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Die
Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung von aus Kreissegmenten
und geraden Abschnitten zusammengesetzten Formen mit einer Ständerfräse
sind dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Kreuztisch ein Drehtisch
angeordnet ist und auf dem Drehtisch das Werkstück befestigt
ist. Durch die Bedienung von Stellspindeln an Kreuztisch und Drehtisch
können die Werkstücke gegenüber dem horizontal
feststehenden Fräswerkzeug so bewegt werden, dass jeweils
durch Drehung des Drehtellers Kreise bzw. Kreissegmente und durch
Verschiebung des Werkstückes mittels Kreuztisch gerade
Fräsabschnitte mit unterschiedlichen Winkeln realisiert
werden. Gleichfalls möglich ist damit das Bohren von z. B.
strahlenförmigem Lochmustern. Durch Umspannen ist die allseitige
komplexe Bearbeitung des Werkstücks möglich.
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Fräsmaschinen,
insbesondere Frästische für Ständerfräsen,
sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Kreuztische
bzw. Koordinatentische dienen dazu, Werkstücke gegenüber
dem Fräswerkzeug zu positionieren und ggf. zu verschieben.
Moderne CNC-Fräsmaschinen können durch programmgesteuerte
gleichzeitige Bewegung des Koordinatentisches in X- und Y-Richtung
zahlreiche Fräsformen am Werkstück realisieren.
Drehtische werden dazu verwendet, das Werkstück gegenüber
dem Fräswerkzeug zu verdrehen, um beispielsweise in bestimmten
Abschnitten Fräsarbeiten, wie z. B. für Zahnräder,
vorzunehmen.
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Eine
Kombination von Drehtisch und Kreuztisch wird z. B. von der Fa.
Westec (Kreuztisch Epple 310 × 145) angeboten. Dabei ist
der Kreuztisch auf einem Drehtisch angeordnet. Allerdings ist die
Handhabung des Produktes von Fa. Westec für Kreissegmente
problematisch, da am Drehtisch kein Drehvorschub vorgesehen ist.
Eine weitere Lösung wird in der
DD 254905A1 aufgezeigt. Auch
hier ist der Kreuztisch auf dem Drehtisch positioniert. Durch die Anordnung
sollen Fräsarbeiten z. B. zur Herstellung von Zahnrädern
erleichtert werden, indem die Fräsvorgänge in
einem veränderten Winkel wiederholt werden können.
Damit lassen sich mittels Drehung des Drehtisches Kreisabschnitte
und durch Verschiebung des Kreuztisches gerade Abschnitte im rechten Winkel
zueinander auf dem Werkstück realisieren. Bei beiden Lösungen
ist nachteilig, dass gerade Fräsabschnitte nur im rechten
Winkel zueinander möglich sind. Wenn man zueinander im
variablen Winkel angeordnete gerade Fräsabschnitte realisieren
will, erfordert dies jeweils ein entsprechend neues Einspannen des
Werkstücks. Das ist in der Regel nicht praktikabel. Ebenso
ist eine freie Abfolge von Kreissegmentabschnitten und geraden Abschnitten,
insbesondere bei von 90 verschiedenen Winkeln, nicht handhabbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für
den Frästisch einer Ständerfräse zu schaffen,
die es ermöglicht, Kreissegmentabschnitte mit geraden Abschnitten
unterschiedlicher Winkel zu kombinieren, ohne dass eine elektronische Steuerung
(Computersteuerung) erforderlich ist. Damit sind komplexe Formen,
wie sie bisher nur von CNC-Fräsmaschinen realisiert werden
können, von einfachen Ständerfräsen herstellbar.
Die Vorrichtung ist als Erweiterungsmodul für vorhandene
Ständerfräsen geeignet. Die Fräsarbeiten
sind mit hoher Präzision ausführbar.
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Die
gefundene Lösung bietet dadurch, dass der Drehtisch auf
dem Kreuztisch angeordnet ist die Möglichkeit, das Werkstück
in beliebigen Winkeln zu verdrehen und jeweils gerade Fräsabschnitte
aufeinander folgend mit Kreisabschnitten durch Drehung des Drehtisches
zu realisieren. Dazu ist der Drehtisch mit einer Spindel versehen,
die einen gleichmäßigen Rotationsvorschub ermöglicht.
Die Erfindung lässt sich an allen Ständerfräsen
realisieren, wobei unter Ständerfräsen alle Fräsen
verstanden werden, bei denen das um die vertikale Achse sich drehende Fräswerkzeug
von oben bzw. schräg von oben auf das Werkstück
wirkt, wobei der Kreuztisch bzw. Koordinatentisch die waagerechte
Verschiebung des Werkstücks ermöglicht. Damit
sind auch Ständerbohrmaschinen, Standfräsen und
Drehmaschinen mit Fräsvorrichtung etc. eingeschlossen.
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Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen
Vorrichtung weiterhin erzielbaren Vorteile bestehen darin, dass
durch einen einfachen Aufbau eine kostengünstige Lösung
bereitgestellt wird, um aus geraden Abschnitten unterschiedlicher
Winkel und Kreissegmentabschnitte bestehende komplexe Fräsformen
auf dem Werkstück zu erstellen. Die Abfolge der Verfahrensschritte
gemäß des Hauptanspruches ermöglicht
Fräsformen, bestehend aus geraden Abschnitten, die in einem
frei wählbaren Winkel zu Kreissegmentabschnitten angeordnet
sind. Indem die Werkstücke von verschiedenen Seiten bearbeitet
werden bzw. der Fräsbohrer schräg von oben wirkt,
lassen sich mit der Vorrichtung komplexe Fräsformen auf
einfache Weise erstellen, wie das bisher nur mit teuren CNC-Fräsmaschinen
möglich ist. Mit einem Nachrüstsatz können bekannte
Standfräsen so erweitert werden, dass für das
Verfahren geeignet sind.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung von zusammengesetzten
Fräsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann ein,
zu einem ersten geraden Abschnitt in beliebigem Winkel verdrehter
zweiter gerader Abschnittes durch Verschiebung des Kreuztisches
und nachfolgender Drehung des Drehtisches in einem frei wählbaren
Winkel und anschließender Verschiebung des Kreuztisches
erstellt werden. Dabei ist kein Umspannen des Werkstücks
erforderlich. Somit können gerade Fräsabschnitte
beliebiger Anzahl und in beliebigem Winkel zueinander erstellt werden.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 3 wird das Fräswerkzeug
nicht abgesetzt, so dass die Abfolge der geraden Abschnitte und
Kreissegmentabschnitte ein jeweiliges Neujustieren und Neuansetzen
des Fräswerkzeuges nicht erforderlich machen. Dadurch können
schnell, sauber und fehlerfrei die Fräsformen realisiert
werden. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 sieht vor, dass die Abfolge
der geraden Abschnitte und der Kreissegmente beliebig ist. Damit
können sowohl wechselweise Kreisabschnitte und gerade Abschnitte
ausgeführt werden als auch mehrere Kreisabschnitte bzw. auch
mehrere gerade Abschnitte aufeinander folgen. Nach Anspruch 5 schließt
das Fräsen das Durchtrennen ein, so dass beispielsweise
aus einem Blech Produkte mit entsprechenden Formen herausgearbeitet
werden können.
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Mit
der Weiterbildung nach Anspruch 6 können durch Verwendung
am Kreutztisch und am Drehtisch angeordneter Skalen präzise
Formen realisiert werden.
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Anspruch
7 beschreibt die Vorrichtung zur Herstellung von aus Kreissegmenten
und geraden Abschnitten zusammengesetzten Fräsformen. Die Vorrichtung
bietet die Möglichkeit, die in den Verfahrensansprüchen
1 bis 5 beschriebenen Funktionen zu realisieren. Damit können
komplexe Formen mit einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung
realisiert werden. Durch einen erfindungsgemäßen
Nachrüstsatz können mit bekannten Standfräsen
komplexe geometrische Formen realisiert werde. Damit bietet die
Erfindung eine kostengünstige Lösung für
die Anfertigung entsprechender Werkstücke. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetzten Fräsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen 8 bis 15. Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 8 können durch Längenskalen am
Kreuztisch und einer Winkelskala am Drehtisch maßgenaue
Fräsformen ausgeführt werden. Mit einer Noniusskala
ist damit auch eine Genauigkeit von weniger als einem 10-tel Millimeter
realisierbar. Nach Anspruch 9 sind die Spindeln jeweils mit einer
Kurbel zur Handbetätigung verbunden. Damit ist ein schnelles
und präzises Arbeiten möglich, was sich bei Einzelstücken
bzw. geringen Werkstückzahlen als besonders vorteilhaft
erweist. Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch
10 sind anstelle der Kurbeln Stellmotoren angeordnet. Mit Hilfe
der Stellmotoren kann eine schnellere Verschiebung bzw. Drehung
des Werkstücks erfolgen, was sich bei großen Werkstücken
bzw. größeren Stückzahlen als vorteilhaft
erweist. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 11 sind die Spindeln
durch eine Steuer- bzw. Synchronisiervorrichtung synchronisierbar.
Als Synchronisiervorrichtungen kommen Getriebe, schaltbare Getriebe und
elektronische Steuerungen für die Stellmotoren infrage.
Durch die Synchronisierung können noch komplexerer Formen
realisiert werden. Z. B. kann durch Drehung und gleichzeitige Verschiebung
eine Überlagerung von Gerade und Kreissegment gefräst werden.
Gemäß Anspruch 12 ist die Erfindung dadurch weitergebildet,
dass die Skalen verschiebbar und justierbar sind. Die justierbaren
Skalen können in Bezug zum Kreuztisch bzw. Drehtisch verschoben werden.
So kann mittels der Skala jeweils der Bezugspunkt als Nullwert definiert
werden. Damit erübrigt sich das Umrechnen auf die Skalenwerte.
Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 13 sind an den Skalen verschiebbare
Anschläge angeordnet. Mit Hilfe der Anschläge
wird das maßhaltige Fräsen sowohl der geraden
als auch der kreissegmentförmigen Abschnitte erleichtert.
Das ist besonders von Vorteil, wenn mehrere gleichartige Fräsarbeiten
erforderlich sind. Nach der Weiterbildung gemäß Anspruch
14 sind an den Spindeln Umdrehungszähler angeordnet. Die
Umdrehungszähler können auf den Drehwinkel geeicht
beim Drehtischvorschub das Ablesen des Stellwinkels anzeigen. Bei
den Spindeln des Kreuztisches wird der Vorschub auf diese Weise
ablesbar. Der Umdrehungszähler sollte mit Nullstellfunktion versehen
sein, um eine Umrechnung überflüssig zu machen.
Gemäß Anspruch 15 ist zwischen Werkstück
und Drehtisch ein weiterer Koordinatentisch angeordnet. Der Koordinatentisch
mit Befestigungsmöglichkeit ermöglicht die Justierung
des Werkstücks bezüglich der Drehachse des Drehtisches. Damit
kann schnell und ohne Umspannen des Werkstücks der Mittelpunkt
des jeweiligen zu erstellenden Kreissegmentes eingerichtet werden.
Auf diese Weise können Fräsformen aus mehreren
Kreissegmenten mit unterschiedlichen Mittelpunkten schnell ausgeführt
werden.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 die
Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetzten Fräsformen
in Seitenansicht,
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2 die
Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetzten Fräsformen
mit Werkstück in Draufsicht,
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3 kreisförmige
Fräsformen,
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4 kreisringförmige
Fräsformen,
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5 dreieckige
Fräsformen,
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6 rhombenförmige
Fräsformen,
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7 strahlenförmiges
Bohrlochmuster und
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8 eine
Erweiterung der Vorrichtung mit einem zusätzlichem Koordinatentisch.
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Nachfolgend
werden das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetzten Fräsformen
detaillierter beschrieben. In 1 ist auf der
Grundplatte 13 der Kreuztisch 5 befestigt. Der Kreuztisch 5 wird
u. a. auch als Koordinatentisch bezeichnet. Kreuztische 5 ermöglichen
eine Verschiebung in um jeweils 90 Grad zueinander verdrehte Richtungen.
Der dem Fachmann bekannte Kreuztisch 5 ist hier nur vereinfacht
dargestellt. Der untere Teil des Kreuztisches 5y ermöglicht
die Verschiebung in die Zeichnungsebene hinein beziehungsweise heraus.
Der darüber angeordnete Teil des Kreuztisches 5x ermöglicht
die Verschiebung dazu um 90 Grad verdreht – in der Ansicht
nach rechts bzw. links (Pfeil). Darüber angeordnet ist
der Drehtisch 3, der um eine Drehachse 14 drehbar
ist. Die Drehachse 14 ist im oberen Teil des Kreuztisches 5x verankert.
Das Werkstück 8 ist mit Spannbacken 11,
z. B. mit den Spannbacken eines Schaubstocks, auf dem Drehtisch 3 befestigt.
Mit dem Fräswerkzeug 7 wird das Werkstück 8 von
oben bearbeitet.
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2 zeigt
eine aus geraden Abschnitten 4.1 bis 4.8 und Kreissegmentabschnitten 1.3 bis 1.9 zusammengesetzten
Fräsform in bzw. auf einem Werkstück 8.
An dieser Darstellung wird die Abfolge der Arbeitsschritte zur Herstellung
der Fräsform an dem Werkstück 8 beschrieben.
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Die
Beschreibung beginnt am unteren geraden Abschnitt 4.1 in
der dargestellten Position des von oben wirkenden Fräswerkzeugs 7 und
verläuft im Uhrzeigersinn. Das Fräswerkzeug 7 ist
in seiner Position fixiert. Zur Herstellung der Fräsform
wird das Werkstück 8 entsprechend mittels Kreuztisch 5 verschoben
und mittels Drehtisch 3 gedreht. Das Werkstück 8 ist
auf dem Drehtisch 3, z. B. mit Spannpratzen 11,
befestigt. Der Drehtisch 3 ist auf dem Kreuztisch 5 befestigt.
Zunächst wird das Werkstück 8 durch Verschiebung
des Kreuztisches 5x nach rechts in die X-Richtung bewegt.
Dazu wird mit der Kurbel 12x die Spindel 6x gedreht.
Wenn sich die linke untere Ecke der Form unter dem Fräswerkzeug 7 befindet,
wird die Bewegung nach rechts beendet. Nachfolgend wird der Kreuztisch 5y durch
die um 90 Grad gedrehte Verschiebeeinrichtung in die -Y-Richtung nach
unten bewegt und so der linke gerade Abschnitt 4.2 gefräst.
Dazu wird mit der Kurbel 12y die Spindel 6y gedreht.
Die Verschiebung endet mit dem Ende des geraden Abschnittes 4.2.
Bis hierher sind die Aufgaben durch bekannte Kreuztischfräsen
realisierbar. Nachfolgend schließt sich der Kreissegmentabschnitt 1.3 an.
Dazu muss die Drehachse 14 im Mittelpunkt des Kreissegmentabschnittes 1.3 positioniert
sein. Die Positionierung des Drehpunktes des Drehtisches 3 kann
durch entsprechendes Einspannen des Werkstückes 8 auf
dem Drehtisch 3 erfolgen. Dazu kann ein verschiebbarer
Schraubstock Verwendung finden. Anschließend wird der Drehtisch 3 um ca.
140 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und so der Kreissegmentabschnitt 1.3 gefräst.
Die Drehung des Drehtisches 3 wird hier durch Betätigung
der Kurbel 12 an der Spindel 2 realisiert. Die Drehung
der Spindel 2 kann durch ein Schneckengetriebe (nicht dargestellt)
auf den Drehtisch 3 übertragen werden. Nachfolgend
wird mit dem Kreuztisch 5 der sich anschließende
gerade Abschnitt 4.4 realisiert, indem die zuletzt verwendete
Verschieberichtung -Y, jetzt um 140 Grad gedreht, des Kreuztisches 5y in
dieselbe Richtung -Y wie im letzten geraden Abschnitt 4.2 weiterbewegt
wird. Anschließend erfolgt durch den Drehtisch 3 eine
Drehung um ca. 20 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn. Nachfolgend wird
der gerade Abschnitt 4.5 gefräst, indem der Kreuztisch 5x in
X-Richtung verschoben wird. Anschließend wird das Werkstück 8 so
positioniert, dass der Drehpunkt des Drehtisches 3 im Mittelpunkt
des Kreissegmentes 1.6 liegt. Die nachfolgenden geraden
Abschnitte 4.7, 4.8 und der Kreissegmentabschnitt 1.9 werden
gemäß in der oben beschriebenen Weise erstellt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem beschriebenen
Verfahren lassen sich Fräsformen ebenso wie Bohrmuster
unterschiedlicher Gestalt realisieren. Es ist möglich,
sowohl Kreisscheiben 1, wie in 3 gezeigt,
als auch Kreisringe 1 bzw. daraus zusammengesetzte Formen
wie in 4 in Werkstücke 8 zu fräsen.
In 5 sind Fräsformen aus gleichseitigen
Dreiecken und in 6 aus Rhomben beispielhaft gezeigt.
Auf dieselbe Weise lassen sich Trapeze und andere regelmäßige
und unregelmäßige Vielecke fräsen. Damit
sind exemplarisch Werkstücke 8 mit aus geraden
Abschnitten 4 zusammengesetzten Fräsformen gezeigt.
Letztlich lassen sich alle geometrischen Formen einschließlich
daraus zusammengesetzter Formen nahezu unbegrenzt realisieren. Das
schließt insbesondere auch Buchstaben, Zahlen, Symbole
und Logos etc. ein. Dabei können diese Fräsformen
als Nut in das Werkstück 8 gefräst werden
oder bei Durchtrennen des Werkstücks 8 aus diesem
herausgetrennt werden. Bei den Nuten sind bekanntermaßen
unterschiedliche Frästiefen kombinierbar. Darüber
hinaus kann das Nutenfräsen und das Heraustrennen von Formen
kombiniert werden.
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Weiterhin
lassen sich v-förmige Nuten z. B. als Führung
für Öffnungs- und Schließbewegungen fräsen.
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Ebenso
lassen sich Bohrmuster erstellen. Insbesondere strahlenförmige
Bohrmuster, wie in 7 gezeigt, lassen sich mit dem
auf dem Kreuztisch angeordneten Drehtisch einfach herstellen.
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Indem
die Werkstücke 8 von verschiedenen Seiten bearbeitet
werden bzw. der Fräsbohrer schräg von oben wirkt,
lassen sich mit der Vorrichtung komplexe Fräsformen auf
einfache Weise erstellen.
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Eine
weitere Verbesserung der Erfindung ist in 8 gezeigt.
Die Darstellung basiert auf 1. Ein zusätzlicher
Koordinatentisch 15, auf dem das Werkstück 8 befestigt
ist, ist auf dem Drehtisch 3 angeordnet. Damit ist das
Verschieben des Werkstücks 8 in Bezug auf die
Drehachse 14 des Drehtisches 3 möglich.
Der Koordinatentisch 15, nach demselben Prinzip wie der
Kreuztisch 5, erlaubt die Verschiebung in zwei Dimensionen.
Auf diese Weise kann der jeweils erforderliche Mittelpunkt des Kreissegmentes über
der Drehachse 14 des Drehtisches 3 positioniert werden.
Damit lassen sich z. B. Kreissegmente unterschiedlicher Mittelpunkte,
wie z. B. Kleeblätter, ohne Umspannen des Werkstücks 8 aneinanderfügen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung dienen der Erleichterung des präzisen
Fräsens. So sind in 2 am Kreuztisch 5 zwei
Längenskalen 10 und am Drehtisch 3 eine
Winkelskala 9, hier prinzipiell und ausschnittsweise dargestellt,
angebracht. Die Längenskalen 10 und Winkelskalen 9 können
in den dem Fachmann bekannten Ausgestaltungen einschließlich
Nonius ausgeführt sein. Darüber hinaus können
am Drehtisch 3 und Kreuztisch 5 im Bereich der
Skalen 9, 10, Anschläge, nicht dargestellt,
für die Verstellung angeordnet sein, die eine entsprechend erleichterte
Ausführung der Fräsarbeiten ermöglichen.
Eine weitere Verbesserung resultiert aus verschiebbaren und justierbaren
Längenskalen 10 bzw. Winkelskalen 9.
Damit kann der Bezugspunkt auf Null gestellt und so der genaue Vorschubwert
anhand der Skala abgelesen werden.
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Durch
einen Umdrehungszähler, nicht dargestellt, an den Spindeln 2 und 6x, 6y ist
eine weitere Verbesserung möglich. Da die Umdrehungen proportional
zum zurückgelegten Weg bzw. Winkel sind, kann so eine präzise
Arbeit erleichtert werden. Eine zusätzliche Verbesserung
ergibt sich, wenn der Umdrehungszähler mit einem Nullsteller
versehen ist. Mit Hilfe eines Zentrierstiftes im Futter des Fräswerkzeuges
kann die Justierung des Werkzeugs erleichtert werden.
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Durch
die Vielzahl der Formen bietet sich die Vorrichtung für
zahlreiche verschiedenartige Anwendungen, wie Modellbau, Formenbau,
Feinmechanik, Schmuckgestaltung, Maschinenbau, Möbelfertigung etc.
an.
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- 1
- Kreissegment,
Kreis, Kreisscheibe, Kreisring
- 2
- Spindel
des Drehtisches, Stellspindel
- 3
- Drehtisch
- 4
- gerader
Abschnitt
- 5
- Kreuztisch
- 6x
- Spindel
des Kreuztisches für X-Richtung
- 6y
- Spindel
des Kreuztisches für Y-Richtung
- 7
- Fräswerkzeug
- 8
- Werkstück
- 9
- Winkelskala
- 10
- Längenskala
- 11
- Befestigungselemente, Spannbacken,
Schraubstock, Spannpratzen, Spannzange
- 12
- Kurbel
- 13
- Grundplatte
- 14
- Drehachse
des Drehtisches
- 15
- Koordinatentisch
- X
- X-Richtung
- Y
- Y-Richtung
- 1.3,
1.6, 1.9
- Kreissegmentabschnitte der
Fräsform
- 4.1,
4.2, 4.4, 4.5, 4.7, 4.8
- gerade
Abschnitte der Fräsform
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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