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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herrichtung von Schneidewerkzeugen,
insbesondere von Sägeblättern, z.
B. Band- oder Kreissägeblättern. Sie
betrifft eine Vorrichtung zur Flankenbearbeitung von Schneidewerkzeugen
gemäss dem
Oberbegriff des unabhängigen
Anspruches 1.
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Bei
der Herstellung oder der Wiederherstellung von Sägeblättern werden in einer Werkzeugmaschine
zunächst
die gewünschten
Zahn- und Hakenformationen erstellt, wobei die Bearbeitung im Wesentlichen
in der Sägeblattebene
erfolgt. Oft werden Sägezähne aus
einem mechanisch widerstandsfähigen,
thermisch beständigem
Material, bspw. Stellit, eingesetzt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Sägezahnerstellung
sind z. B. in der Schrift WO-A1-96/37329 beschrieben.
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Bei
einer Bearbeitung eines Sägeblattes
entsteht meist ein Überstand,
d. h. Material, das aus der Sägeblattebene
herausragt. Dieser Überstand
muss entweder ganz abgetragen oder in eine wohldefinierte Form gebracht
werden. So ist es z. B. üblich,
die Sägezähne mit
einem Seitenfreiwinkel des Zahnrückens
von 0 – 7° und einem
Seitenfreiwinkel der Zahnbrust von 0 – 7° zu versehen. Die Sägeblattflanken
werden daher während
oder nach der Erstellung der Zahn- und Hakenformationen geschliffen,
wobei die Schleifebene mit der Ebene der Sägeblattflanke übereinstimmen
oder bezüglich
derselben leicht, um höchstens
einige Grad, geneigt sein kann. Zu diesem Zweck wird üblicherweise
eine Schleifscheibe im Wesentlichen in Richtung senkrecht zur Sägeblattflanke an
die Sägeblattflanke
herangeführt.
Dies wird für jede
Zahn- oder Hakenformation oder in periodischen Abständen entlang
des Sägeblattes
wiederholt. Bei der Einrichtung, der Maschine muss die Steuerung
der Schleifscheibenverschiebung zur Sägeblattflanke hin justiert
werden. Die Justierung wird üblicherweise
vorgenommen, indem die Schleifscheibe im Ruhezustand bis zum Anschlag
an die Sägeblattflanke
herangeführt
wird und diese Position eine Referenzposition für alle nachfolgenden Verschiebungen
definiert.
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Die
Stirnseiten von Schleifscheiben, wie sie zum Ebnen von Sägeblattflanken
verwendet werden, unterliegen stets einer Abnützung. Wenn also die Schleifscheibe
immer um dieselbe Wegstrecke zur Sägeblattflanke hin verschoben
wird, so bleibt nach einigen Schleifvorgängen ein Teil des abzuschleifenden Überstands
infolge der Abnützung
der Schleifscheibe stehen. Dies ist inakzeptabel, denn solche Überstände vermindern
drastisch die Präzision
und Effizienz beim Sägen.
Bei Sägeblättern wird
heutzutage eine Massgenauigkeit der Flanke von einigen bis einigen
zehn Mikrometern erwartet. Um die verbleibenden Überstände innerhalb der geforderten
Toleranzen zu halten, muss üblicherweise
die Werkzeugmaschine von Zeit zu Zeit nachjustiert werden. Zum Nachjustieren
wird die Maschine angehalten und durch Heranführen der ruhenden Schleifscheibe an
die Sägeblattflanke
eine neue, dem aktuellen Abnützungszustand
der Schleifscheibe entsprechende Referenzposition definiert. Alternativ
dazu kann auch der verbleibende Überstand
ausgemessen und der Messwert, der ein Mass für den aktuellen Abnützungszustand
der Schleifscheibe ist, zwecks Definition eines neuen Referenzwertes
in die Steuerung eingegeben werden. Jedenfalls ist zur Justierung
und Nachjustierung jeweils ein manuelles Eingreifen einer Bedienungsperson
nötig.
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Die
oben beschriebenen Vorgehensweisen für die Justierung bzw. Nachjustierung
der Werkzeugmaschine haben Nachteile. Die Einrichtzeit wird durch
die anfangs vorzunehmende Justierung verlängert. Schlimmer noch: Eine
einmalige Justierung genügt
nicht, sondern es muss in periodischen Zeitabständen die Maschine abgestellt,
die zu bearbeitende Flanke manuell ausgemessen und die Maschine
nachjustiert werden, was die Bearbeitungszeit verlängert. Das
Ausmessen und die Justierungen sowie Nachjustierungen müssen durch
qualifiziertes Personal vorgenommen werden, was die Herstellungskosten
erhöht
und eine Fehlerquelle in sich birgt.
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Flankenbearbeitung von Schneidewerkzeugen zu schaffen, welche von
den oben geschilderten Nachtei len frei ist. Diese und andere Aufgaben
werden durch die erfindungsgemässe
Vorrichtung, wie sie in dem unabhängigen Patentanspruch 1 definiert
ist, gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Patentansprüchen
definiert.
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Die
Erfindung beruht auf der Idee, die Vorrichtung automatisch mit Hilfe
eines optoelektronischen Positionssensors zur Ermittlung einer Referenzposition
des Schleifwerkzeugs zu justieren bzw. nachzujustieren, um eine
hohe Schleifpräzision
unabhängig
von einer Abnützung
des Schleifwerkzeugs aufrecht zu erhalten.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung zur Flankenbearbeitung von Schneidewerkzeugen, insbesondere
von Sägeblättern, beinhaltet
Mittel zum Einspannen des Schneidewerkzeugs, ein Schleifwerkzeug,
das zumindest senkrecht zur zu bearbeitenden Flanke des eingespannten
Schneidewerkzeugs in der Vorrichtung hin und her verschiebbar ist und
Mittel zur Steuerung der Verschiebung des Schleifwerkzeugs. Sie
beinhaltet ferner einen optoelektronischen Positionssensor zur Ermittlung
einer bezüglich
der zu bearbeitenden Flanke des eingespannten Schneidewerkzeugs
wohldefinierten Referenzposition des Schleifwerkzeugs und Mittel
zur Signalübertragung
vom Positionssensor zu den Steuermitteln.
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Bei
einem Verfahren zur Justierung einer Vorrichtung zur Flankenbearbeitung
von Schneidewerkzeugen, insbesondere von Sägeblättern, mittels eines Schleifwerkzeugs,
welches in der Vorrichtung hin und her verschiebbar ist, wird das
Schneidewerkzeug in der Vorrichtung derart eingespannt, dass die zu
bearbeitende Flanke des eingespannten Schneidewerkzeugs senkrecht
auf zumindest einer Komponente der Verschiebungsrichtung des Schleifwerkzeugs
steht. Das Schleifwerkzeug wird in eine bezüglich des eingespannten Schneidewerkzeugs
wohldefinierte Referenzposition verschoben, und zur Ermittlung von
Absolutpositionen des Schleifwerkzeugs werden Relativverschiebungen
des Schleifwerkzeugs auf diese Referenzposition bezogen. Das Verfahren
wird automatisch ausgeführt,
und die Referenzposition wird mittels eines optoelektronischen Positionssensors
ermittelt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung und eine bevorzugte Ausführungsform davon anhand der
Zeichnungen detailliert erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Vorrichtung,
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2 eine schematische perspektivische Ansicht
von Elementen der erfindungsgemässen Vorrichtung,
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3 – 5 schematische
Draufsichten auf Elemente der erfindungsgemässen Vorrichtung in zwei verschiedenen
Zuständen
und
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6 – 8 eine
perspektivische, eine Fronalansicht bzw. eine Seitenansicht von
Elementen einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Vorrichtung.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Vorrichtung 1 ist in 1 perspektivisch
dargestellt. Die Vorrichtung 1 dient zum Bearbeiten einer
Flanke eines Schneidewerkzeugs 9, z. B. eines Bandsägeblattes,
von dem in 1 nur ein Abschnitt
dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 beinhaltet Mittel 2
zum Einspannen des Sägeblattes 9,
z. B. ein Paar Spannbacken 21, 22 (von denen in 1 nur die vordere sichtbar
ist), die beidseitig, einander gegenüberliegend, an den beiden Flanken 91, 92 des Sägeblattes 9 angreifen
und dieses in einer bezüglich der
Vorrichtung 1 wohldefinierten Position festklemmen. Zur
Bearbeitung der Sägeblattflanke 91 ist
ein Schleifwerkzeug 3, z. B. eine ringförmige Schleifscheibe, vorgesehen.
Die Stirnseite 31 der Schleifscheibe 3, mit der
das Sägeblatt 9 bearbeitet
wird, ist parallel zur Sägeblattflanke 91 ausgerichtet,
d. h. ihre Rotationsachse ist im Wesentlichen senkrecht zur Sägeblattflanke 91 ausgerichtet.
Die Schleifscheibe 3 ist zumindest senkrecht zur Sägeblattflanke 91 in der
Vorrichtung 1 hin und her verschiebbar; daneben könnten auch
Verschiebungen der Schleifscheibe 9 in anderen Richtungen
vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung 1 ist mit einem optoelektronischen Positionssensor 4 zur
Ermittlung einer bezüglich
der zu bearbeitenden Flanke 91 des eingespannten Sägeblattes 9 wohldefinierten Referenzposition
der Schleifscheibe 3 ausgestattet. Zum Schutz des Positionssensors
gegen Verschmutzung sind Mittel 5 zur Erzeugung eines zwischen
der Schleifscheibe 3 und dem Positionssensor 4 strömenden Luftstroms
vorgesehen. Auf diese Komponenten 4, 5 wird anhand
der nachfolgenden Figuren ausführlicher
eingegangen.
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Ausserdem
sind in 1 weitere, aus
dem Stand der Technik bekannte Elemente einer gattungsgemässen Vorrichtung 1 zu
sehen, z. B. ein Antrieb 11 für die Schleifscheibe 3,
eine Zustelleinrichtung 12 für die Schleifscheibe 3,
Winkelverstellungen 13 für die Sägezahnflanke, ein Schlitten 14 für die Längspositionierung
des Sägeblattes
und ein Schlitten 15 für
die Höhenpositionierung
des Schleifkopfes.
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2 zeigt eine schematische
perspektivische Ansicht von wichtigen Elementen der erfindungsgemässen Vorrichtung 1,
wie sie teilweise schon mit Bezug auf 1 erläutert wurden.
Mittels Spannbacken 21, 22 ist ein Sägeblatt 9 in
einer bezüglich
der Vorrichtung 1 wohldefinierten Position festgeklemmt.
Eine Stirnseite 31 einer Schleifscheibe 3 dient
zum Flachschleifen einer der Stirnseite 31 zugewandten
(in 2 dem Betrachter
abgewandten) Flanke 91 des Sägeblattes 9. Bei der
Bearbeitung wird die Schleifscheibe 3 über eine Spindel 32 mit
bekannten, nicht dargestellten Antriebsmitteln zur Rotation, angedeutet
mit einem Pfeil 33, angetrieben. Die Schleifscheibe 3 ist
in axialer Richtung, d. h. senkrecht zur Sägeblattflanke 91,
hin und her verschiebbar, was mit einem Doppelpfeil 34 angedeutet
ist. Die axiale Verschiebung 34 der Schleifscheibe 3 wird
von entsprechenden, an sich bekannten Steuermitteln 6 gesteuert,
was in 2 schematisch
mit einem Pfeil 61 dargestellt ist.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung 1 beinhaltet einen optoelektronischen Positionssensor 4 zur
Ermittlung einer bezüglich
der zu bearbeitenden Flanke 91 des eingespannten Sägeblattes 9 wohldefinierten
Referenzposition der Schleifscheibe 3. Der Positionssensor 4 ist
im diskutierten, bevorzugten Ausführungsbeispiel als Einweg-Lichtschranke
mit einem Lichtsender 41 und einem Lichtempfänger 42 ausgeführt. Der
Lichtsender 41 und der Lichtempfänger 42 sind derart
in der Vorrichtung 1 positioniert, dass vom Lichtsender 41 ausgesandtes
Licht 40 in den Lichtempfänger 42 gelangt. Der
Lichtstrahl 40 verläuft
im Wesentlichen parallel zur Flanke 91 des eingespannten
Sägeblattes 9 und
ist durch die Schleifscheibe 3, je nach ihrer Position,
unterbrechbar. Der Lichtweg 40 liegt vorzugsweise ausserhalb der
Rotationsachse der Schleifscheibe 3 und schneidet vorzugsweise
den bei der Verschiebung 34 durch die Schleifscheibe 3 überstrichenen
Zylinder im äusseren
Bereich. Der Positionssensor könnte
jedoch auch anders als in 2 dargestellt
ausgeführt
sein, bspw. als optoelektronisches Distanzmessgerät zur Messung
der Distanz zwischen der Stirnseite 31 der Schleifscheibe 3 und
dem Positionssensor, der in einer bezüglich der Sägeblattflanke 91 definierten
Position angebracht ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 beinhaltet
ferner Mittel 43, 44 zur Signalübertragung
vom Positionssensor 4 zu den Steuermitteln 6,
bspw. elektrische oder optische Signalleitungen, um das Ausgangssignal
des Positionssensors 4 zur Justierung der Vorrichtung 1 benützen zu
können.
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Das
Justierverfahren wird anhand der 3 – 5 erklärt, welche schematische Draufsichten
auf Elemente der erfindungsgemässen
Vorrichtung 1 in zwei verschiedenen Zuständen zeigen.
In 3 ist ein Anfangszustand
dargestellt, in welchem die Schleifscheibe 3 weit vom Sägeblatt 9 entfernt
ist, so dass der Lichtstrahl 40 der Lichtschranke 4 ununterbrochen
vom Lichtsender 41 zum Lichtempfänger 42 läuft. Schematisch
ist in 3 auch eine Abnützung 35 der
Frontseite 31 der Schleifscheibe 3 eingezeichnet.
Diese Abnützung 35 ist
im Allgemeinen zunächst einmal
unbekannt und ändert
sich auch mit der Zeit, d. h. wird nach jedem Schleifvorgang grösser. Um trotz
dieser unbekannten Abnützung 35 ein
präzises Flachschleifen
zu gewährleisten,
wird das nachfolgend beschriebene automatische Justierverfahren durchgeführt.
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Zum
Justieren der Vorrichtung 1 wird von den Steuermitteln 6,
ausgehend vom Anfangszustand von 3,
eine Verschiebung der Schleifscheibe 3 zum Sägeblatt 9 hin, angedeutet
mit einem Pfeil 36, veranlasst. Die Verschiebung 36 wird
so lange durchgeführt,
bis ein in 4 dargestellter
Referenzzustand erreicht ist. Der Referenzzustand zeichnet sich
durch einen Übergang
vom ununterbrochenen zum unterbrochenen Lichtstrahl 40 aus,
welcher Übergang
von den Steuermitteln 6 anhand einer Änderung des Ausgangssignals
der Lichtschranke 4 leicht feststellbar ist. Die Position,
in welcher sich die Schleifscheibe 3 in diesem Referenzzustand
befindet, wird als Referenzposition von den Steuermitteln 6 gespeichert.
Zur Ermittlung von Absolutpositionen der Schleifscheibe 3 werden
künftige
Relativverschiebungen der Schleifscheibe 3 auf diese Referenzposition
bezogen.
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Dank
der Justierung ist es möglich,
die Schleifscheibe 3 exakt bis zur Flanke 91 des
Sägeblattes 9 heranzuführen, um
bspw. Überstände von der
Flanke 91 zu entfernen und die Flanke 91 exakt in
die gewünschte
Form zu bringen. Der Zustand, in welchem die Stirnseite 31 der
Schleifscheibe 3 an der Sägeblattflanke 91 anliegt,
ist in 5 dargestellt.
In diesem Zustand kann der Lichtstrahl 40 unterbrochen
sein oder auch nicht; dies spielt keine Rolle, weil der Lichtstrahl 40 hauptsächlich zur
vorgängigen Justierung
gebraucht wird.
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Das
Justierverfahren setzt voraus, dass der Abstand d zwischen dem Lichtstrahl 40 und
der Sägeblattflanke 91 bekannt
ist. Dieser Abstand d kann problemlos vor der eigentlichen Justierung
ermittelt werden, weil es sich um einen relativen Abstand handelt.
Zu diesem Zweck kann bspw. die Schleifscheibe 3 von der
Referenzposition bis zur Sägeblattflanke 91 herangefahren
werden, wobei die Steuermittel 6 die Verschiebungsdistanz
d feststellen und speichern.
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Das
Justiervertahren kann bei der Einrichtung der Vorrichtung 1 durchgeführt werden.
Es kann aber auch während
der Bearbeitung des Sägeblattes 9 wiederholt
werden, um der vo ranschreitenden Abnützung der Schleifscheibe 3 Rechnung
zu tragen. So kann es bei Bedarf nach jedem Schleifvorgang wiederholt
werden, oder auch periodisch in grösseren Zeitabständen, bspw.
nach jedem zehnten Schleifvorgang etc. Die Ausführung des erfindungsgemässen Justierverfahrens
wird vorzugsweise durch die Steuermittel 6 gesteuert; zu
diesem Zweck beinhalten die Steuermittel einen Speicher mit den entsprechenden
Anweisungen. Die Steuermittel können
bspw. einen Mikroprozessor umfassen.
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6 – 8 zeigen
eine perspektivische, eine Fronalansicht bzw. eine Seitenansicht
von Elementen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1;
es handelt sich um dieselbe Ausführungsform
wie in 1. Die Schleifscheibe 3 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ringförmig;
sie kann aber durchaus eine andere Form haben, bspw. eine Zylinderform
wie in 2. Der Positionssensor 4 kann
eine kommerziell erhältliche Lichtschranke
sein, z. B. die Einweg-Lichtschranke FPE 200D1Y00 der Herstellerin
Baumer Electric AG, CH-8501 Frauenfeld. Beim letztgenannten Produkt beträgt die Strahldivergenz ±1°. Die eigentliche
Lichtquelle, bspw. ein Laser, und der eigentliche Lichtdetektor,
bspw. eine Photodiode, können
durchaus in grosser Entfernung vom Schleifkopf angeordnet sein. Im
letztgenannten Fall führen
Lichtleiter das Licht zum Schleifkopf hin bzw. vom Schleifkopf weg,
wobei an den Enden der Lichtleiter Linsensysteme zur geeigneten
Aus- bzw. Einkopplung des Lichtstrahls 40 vorgesehen sein
können.
Der Einfachheit halber werden in dieser Schrift diejenigen Elemente
als „Lichtsender 41 „ bzw. „Lichtempfänger 42" bezeichnet,
die den sich in Luft auf der Messstrecke ausbreitenden Lichtstrahl 40 begrenzen.
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Zum
Schutz des Positionssensors 4 gegen Verschmutzung kann
die Vorrichtung 1 Mittel 5 zur Erzeugung eines
zwischen der Schleifscheibe 3 und dem Positionssensor 4 strömenden Luftstroms
aufweisen. Diese Mittel 5 können als Düsen 51, 52 ausgebildet
sein, die jeweils mittels eines Schlauchs 53, 54 mit
einer (nicht eingezeichneten) Pumpeinrichtung verbunden sind.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung 1 hat gegenüber
den bisher bekannten gattungsgemässen Vorrichtungen
eine drastisch verkürzte
Einrichtzeit. Die Vorrichtung 1 ist jederzeit nachjustierbar,
wobei ein Nachjustieren vorzugsweise periodisch durchgeführt werden
kann. Dadurch werden auch die Bearbeitungszeit verkürzt und
die Herstellungskosten gesenkt. Die Justierung und Nachjustierung
erfolgt automatisch, was Bedienungsfehler ausschliesst. Dabei wird
zudem die Präzision
erhöht.
Die Bearbeitung erfolgt dank der Erfindung also schneller, kostengünstiger,
fehlerfreier und präziser
als bisher.
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- 1
- Vorrichtung
- 11
- Antrieb
für Schleifscheibe
- 12
- Zustelleinrichtung
für Schleifscheibe
- 13
- Winkelverstellung
für Sägezahnflanke
- 14
- Schlitten
für Längspositionierung
- 15
- Schlitten
für Höhenpositionierung
- 2
- Einspannmittel
- 21,
22
- Spannbacken
- 3
- Schleifscheibe
- 31
- Frontseite
- 32
- Spindel
- 33
- Rotation
- 34
- Hin-
und Herverschiebung
- 35
- Abnützung
- 36
- Verschiebung
- 4
- Positionssensor
- 40
- Lichtstrahl
- 41
- Lichtsender
- 42
- Lichtempfänger
- 43,
44
- Signalübertragungsmittel
- 5
- Mittel
zur Erzeugung eines Luftstroms
- 51,
52
- Düsen
- 53,
54
- Schläuche
- 6
- Steuermittel
- 61
- Steuerung
- 9
- Sägeblatt
- 91,
92
- Sägeblattflanken