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Gewindeschälgerät mit oszillierender Werkzeugspindel Beim Gewindefräsen muss die Werkzeugspindel auf den Steigungswinkel eingestellt werden. Diese Forderung schränkt den Anwendungsbereich verschiedener Typen von Gewindefräsgeräten ein. Bei Schälgeräten z. B. für Aussengewinde geht das Werkstück durch die hohle Werkzeugspindel. Je grösser der Steigungswinkel wird, desto kleiner wird der durchzubringende Werkstückdurchmesser. Ähnlich ist es bei Innengewinden. Je grösser Steigungswinkel und Länge des Gewindes sind, desto schwacher wird bei gegebenem Kerndurchmesser der Gewindedorn. Bei Innengewinden kleinen Durchmessers ist bald die Grenze der Ausführbarkeit erreicht. Dies ist der Grund, warum lange und kleine Innengewinde bisher nicht durch Schälen hergestellt werden konnten.
Man ist in solchen Fällen heute noch auf zeitraubendes Drehen oder Gewindebohren angewiesen.
Die Erfindung beschreibt ein Gewindeschälgerät, bei dessen Konstruktion grundsätzlich neue Wege gegangen wurden und dem die beschriebenen Nachteile nicht mehr anhaften. Die Werkzeugspindel bleibt achsparallel, sie braucht nicht mehr auf den Gewindesteigungswinkel eingestellt werden. Grundgedanke der Erfindung ist, dass die rotierende Spindel eine zusätzliche oszillierende Bewegung in Achsrichtung im Takte der Umdrehung erhält, die so gesteuert wird, dass der Gewindestahl an der Stelle des tiefsten Eingriffes eine zusammengesetzte Bewegung in Richtung der Tangente an die Schraubenlinie vollführt. Sie setzt sich aus der Drehung und der jeweiligen Axialverschiebung zusammen.
Diese oszillierende Bewegung kann z. B. in einfacher Weise erzielt werden, indem man auf die Werkzeugspindel eine Nutscheibe aufsetzt, deren Mittelebene gegen die Spindelachse um den Steigungswinkel des Gewindes geneigt ist. Ein feststehender Stift greift in die Nut ein und zwingt die Spindel zur gewünschten Axialbewegung.
Eine andere Lösung besteht in der Anordnung einer zur Werkzeugspindel parallelen mit ihr 1 : 1 drehschlüssig verbundenen Steuerspindel, die eine auswechselbare Steuerscheibe trägt, deren jeweilige Exzentrizität der gewünschten Axialverschiebung der Werkzeugspindel entspricht. Die Steuerscheibe berührt eine auf der Werkzeugspindel aufgesetzte Kegelscheibe und verschiebt damit die in Gleitlagern laufende Werkzeugspindel im Ausmass der zunehmenden Exzentrizität. Eine Rückstellfeder drückt die Spindel bei abnehmender Exzentrizität gegen die Nullage zurück.
Die Werkzeugspindel mit dem aufgesetzten Werkzeug besitzt Masse. Die bei der oszillierenden Bewegung in Erscheinung tretenden Massenkräfte wirken auf Lagergehäuse und Fundament zurück. Um störende Einflüsse zu vermeiden, werden diese Massenkräfte ausgeglichen. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich beim zweiten Ausführungsbeispiel. Ordnet man der erwähnten Kegelscheibe eine zweite spiegelbildliche an, die auf einem auf der verlängerten Spindel sitzenden axial gegen eine mit dem Spindelende verbundene Feder verschiebbaren jedoch auf Drehung mitgenommenen Ausgleichsgewicht befestigt ist, dann verursacht die Exzenterscheibe jeweils gleich grosse, aber entgegengesetzt gerichtete axiale Bewegungen von Werkzeugspindel und Ausgleichsgewicht, und der Schwerpunkt des ganzen Massensystems bleibt in Ruhe.
Kurze Innengewinde können mit fliegend eingespannten Gewindedornen hergestellt werden. Mit zunehmender Gewindelänge wächst die elastische Durchbiegung des Gewindedornes. Bei langen Gewinden muss das Werkzeug nochmals unterstützt werden. Erfindungsgemäss wird der Gewindedorn in der Bohrung des Werkstückes geführt. Der Gewindedorn läuft knapp neben dem Gewindestahl in einer Stützscheibe, deren Aussendurchmesser dem Kerndurchmesser des Werkstückes entspricht, er ist also ein drittesmal ge-
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lagert. Die Lagerbohrung der Stützscheibe ist exzentrisch zum Aussendurchmesser ; die Exzentrizität ist durch den gewähltenFlugkreisdurchmesser gegeben ; sie bleibt konstant. Um die Gewindetiefe einstellen zu können, ist der Gewindestahl im Messerkopf verschiebbar (zustellbar) ausgeführt.
Vor Beginn des
Schnittes führt sich die Stützscheibe in der dem Kerndurchmesser des Werkstückes entsprechenden Bohrung einer festen Lünette ; die Bohrung ist gleichachsig mit dem Werkstück. Die Lünette ist so nahe an das
Werkstück heranzurücken, dass die Stützscheibe mit überdeckender Führung in die Bohrung des Werkstük- kes eintritt. Die Stützscheibe kann auch in einer Verlängerung des Werkstückes geführt werden, mag sie nun abnehmbar oder angewachsen sein. Die Führung kann gegenüber dem Gewindestahl voreilend oder nacheilend sein.
In Fig. 1 sind die geometrischen Zusammenhänge des neuen Verfahrens dargestellt. Fig. 2 zeigt als
Beispiel im Aufriss ein Gewindeschälgerät, bei dem die oszillierende Bewegung der Werkzeugspindel mit
Hilfe einer Nutscheibe erzeugt wird, Fig. 3 den Grundriss eines Gewindeschälgerätes mit getrennter
Steuerwelle und umlaufender Steuerscheibe. In Fig. 4 und 5 kann man die Führung des Messerkopfes beim
Schneiden langer Innengewinde erkennen.
In Fig. 1 ist 1 das mit Innengewinde zu versehende Werkstück, das sich vergleichsweise langsam dreht, 2 der Gewindedorn in der mit der Ausgangslage identischen Endstellung, in die er nach dem
Schneiden des Gewindes zurückgekehrt ist, 3 ist der im Gewindedorn 2 fest eingespannte Gewindestahl ; in der vorliegenden Darstellung dreht er sich beispielsweise gleichsinnig mit dem Werkstück, jedoch wesentlich schneller. Die Achse des Gewindedornes 2 ist parallel zur Werkstückachse, jedoch um die Exzentrizität e versetzt. ss ist der mittlere Steigungswinkel des zu schneidenden Gewindes.
Dem rotierenden GeW1ndedorn 2 wird eine zusätzliche oszillierende Axialbewegung aufgedrückt, derart, dass die resultierende Bewegung des Mittelpunktes der Stirnschneide des Gewindestahles an der Stelle des tiefsten Eingriffes P mit der mittleren Schraubenlinie des Gewindegrundes zusammenfällt. Dann ist die Bahn des Stirnschneidemittels im Punkte P um ss gegen die durch P und die Werkstückachse bestimmte Ebene geneigt. Es kann zweckmässig sein, den Neigungswinkel der resultierenden Bahn des Mittelpunktes der Stirnschneide des Gewindestahles an der Stelle des tiefsten Eingriffes P etwas grösser oder kleiner als den theoretischen Steigungswinkel ss zu wählen.
In Fig. 2 stellt 4 ein Lagergehäuse im Aufriss dar, in dessen Lagern 5 sich die Werkzeugspindel 6 axial frei verschiebbar dreht. Der Gewindedorn 7 mit dem Gewindestahl 8 steckt in einer Aufnahme der Werkzeugspindel 6. Die Spindel 6 wird über einen Riementrieb (10,11) durch den Motor 9 angetrieben.
Eine der beiden Riemenscheiben 10 und 11 ist breiter als die andere, so dass der Riemen axial wandern kann. Auf der Werkzeugspindel 6 sitzt eine auswechselbare Steuerscheibe 12, in deren Nut ein fester Gleitstein 13 eingreift ; die Ebene der Nut ist um den Steigungswinkel ss gegen die Achse geneigt und so orientiert, dass die Stirnschneide des Profilstahles 8 an der Stelle des tiefsten Eingriffes die gewünschte Tangentialbewegung vollführt.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel im Grundriss zu erkennen. Die Werkzeugspindel 14 mit dem Gewindedorn 7 und dem Profilmesser 8 ist über Zahnräder 17, 18 im Verhältnis 1 : 1 mit der Steuerspindel 15 gekuppelt. Der im Grundriss nicht erkennbare Antriebsmotor treibt auf die Riemenscheibe 16 der axial spielfrei gelagerten Steuerspindel 15. Am Ende der Steuerspindel 15 sitzt eine auswechselbare Steuerscheibe 19. Die Werkzeugspindel 14 trägt fest aufgekeilt eine Kegelscheibe 20 und axial gegen die Rückholfeder 23 verschiebbar jedoch auf Drehung verbunden das Ausgleichsgewicht 22 mit Kegelscheibe 21 entgegengesetzter Neigung.
Im Verlaufe einer Umdrehung werden die Kegelscheiben 20,21 durch die Steuerscheibe 19 mit wachsender Exzentrizität gegengleich auseinandergedrückt ; bei abnehmender Exzentrizität nähern sie sich wieder unter dem Einfluss der kräftigen Rückholfeder 23. Die jeweilige Exzentrizität der Steuerscheibe 19 ist so bemessen, dass die Stirnschneide des Profilstahles 7 an der Stelle des tiefsten Eingriffes die gewünschte Tangentialbewegung vollführt. Das Ausgleichsgewicht 22, dessen Masse zumindest angenähert der Masse der Werkzeugspindel 14 samt den mit ihr fest verbundenen Teilen entspricht, bewegt sich jeweils in entgegengesetzter Richtung, jedoch mit absolut gleich grosser Geschwindigkeit. Daher bleibt der Schwerpunkt des Systems in Ruhe und es können keine störenden Massenkräfte auftreten.
Beim Schneiden langer Innengewinde muss der Gewindedorn länger als das Werkstück sein. Er würde sich unter dem Schnittdruck unzulässig durchbiegen, muss daher nochmals unterstützt werden. In Fig. 4 ist der in der Werkzeugspindel 24 eingesteckte lange Gewindedorn 25 zu erkennen. Er nimmt den Messerkopf 26 mit dem Gewindestahl 27 auf und ist unmittelbar neben dem Messerkopf 26 in der sternförmigen Stützscheibe 28 nochmals geführt. Diese ist im Aussendurchmesser dem Innendurchmesser des Werkstückes angepasst, liegt aber in der Ausgangsstellung in der gleichen Durchmesser besitzenden Gleitbüchse 30 der
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festen Lünette 29 ; sie wird mit dem Gewindedorn 25 vorgeschoben.
DieLünette 29 sitzt so nahe am Werkstück 31, dass die Stützscheibe 28 überdeckend von der Lünette in das Werkstück übergeht, so dass sie ohne Unterbrechung gestützt wird. Die Fig. 5 stellt den Grundriss dar ; es ist die Exzentrizität e der Werkzeugspindel 24,25 gut zu erkennen.
Gewindedorn 25 und Messerkopf 26 können aus jeder Lage in die Ausgangsstellung zurückgefahren werden, wenn man vorher den Gewindestahl in eine Stellung dreht, in der er ausser Eingriff ist. Die Tiefe des Gewindes wird bei gegebener Exzentrizität durch radiales Zustellen des Gewindestahles 27 geregelt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gewindeschälgerät mit exzentrisch zur Werkstückachse sich drehender zu dieser parallelen Werkzeugspindel, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (6) in ihren Lagern (5) axial frei beweglich gelagert ist und bei langen Gewinden zusätzlich in der Gewindebohrung geführt ist, und dass ihre eine der Drehbewegung überlagerte in deren Takt oszillierende Axialbewegung aufgedrückt wird und dass die zusammengesetzte Bewegung der Stirnschneide des Gewindestahles (3) im Bereich des tiefsten Eingriffes den gleichen Steigungswinkel aufweist wie die zu erzeugende Gewindeschraubenlinie.