert, und die Y-Achsen-Position der Sonde wird auf eine vorbestimmte Entfernung (z. B. etwa 0,050 Zoll (1,27 mm)) von der Schneidkante 12 eingestellt, danach wird diese Versetzungsposition festgeklemmt. Die Bezugsposition einer Schneidklinge wird nun zu diesem Zeitpunkt festgelegt.
Anstatt des Einstellens des Klingenanschlags 30 in einer vorbestimmten Bezugsposition kann der Klingenanschlag 30 auch mit einer ersten Klinge in Kontakt gebracht werden, und diese Position wird daraufhin als Bezugsposition für die übrigen Klingen verwendet.
Es ist zu verstehen, dass das Einstellen der Sonde 20 mittels Drehgelenk 62, um die Sonde 20 zur Schneidseitenfläche 8 auszurichten, vorzugsweise so ausgeführt wird, dass die Sonde 20 im Wesentlichen normal auf die Profilrichtung (Eingriffswinkel) der Schneidseitenfläche 8 ausgerichtet wird, wie dies durch die Sondenposition 27' in Fig. 9 veranschaulicht ist. Diese bestimmte Sondenausrichtung wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die Sonde eine Sonde mit nur einer Richtung ist, worin ein Kontakt nur entlang einer Richtung der Sondenbewegung angezeigt wird. Die Sonde 20 der Fig. 5 oder 6 ist eine solche Sonde mit nur einer Richtung, die sich entlang der Richtung 26 hinein- und hinausbewegt. In Zusammenhang mit einer solchen Bewegung wird bevorzugt, dass die Sondenausrichtung normal auf die seitliche Freifläche 8 liegt, da diese Ausrichtung die genauesten Ablesungen zulässt. Diese Einstellung erfolgt für gewöhnlich händisch. In dieser Ausrichtung kann die Sonde jeden Punkt entlang der Linie 27 (Fig. 7) kontaktieren und hält ihre Normalität mit Bezug auf sowohl die Längs- als auch die Profilrichtung der Schneidseitenfläche 8 aufrecht.
Im Fall des Sondierens mit einer Sonde, die einen Kontakt dadurch anzeigen kann, indem sie eine Bewegung in zahlreiche Richtungen (z. B. dreidimensional) zulässt, wird bevorzugt, die Sonde normal auf die Ausrichtung der Schneidachse auszurichten. Eine solche Ausrichtung ist durch 25' in Fig. 9 dargestellt. Während ihre bevorzugte rechtwinkelige Beziehung (d. h. eine radiale Ausrichtung) mit der Kontaktlinie 25 aufrecht erhalten wird (Fig. 7), liefert eine geeignete Mehrfach- Richtungs-Sonde, die in dieser Weise positioniert ist, eine wahre radiale Ablesung, da die Sonde in einer radialen Ebene mit Bezug auf den Schneidkopf liegt.
Während die zuvor erwähnten Sondierungsbeziehung in eine oder mehrere Richtungen bevorzugt werden, ist eine normale Ausrichtung zwischen der Sonde 20 und der schneidseitigen Freifläche 8 oder eine normale Ausrichtung zwischen der Vorschub-/Rückschub-Bewegung 26 und der Schneidachse T für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Die Sonde 20 kann jede angulare Beziehung mit Bezug auf die Längs- und/oder Profilrichtung der schneidseitigen Freifläche 8 annehmen, so lange die schneidseitige Freifläche 8 der Klinge parallel zur Richtung der Versetzungsbewegung der Sonde ausgerichtet ist; die bestimmte Winkelbeziehung wird während des Messens aller Klingen des Schneidkopfes aufrecht erhalten. Ungeachtet der Winkelausrichtung der Sonde 20 mit Bezug auf die Seitenfreifläche 8, erfolgt die Hinein-/Hinaus-Bewegung 26 der Sonde 20, wenn die Sonde Punkte entlang einer Linie einheitlicher Höher auf der Freifläche 8 kontaktiert, wenn die Freifläche 8 nicht parallel zur Richtung der Versetzungsbewegung "b" (und/oder "c") liegt. Ist der Schneidkopf angular so positioniert, dass die seitliche Freifläche 8 der Schneidklinge parallel zur Versetzungsrichtung liegt, so verläuft die einzige Bewegung, die angezeigt wird, in die Richtung der Versetzungsbewegung, während das Ausmaß der Hinein-/Hinaus-Bewegung 26 der Sonde 20 gleich Null ist.
Wie bereits zuvor mit Bezug auf sowohl eine Sondierung in ein- als auch in mehrdimensionaler Ausrichtung diskutiert, wird bevorzugt, dass die Winkelbeziehung zwischen der Sonde 20 und der schneidseitigen Freifläche 8 so ausgebildet ist, dass die Richtung der Hinein-/Hinaus-Bewegung 26 der Sonde normal auf die jeweilige Kontaktlinie mit einheitlicher Höhe ist. In der Vorrichtung der Fig. 8 und wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, definiert die Schwenkbewegung 62 zur Winkelpositionierung der Sonde 20 eine Ebene, die normal auf die Y-Achsen-Bewegung (Versetzungsbewegung) und somit auch normal auf die Freifläche 8 steht. Jegliche Winkelposition einer Sonde in dieser Ebene ergibt, dass die Sonde normal auf ihre jeweilige Kontaktlinie mit einheitlicher Höhe auf der seitlichen Freifläche 8 liegt. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform wird die Sonde 20 mit nur eindimensionaler Ausrichtung normal auf die seitliche Freifläche 8 ausgerichtet (d. h. normal auf die seitliche Freifläche 8 sowohl in die Längs- als auch in die Profilrichtung), wie dies bereits obig diskutiert und mittels 27' in Fig. 9 veranschaulicht wurde.
Der Fräser wird daraufhin indexiert, um die nächste Klinge dieser Art in der zuvor gespeicherten Drehposition anzuordnen, und die Klinge wird gegen den Klingenanschlag 30 bewegt, der erneut an der Bezugsanschlagposition festgelegt wird. Die Schneidklinge wird im Schneidkopf festgeklemmt, und die schneidseitige Freifläche 8 wird an derselben einheitlichen Höhe und in denselben Winkelpositionen wie die vorangehende Klinge sondiert, um die radiale Position abzulesen. Die Ergebnisse dieser Messung umfassen Verschiebungen aufgrund von Verformungen der Anordnung (Drehkraft) sowie Verschiebungen der Schneidkante, die durch Toleranzen des Schneidkopfes, Leertoleranzen der Klingen und Toleranzen des Klingenschleifens (-schärfens) hervorgerufen werden.
Für Situationen, in denen sich die bevorzugte Ausrichtung der Sonde normal auf die Profilrichtung der Freifläche 8 befindet (27' der Fig. 9), wenn die radiale Anzeige außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs der Bezugsklinge liegt, wird eine korrigierende Position für den Klingenanschlag 30 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
ΔH = ΔM/sin α
worin:
ΔH = Differenz der Klingenhöhe
ΔM = Differenz der Sondenmessung auf die Bezugsklinge
α = Klingen-Eingriffswinkel
ist.
Für Situationen, in denen sich die bevorzugte Ausrichtung der Sonde normal auf die Richtung der Schneidachse T befindet (25' der Fig. 9), wenn die radiale Anzeige außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs der Bezugsklinge liegt, wird eine korrigierende Position für den Klingenanschlag 30 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
ΔH = ΔM/tan α
worin:
ΔH = Differenz der Klingenhöhe
ΔM = Differenz der Sondenmessung auf die Bezugsklinge
α = Klingen-Eingriffswinkel
ist.
Für Situationen, in denen sich die bevorzugte Ausrichtung der Sonde in keiner der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausrichtungen befindet (wie 29' der Fig. 9), wenn die radiale Anzeige außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs der Bezugsklinge liegt, wird eine korrigierende Position für den Klingenanschlag 30 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
worin:
ΔH = Differenz der Klingenhöhe
ΔM = Differenz der Sondenmessung auf die Bezugsklinge
α = Klingen-Eingriffswinkel
β = Winkel zwischen Schubrichtung der Sonde und einer Linie normal auf das Klingenprofil (z. B. ein Winkel zwischen 29' und 27' der Fig. 9) ist.
Die Klemmung der Schneidklinge wird gelöst, der Klingenanschlag 30 in die korrigierte Position bewegt und die Schneidklinge gegen den repositionierten Klingenanschlag gedrückt (axiale Bewegung der Schneidklinge zu einer neuen Klingenhöhe), um die radiale Position der Schneidklinge in jene der Bezugsklinge zu bringen. Die neu berechnete Position berücksichtigt die Zusammensetzung aller zuvor erwähnten Ungenauigkeiten und Abweichungen, die durch Drehen der Schneidklinge in den Schneidkopf verursacht werden. Die Schneidklinge wird daraufhin in ihrer neuen Position festgeklemmt, und der Fräser wird zur nächsten Klinge dieser Art indexiert. Dieser Vorgang wird für alle Klingen im Schneidkopf wiederholt, wobei die radialen und axialen Positionen jeder Klinge im Computer gespeichert werden. Werden Schneidklingen eines anderen Typs (z. B. Innenklingen) im Schneidkopf angeordnet, kann der Vorgang des Festlegens einer Bezugsklinge und des Messens/Anpassens anderer Klingen dieser Art, wie zuvor ausgeführt, auch für diese Klingenreihe ausgeführt werden.
Vorzugsweise umfasst das Repositionieren des Klingenanschlags 30, dass der Klingenanschlag um etwa 0,2 Zoll (5,08 mm) zurückgezogen und anschließend in die berechnete Position bewegt wird. Diese Verfahren eliminiert jegliche Auswirkungen von Spiel, Stick-Slip und Hysterese, welche die Position des Klingenanschlags beeinflussen könnten, wenn dieser direkt von seiner Ausgangsposition in die berechnete Position bewegt wird.
In manchen Fällen kann die korrigierte Position des Klingenanschlags das zulässige Ausmaß für die axiale Klingenbewegung überschreiten. So kann die axiale Bewegung der Schneidklinge, um eine korrekte radiale Position zu erreichen, dazu führen, dass die Spitze der Klinge Toleranzen relativ zur Bezugsposition des Klingenanschlags 30 überschreitet, wodurch ein inakzeptabler Auslauf der Spitze beim Schneiden die Folge sein kann. Unter diesen Umständen kann die Steuerung das Ausmaß, um das sich die Positionierung des Klingenanschlags ändert, auf ein zulässiges Ausmaß einer axialen Klingenbewegung begrenzen, oder die Steuerung kann den Vorgang des Messens/Ausrichtens anhalten und der Bedienperson signalisieren, dass der Fräser außerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs liegt.
Nachdem der Mess- und Ausrichtvorgang vollständig abgeschlossen wurde, werden sämtliche Informationen hinsichtlich der Repositionierung einiger oder aller Klingen angezeigt und/oder gedruckt. So kann z. B. berechnet und angezeigt werden, dass eine Außenklinge für 50% des Gesamtauslaufs des Schneidradius verantwortlich ist, und die Steuerung kann den Vorschlag unterbreiten, die jeweilige Schneidklinge auszutauschen. Wenn z. B. dieselbe Menge an Auslauf nach dem Einsetzen einer neuen Klinge noch immer vorhanden ist, kann eine Nachricht angezeigt werden, die Bedienperson zu warnen, dass der Schneidkopf selbst defekt sein könnte. Falls erwünscht, können gemessener Radius- und Spitzenauslauf für alle Schneidklingen in graphischer Form angezeigt oder gedruckt werden, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, die einen Fräser mit siebzehn Innen- und siebzehn Außenschneidklingen veranschaulicht.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, Schneidköpfe auf andere Art und Weise zu untersuchen. So kann z. B. das erfindungsgemäße Verfahren als Nur-Messverfahren verwendet werden, um die Position der Klingen in einem Schneidkopf zu bestimmen und somit Ergebnisse, wie z. B. den Spitzen- und/oder Radiusauslauf, zu liefern. Dieses Verfahren, das nur dem Messen dient, kann mit jedem Fräser verwendet werden, insbesondere aber mit einstückigen Fräsern, in welchen die Schneidklinge mit dem Schneidkopf einstückig ausgebildet ist und von diesem vorragt, und in welchen eine axiale Positionierung de Schneidklingen nicht möglich ist. Die Vorrichtung der Erfindung kann auch verwendet werden, um die Klingengeometrie, d. h. z. B. Eingriffswinkel der Schneidkante, zu überprüfen. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, kann die Sonde die schneidseitige Oberfläche irgendwo entlang ihrer Höhe kontaktieren. Dies ermöglicht eine Sondierung z. B. an den Punkten 25' und 29' entlang der Höhe der Fläche 8, wobei die Position dieser zwei Punkte ausreicht, um den Eingriffswinkel der Klinge zu bestimmen, welcher daraufhin mit einem idealen Eingriffswinkelwert oder mit den Eingriffswinkeln anderer Klingen im Fräser verglichen wird.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung lässt auch das Messen an der Schneidkante oder Freikante und hinteren Fläche zu, um die Freiwinkel der schneidseitigen Freifläche bzw. der freiseitigen Freifläche zu überprüfen. Während das Verfahren der Erfindung in Bezug auf die schneidseitige Freifläche 8 beschrieben worden ist, kann dieses auch angewendet werden, um die Position der freiseitigen Freifläche 10 und/oder die vordere Spanfläche 6 zu bestimmen. So ermöglicht z. B. eine Sondierung entlang zweier oder mehrerer einheitlicher Höhenlinien auf der schneidseitigen Freifläche 8 und entlang zweier oder mehrere Linien derselben Höhe auf der vorderen Spanfläche 6, dass die Positionen der jeweiligen schneidseitigen Freiebene bzw. der vorderen Flächenebene bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Information kann die Position der Schneidkante 12 bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine stabilere Messumgebung als im Stand der Technik bereit. Im Stand der Technik sind die Messbedingungen sehr instabil, da die Oberfläche der Sondenkugel die Schneidkante einer Schneidklinge kontaktieren muss. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch eine Oberfläche der schneidseitigen Freifläche bereit, auf welcher die Sondenkugel zu kontaktieren ist. Jeder Punkt auf der schneidseitigen Freifläche kann kontaktiert werden, um die radiale Position der Klinge zu bestimmen. Somit wurde die instabile Bedingung des Oberflächen- Kanten-Kontakts nach dem Stand der Technik durch die extrem stabilen Bedingungen des Oberflächen-Oberflächen-Kontakts nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ersetzt. Mit dem Verfahren der Erfindung wird auch die Empfindlichkeit des Schneidkopfs auf eine Fehleinstellung der Winkelposition dramatisch reduziert.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Ausrichten und Messen ermöglicht auch, dass ein Schneidkopf schneller als mit den Verfahren nach dem Stand der Technik zusammengebaut wird, und die Schneidklingen werden mit einer Genauigkeit ausgerichtet, die in den Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erreichbar wäre. Die vorliegende Erfindung hängt somit weniger von der Fähigkeit der Bedienperson ab, einen genau ausgerichteten Schneidkopf bereitzustellen, als dies in früheren Verfahren der Fall war.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist dennoch zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Modifikationen zu umfassen, die für Fachleute auf dem Gebiet der Technik dieser Erfindung augenscheinlich sind, ohne dabei vom Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der radialen Position von Schneidwerkzeugen des Typs, der eine Vielzahl von stabartigen Schneidklingen (3) umfasst, die abnehmbar in einer Oberfläche eines Schneidkopfs (2) befestigt sind und axial daraus hervorragen, wobei die Schneidklingen eine Schneidkante (12) und eine schneidseitige Freifläche (8) aufweisen, die in einem Freiwinkel (γ) ausgerichtet ist, wobei das Verfahren umfasst:

das Bereitstellen einer Ausrichtvorrichtung, die eine Schneidwerkzeugspindel und eine Messsonde (20) umfasst, die zur Verlagerung in einer Versetzungsrichtung (28) und Vorschub-/Rückschub-Bewegung (26) in einer zweiten Richtung fähig ist;

das Montieren des Schneidwerkzeugs an der Spindel,

das Positionieren der Sonde (20) und der schneidseitigen Freifläche (8) einer Schneidklinge (3) in Bezug aufeinander, wodurch die schneidseitige Freifläche (8) parallel zur Versetzungsrichtung (28) verläuft,

das Sondieren der schneidseitigen Freifläche, um eine Positionsablesung bereitzustellen,

das Aufzeichnen der Positionsablesung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend zum Ausrichten des Werkzeugs, das Vergleichen der aufgezeichneten Position mit einer vorbestimmten Position, und

(a) wenn die aufgezeichnete Position innerhalb eines im voraus festgelegten Toleranzbereichs der vorbestimmten Position liegt, das Weiterschalten des Schneidwerkzeugs zu einer anderen Schneidklinge, oder

(b) wenn die aufgezeichnete Position außerhalb eines im voraus festgelegten Toleranzbereichs der vorbestimmten Position liegt, das axiale Einstellen der Position der Schneidklinge im Schneidkopf in einem Ausmaß, um die Schneidseite innerhalb des im voraus festgelegten Toleranzbereichs anzuordnen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Sonde eine Kontakt-Sonde ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Positionierung der Sonde das Ausrichten der Sonden-Vorschub /Rückschub-Bewegung senkrecht zur Längsrichtung der schneidseitigen Freifläche umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Positionierung der Sonde das Ausrichten der Sonden-Vorschub-/Rückschub-Bewegung senkrecht zur Profilrichtung der schneidseitigen Freifläche umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Sonden-Vorschub-/Rückschub-Bewegung senkrecht zur ersten Richtung verläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Spindel weiterschaltbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schneidkopf und die zumindest eine Schneidklinge einen Schneider vom massiven Typ umfasst.

9. Vorrichtung zum radialen Ausrichten von Schneidwerkzeugen des Typs, der stabartige Schneidklingen (3) umfasst, die abnehmbar in einer Oberfläche eines Schneidkopfs (2) montiert sind und axial daraus hervorragen, wobei die Vorrichtung umfasst:

eine Maschinenbasis (42),

eine Werkzeughalterung, die auf der Maschinenbasis montiert ist, wobei die Werkzeughalterung eine Werkzeugspindel umfasst, die um eine Werkzeugachse (T) in eine Position vorschaltbar ist, in der sich eine schneidseitige Freifläche (8) einer Klinge (3) in einer ersten Richtung (28) erstreckt,

eine Sondenhalterung (60), die auf der Maschinenbasis montiert ist, wobei die Sondenhalterung in Bezug auf die Werkzeughalterung entlang drei zueinander orthogonaler Achsen (X, Y, Z) positionierbar ist,

zumindest eine Sonde (20), die auf der Sondenhalterung montiert ist, wobei die zumindest eine Sonde im Winkel auf der Sondenhalterung positionierbar ist und in der ersten Richtung (28), um die Sondenversetzung zu definieren, sowie in einer zweiten Richtung (26) senkrecht zur ersten bewegt werden kann, um Vorschub-/Rückschub- Bewegung zu definieren,

einen Klingenanschlag (30), der auf der Sondenhalterung montiert ist, wobei der Klingenanschlag entlang einer Achse zur Werkzeughalterung hin und von ihr weg bewegt werden kann.