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Universalfräskopf zum Anbau an eine Fräsmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf einen Universalfräskopf zum Anbau an eine Fräsmaschine, der am Spindelstock
oder Spindelschlitten um die Achse der mit der Maschinenspindel kuppelbaren Eingangswelle
des Fräskopfes drehbar gelagert ist und dessen Frässpindel in einem Arm gelagert
ist, der um eine die Achse der Eingangswelle rechtwinklig schneidende Querachse
schwenkbar im Fräskopfgehäuse angeordnet ist, wobei im Fräskopfgehäuse koaxial zur
Querachse zwei beidseitig des Frässpindelarmes einander diametral gegenüber frei
drehbar gelagerte Kegelräder einerseits über einen Kegelradantrieb mit der Eingangswelle
in Drehverbindung stehen und andererseits über je ein weiteres unmittelbar daneben
und gleichachsig angeordnetes Kegelrad ein auf der Frässpindel befestigtes Kegelrad
antreiben.
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Bei bekannten Universalfräsköpfen der oben kurz geschilderten Art
erfolgt die Übertragung des Drehmoments auf die Frässpindel über zwei parallele
Zahngetriebezüge, was eine für die Auslegung des Getriebes günstige Aufteilung des
insgesamt zu übertragenden Drehmoments gestattet und ferner den Einbau von Spannelementen
zur Beseitigung des Spiels zwischen den Getriebezahnrädern ermöglicht. Eine Änderung
des Einstell-Schwenkwinkels des Frässpindel-Lagerarmes ist nur durch öffnen des
einen Zahnräderzugs möglich, daher umständlich und läßt sich nicht kontinuierlich,
sondern nur in der Zahnteilung entsprechenden Schritten durchführen; außerdem ist
bei den bekannten Fräsköpfen die Ausladung des Fräskopfes wegen einer relativ komplizierten
Getriebeanordnung unerwünscht hoch, und auch die Nachgiebigkeit in der Drehmomentübertragung
zum Fräswerkzeug innerhalb beider Zahnradzüge kann unerwünschte Folgen haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor allem eine
Verbesserung in der Einstellung des Frässpindelarmes zu erreichen und außerdem die
bei dem bekannten Fräskopf wegen des relativ komplizierten Getriebes unerwünscht
große Ausladung des.Fräskopfes zu verkleinern sowie das Getriebe zu vereinfachen.
Der zur Lösung dieser Aufgabe entwickelte neue Universalfräskopf zum Anbau an eine
Fräsmaschine, der am Spindelstock oder Spindelschlitten um die Achse der mit der
Maschinenspindel kuppelbaren Eingangswelle des Fräskopfes drehbar gelagert ist und
dessen Frässpindel in einem Arm gelagert ist, der um eine die Achse der Eingangswelle
rechtwinklig schneidende Querachse schwenkbar im Fräskopfgehäuse angeordnet ist,
wobei im Fräskopfgehäuse koaxial zur Querachse zwei beidseitig des Frässpindelarmes
einander diametral gegenüber frei drehbar gelagerte Kegelräder einerseits über einen
Kegelradantrieb mit der Eingangswelle in Drehverbindung stehen und andererseits
über je ein weiteres, unmittelbar daneben und gleichachsig angeordnetes Kegelrad
ein auf der Frässpindel befestigtes Kegelrad antreiben, ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Rädern eines der auf der Querachse angeordneten
Kegelräderpaare eine starre Drehverbindung besteht und zwischen den Rädern des anderen
Paares eine Einrichtung zur Verdrehung der beiden Räder gegeneinander vorgesehen
ist.
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Damit wird das stufenlose Schwenken des Frässpindelarmes und - in
Verbindung mit einer Feststellvorrichtung für den Arm - auch die Beseitigung des
Spiels in den beiden Getriebezügen leicht möglich.
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Die Einrichtung zur Verdrehung der beiden Räder eines Räderpaares
gegeneinander ist zweckmäßig eine selbsthemmende Schnecke, insbesondere eine Globoidschnecke,
die an einem der beiden Kegelräder gelagert ist und mit einer Verzahnung am anderen
Kegelrad im Eingriff steht.
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Weiterhin erweist es sich für die einfache Ausnutzung der Verspannbarkeit
der Räderzüge durch die Verdreheinrichtung als zweckmäßig, wenn von den beiden Kegelräderpaaren
jeweils die äußeren Räder unmittelbar mit einem auf der Eingangswelle sitzenden
Kegelrad im Eingriff sind, während die inneren Räder mit einem auf der Frässpindel
befestigten Kegelrad kämmen.
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Durch die stufenlose Verdrehbarkeit der beiden Kegelräder eines Kegelräderpaares
gegeneinander ist bei gelöstem Frässpindel-Lagerarm eine stufenlose
Schwenkbewegung
der Frässpindel über einen großen Schwenkbereich erzielbar; wenn man die Frässpindellagerung
- wie dies an sich nicht mehr neu ist - an dem Universalkopf in der jeweils eingestellten
Schwenklage festspannt, gestattet die gegenseitige Verdrehung der beiden Räder eines
Kegelräderpaares auch auf einfache Weise das Spiel in den Zahnräderzügen zu beseitigen
und damit die Drehmomente auf die beiden parallel zueinander im Eingriff befindlichen
Zahnräderzüge zumindest angenähert hälftig aufzuteilen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgeführten Universalfräskopfes veranschaulicht; es zeigt
F i g. 1 eine Gesamtdarstellung des Fräskopfes im Axialschnitt, F i g. 2 einen Teilschnitt
längs der Schnittlinie II-11 der F i g. 1, F i g. 3 einen Teilschnitt längs der
Schnittlinie 111-III der F i g. 1, bei der jedoch die Bauteile in einer abweichenden
Winkelstellung liegen, F i g. 4 eine Teil-Stirnansicht des schwenkbaren, die Lagerhalterung
der Frässpindel bildenden Armes, F i g. 5 einen Querschnitt längs der Schnittlinie
V-V der F i g. 1, F i g. 6 eine schematische Darstellung der Schwenkbarkeit des
schwenkbaren Armes.
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Die F i g. 1 zeigt das Ende des Spindelstockes oder -schlittens der
Fräsmaschine, der in dem Vertikalschlitten 2 horizontal geführt ist. Der Spindelschlitten
bildet den beweglichen Träger einer Bohrspindel 3 und einer Frässpindel 4. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bohrspindel 3 zum Antrieb der den Fräser
tragenden Spindel des Universalfräskopfes benutzt.
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An dem Spindelschlitten 1 ist mit Schrauben 5 ein Flanschkörper 6
befestigt, der den festliegenden Träger für den UniversaIfräskopf bildet. Der Fräskopf
enthält einen Gehäusering 7, an dem ein innerer , Ringkörper befestigt ist, der
seinerseits fest mit einem Drehring 9 verbunden ist, welcher an seinem Umfang eine
Schneckenradverzahnung 10 trägt, die dauernd im Eingriff mit einer in dem Flanschkörper
6 gelagerten Schnecke 11 steht, deren Drehung - durch Handbetätigung an einem Vierkant
12a, der an jedem der beiden Enden der Schnecke 11 vorgesehen ist (F i g. 5) - die
Winkeleinstellung des Gehäuseringes 7 relativ zu dem Flanschkörper 6 ändert. Die
winkelmäßige Blockierung des Gehäuseringes 7 erfolgt mit Hilfe des Spannbolzen
12, deren Köpfe in eine T-förmige Ringnut 13 in dem Gehäuseteil 7 eingreifen.
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In der zentralen Bohrung des Ringkörpers 8 ist die Antriebs-Eingangswelle
14 des Universalfräskopfes gelagert, auf der ein Kegelzahnrad 15 sitzt, dessen Zahnkranz
an der mit Innennuten versehenen Nabe 16 mit Hilfe von Schrauben 17 und Paßstiften
18 festgelegt ist.
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Die Eingangswelle 14 wird durch die Bohrspindel 3 gedreht, die hierzu
mit Kupplungsklauen 19 versehen ist, über die entsprechende Nuten 20 einer
verschiebbaren Muffe 21 vorgreifen, die andererseits weitere Nuten 22 aufweist,
welche über die Klauen 23 der Eingangswelle 14 greifen können. Die verschiebbare
Muffe 21 steht unter der Wirkung einer Feder 24, welche sich auf die primäre Welle
14 abstützt, und deren Entspannungsbewegung durch einen Anschlagbolzen 25 begrenzt
ist, der in der zentralen Bohrung der Eingangswelle 14 zentriert ist. Nach dem Festlegen
des Flanschkörpers 6 an dem Spindelschlitten 1
führt eine Winkelbewegung
der Bohrspindel 3 oder der primären Welle 14 zum Ineinandergreifen der Nuten 20
und der Klauen 19 und infolgedessen zu einer starren Kupplung zwischen der Bohrspindel
3 und der Eingangswelle 14.
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Die Eingangswelle 14 ist an ihrem rückwärtigen Ende in dem Ringkörper
8 durch ein Axialwälzlager 26 und ein Radiallager 27 gelagert. An ihrem vorderen
Ende ist die Eingangswelle 14 über ein Wälzlager 28 und ein Axialdrucklager
29 in der Querwand eines zentralen Führungs- und Halterungsteils 30 gelagert und
abgestützt.
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Der Führungs- und Halterungsteil 30 ist fest mit einem Gehäuse
31 verbunden, das an dem Gehäusering 7 zentriert und festgelegt ist. Das Gehäuse
31 ist längs einer Achse y-y, die ihrerseits senkrecht zur Achse x-x der Spindel
3 liegt, mit einer Zentrierbohrung für zwei Gleitlagerringe 32 versehen, die die
Schwenklagerung des schwenkbaren Armes 33 bilden, in dem die Frässpindel 34 angeordnet
ist. Diese Frässpindel ist in dem schwenkbaren Arm 33 an ihrem vorderen Ende durch
ein Lager 35 und einen Axialanschlag 36, an ihrem hinteren Ende durch ein Nadellager
37 gelagert. Die Frässpindel 34 ist mit äußeren Längsnuten 38 versehen, um
ihren Antrieb von einem auf ihr sitzenden Kegelrad 39 zu gestatten.
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In dem Gehäuseteil 31 sind in Richtung und koaxial zur Achse
Y -y die Enden von zwei Drehzapfen 40, 41 festgelegt, deren einander gegenüberliegende
Endteile mit Hilfe von Gewindeflanschen 42 in Bohrungen 43 zentriert sind,
die in dem schwenkbaren Arm 33 vorgesehen sind. Der Drehzapfen 40 trägt über
die Lager 44 und 45 sowie den axialen Anschlag 46 ein Kegelzahnrad
47; in gleicher Weise trägt der Drehzapfen 41 über Lager 44 und 45 sowie einen axialen
Anschlag 46 ein Kegelzahnrad 48. Die beiden Kegelräder 47 und 48 sind ständig gleichzeitig
im Eingriff mit dem Kegelrad, das die Frässpindel34 antreibt.
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Das Kegelrad 47 ist über eine verschraubte Platte 49 und Paßschrauben
50 fest mit einem Kegel-Zwischen-Zahnrad 51 verbunden, das ständig mit dem Kegelrad
15 der Eingangswelle kämmt; die Kegelräder 47 und 51 bilden ein starr verbundenes
Kegelräderpaar.
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Auf dem Kegelrad 48 ist - in axialer Richtung durch die aufgeschraubte
Platte 49 - ein Kegel-Zwischen-Zahnrad 52 zentriert, das dauernd im Eingriff
mit dem Kegelrad 15 der Eingangswelle 14 steht. Die ein Kegelräderpaar bildenden
Räder 48 und 52 sind winkelmäßig relativ zueinander durch eine selbsthemmende Globoidschnecke
53 verdrehbar, die im Eingriff mit einer Schneckenverzahnung 54 steht, welche
an dem Kegelrad 48 am Umfang seines Zentrieransatzes für das Kegelrad 52 eingearbeitet
ist.
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Die Welle 55 (F i g. 2 und 3) der Globoidschnecke 53 ist durch Lagerschalen
56 in zwei Lagerteilen 57 zentriert, die starr mit einem Tragkörper 58 verbunden
sind, der seinerseits durch Befestigungsschrauben 59 an dem Kegelrad 52 festgelegt
ist. An jedem der Enden der Schneckenwelle 55 ist ein Antriebsvierkant
60 vorgesehen, der durch einen Durchbruch 61 in dem Gehäuseteil
33 zugänglich ist; dieser Durchbruch ist normalerweise durch einen Deckel
62 verschlossen.
Der schwenkbare Arm 33, der die Frässpindel
34
trägt, ist in seiner Winkeleinstellung gegenüber dem Gehäuse durch die
Spannschrauben 63 festlegbar, deren Köpfe in längs Kreisbogen angeordnete
T-Nuten 64 eingreifen; diese Nuten erstrecken sich in dem bogenförmigen Führungsteil
30 im Gehäuse 31 beiderseits der Durchlaßöffnung für den schwenkbaren Arm 33.
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Während des Arbeitens der Fräsmaschine wird das an der Eingangswelle
14 durch die Bohrspindel 3 des Spindelschlittens 2 ausgeübte Drehmoment durch
das Kegelrad 15 auf die beiden Kegel-Zwischen-Zahnräder 51 und
52 übertragen, die jeweils drehfest mit den Kegelrädern 47 und 48 verbunden
sind, welche gemeinsam die Frässpindel 34 über das Ritzel 39 antreiben. Dieser
Antrieb erfolgt ganz unabhängig von der Winkeleinstellung des schwenkbaren Armes
33 um die Achse der Drehzapfen 40 und 41. Die Globoidschnecke 53 wirkt
dabei als drehfeste Sperrkupplung zwischen dem Kegel-Zwischen-Zahnrad
52 und dem Kegelrad 48.
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Um den schwenkbaren Arm 33 in eine andere Winkelstellung zu bringen,
genügt es, nach Lösen der Spannschrauben 63 die Globoidschnecke 53 zu drehen. Da
das Zwischenrad 52 durch das Kegelrad 15 an einer Drehung gehindert
ist, treibt das Kegelrad 48 das Kegelrad 39 auf der Frässpindel 34 an. Das Kegelrad
39 ist dabei gezwungen, sich - wie ein Satellitenrad eines Umlaufgetriebes
- an dem Kegelrad 47 abzuwälzen, das seinerseits durch das Kegelrad
15 blockiert ist; dadurch ergibt sich eine Schwenkbewegung des schwenkbaren
Armes 33 um die Achse der Gleitlagerringe 32 als Schwenkachse; derWinkelausschlagA
dieserSchwenkbewegung kann insgesamt einen Wert von 180° erreichen.
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Das von dem Fräswerkzeug benötigte Drehmoment teilt sich auf die Verzahnungen
der beiden Zwischen-Zahnräder 51 und 52 auf, die gemeinsam mit dem
Kegelrad 15 im Eingriff stehen, sodann auf die Verzahnungen der beiden Kegelräder
47 und 48, die ebenfalls gemeinsam mit dem Frässpindel-Kegelrad 39 kämmen. Es sei
darauf hingewiesen, daß die Spiele in diesen Verzahnungen dadurch ausgeglichen werden
können, daß man die Globoidschnecke 53 in geeigneter Richtung dreht; dies gestattet
eine Aufteilung der zu übertragenden Kräfte auf die beiden Zahntriebe zu im wesentlichen
gleichen Anteilen. Andererseits heben sich die axialen Kräfte, die von den Kegelrädern
47, 51 und 48, 52 auf ihre Drehzapfen 40, 41 ausgeübt werden,
gegeneinander auf, und es werden nur diejenigen Drehmomente auf den Spindelschlitten
1 übertragen, die sich aus den Schneidkräften des Fräswerkzeugs ergeben;
die Biegungsmomente sind jedoch auf einen geringen Wert beschränkt, weil die gesamte
axiale Ausladung des Fräskopfes nur klein ist.
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Nach Lösen der Spannschrauben 12 kann man den Gehäusering 7
und infolgedessen den gesamten Gehäuseteil des Fräskopfes mit Hilfe der Schnecke
11
um die Achse x-x verdrehen. Man kann so der Frässpindel 34 sämtliche
möglichen Neigungslagen innerhalb eines Halbkugelsektors geben, dessen Basis die
durch die Achse y-y gehende Durchmesserebene ist.