-
Die
Erfindung betrifft eine Scheiben- oder Abwälzfräsvorrichtung, umfassend einen
Fräskopf mit
einer motorisch antreibbaren, den Scheiben- oder Abwälzfräser tragenden
Spindel.
-
Solche
Scheiben- oder Abwälzfräser werden beispielsweise
bei der Herstellung von Schneckenrädern, Verzahnungen oder Keilwellen
und dergleichen Werkstücke
verwendet. Insbesondere Abwälzfräser lassen
ein sehr schnelles Arbeiten zu, da sie mehrzügig arbeiten. Üblicherweise
ist der Scheiben- oder Abwälzfräser an einer
motorisch angetriebenen, im Bereich der Motorenkopplung drehgelagerten
Spindel angeordnet, über
die der Fräser
rotiert.
-
Für mancherlei
Werkstück
ist eine hohe Oberflächengüte gefordert,
beispielsweise bei profilierten Wellen (Rotoren) zur Förderung
von Flüssigkeiten
oder Ölschlämmen und
dergleichen. Solche Wellen werden zumeist mit einem Abwälzfräser bearbeitet.
Während
des Arbeitens kommt es zu einem Flattern der Spindel, das heißt, zu einer
Spindelbewegung des Abwälzfräsers relativ
zum Rotor, was sich nachteilig auf die Oberflächengüte und die Profiltreue auswirkt.
Infolgedessen ist es bei Arbeiten mit bisher bekannten Abwälzfräsvorrichtungen – und ähnliches
gilt bezüglich
Scheibenfräsvorrichtungen – erforderlich,
das gefräste
Werkstück
zur Erzielung einer ausreichenden, geforderten Oberflächengüte nachzubearbeiten,
insbesondere zu polieren. Auch kann bei bekannten Scheiben- oder
Abwälzfräsvorrichtungen
infolge der zwangsläufig
gegeben Spindelbewegung keine allzu hohe Zerspanungsleistung erreicht
werden, was sich nachteilig auf den Durchsatz auswirkt.
-
Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Scheiben- oder
Abwälzfräsvorrichtung anzugeben,
die die Herstellung von Werkstücken, insbesondere
Rotoren, also profilierten Wellen, mit hoher Oberflächengüte und Profiltreue
bei gleichzeitig hoher erreichbarer Zerspanungsleistung ermöglicht.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer eingangs genannten Scheiben- oder
Abwälzfräsvorrichtung
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Spindel mit dem mit dem Antriebsmotor gekoppelten Ende
in einem Festlager und mit dem anderen Ende in einer am Fräskopf lösbar angeordneten
Lagerplatte drehgelagert ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist mit besonderem Vorteil die Spindel beidseits des Scheiben- oder
Abwälzfräsers gelagert,
an der einen Seite, an der der Antriebsmotor gekoppelt ist, in einem
Festlager, an der anderen Seite in einem Loslager in einer Lagerplatte,
die ihrerseits lösbar
am Fräskopf
angeordnet ist. Diese beidseitige Lagerung vermeidet jedwede Spindelbewegung
während
des Fräsvorgangs,
es kommt also nicht zum eingangs beschriebenen Flattern. Dies ermöglicht es,
Werkstücke,
insbesondere Rotoren, also profilierte Wellen, überhaupt mit einem Abwälzfräser mit
hoher Oberflächengüte bearbeiten
zu können,
und auch die Profiltreue einhalten zu können. Denn während sich
bei Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik Spindelbewegungen einstellen und sich jede Spindelauslenkung
nachteilig auf die Oberflächengüte in Form sogar
sichtbarer oberflächlicher
Fehler und die Profiltreue auswirkt, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
infolge der doppelseitigen Spindellagerung keine Relativbewegung
des Fräsers
zum Werkstück,
so dass eine hohe Oberflächengüte, die keine
weitere Nachbearbeitung erfordert, und eine hohe Profiltreue erreicht
wird. Auch kann eine sehr hohe Zerspanungsleistung erreicht werden,
da die beidseitige Lagerung auch bei großem Materialabtrag eine nachteilige
Auslenkung der Spindel verhindert.
-
Infolge
der Drehlagerung in einem Loslager an der Lagerplatte, die ihrerseits
lösbar
am Fräskopf angeordnet
ist, ist auch ein einfacher Austausch des Fräsers möglich. Es ist lediglich erforderlich,
die Lagerplatte vom Fräskopf
zu lösen
und von der Spindel abzuziehen, wonach das spindelseitig angeordnete Fräswerkzeug
ausgetauscht werden kann. Damit ist auch ein einfacher Vorrichtungsumbau
möglich.
-
Die
Lagerplatte selbst weist zweckmäßigerweise
eine Spindelaufnahme auf, in der ein oder mehrere Wälzlager,
die beim Befestigen der Lagerplatte an der Spindel in Drehverbindung
mit der Spindel bringbar sind, vorgesehen sind. Um eine feste Drehverbindung
zwischen der Spindel und dem Loslager, also dem oder den Wälzlagern,
auf einfache Weise realisieren zu können, ist zweckmäßigerweise in
der Spindelaufnahme wenigstens eine Klemmbuchse vorgesehen, die
bei Aufbringen einer Axiallast beim Befestigen der Lagerplatte an
der Spindel eine die Drehverbindung erwirkende Radialklemmung realisiert.
-
Um
die Lagerplatte an der Spindel fixieren zu können, weist die Spindel zweckmäßigerweise
am die Lagerplatte durchsetzenden Ende ein Gewinde auf, auf das
ein Befestigungsspannelement aufgeschraubt werden kann. Ein solches
Befestigungsspannelement kann eine einfache Mutter sein, die bei Verwendung
einer Klemmbuchse für
eine auf die Buchse wirkende hinreichende Axiallast für die radiale
Klemmung sorgt. Besonders zweckmäßig wird hierfür jedoch
ein hydraulisches Spannelement verwendet, wie sie beispielsweise
von der Firma Albert Schrem Werkzeugfabrik GmbH, DE-89537 Giengen/Brenz,
dort beispielsweise die Typen „D92Polyma-Minora" oder „DK92Polyma-Minora" (diese Aufzählung ist
nicht abschließend),
hergestellt werden. Solche hydraulischen Spannelemente weisen eine
hydraulische Übersetzung
auf, so dass keine Radialkräfte
wirksam werden, während
gleichzeitig definierte, hohe Axialspannungen erzeugt werden können. Die
schwimmende Lagerung der Spannfläche,
hier also der an der Lagerplatte angreifenden Fläche, ermöglicht auch eine sichere Spannung
bei nicht planparallelen Teilen, es ist also ein gewisser Toleranzausgleich
möglich.
Gleichermaßen
ist auch die Montage und Demontage solcher hydraulischer Spannelemente
einfach und schnell durchführbar.
-
Weiterhin
kann die Lagerplatte über
eine, vorzugsweise zwei lösbare
Befestigungseinrichtungen am Fräskopf
befestigt sein. Das heißt,
es erfolgt letztlich eine 2-Punkt- oder 3-Punkt-Fixierung der Lagerplatte,
zum einen über
eine oder zwei Befestigungsstellen am Fräskopf, zum anderen an der Spindel.
Zur Fixierung der Lagerplatte am Fräskopf weist die Lagerplatte
zweckmäßigervveise
eine oder zwei Zapfenaufnahmen auf, wobei in der oder jeder Zapfenaufnahme
eine Klemmbuchse vorgesehen ist, die bei Aufbringen einer Axiallast
beim Befestigen der Lagerplatte an dem Fräskopf eine Radialklemmung zum
Haltezapfen realisiert. Auch hier kommt also eine einfache Aufsteckhalterung
zum Einsatz, wobei der oder die Haltezapfen am die Lagerplatte durchsetzenden
Ende ein Gewinde aufweisen, auf das ein Befestigungsspannelement
aufgeschraubt ist. Zum Befestigen wird also einfach die Lagerplatte
auf die Haltezapfen aufgesteckt, wonach lediglich noch die Befestigungsspannelemente
aufzuschrauben sind. Auch hier werden als Befestigungsspannelemente bevorzugt
Hydraulikspannmuttern verwendet, wie sie bereits zuvor bezüglich der
Befestigung der Lagerplatte an der Spindel beschrieben wurden.
-
Der
Fräskopf
selbst ist zweckmäßigerweise zumindest
um eine Vertikalachse drehbar, um eine Winkelverstellung relativ
zum zu bearbeitenden Werkstück,
insbesondere einem Rotor beziehungsweise einer Welle, zu erwirken.
Weiterhin kann der Fräskopf
auch längs
einer Horizontalachse linear bewegbar sein, mithin also horizontal
zur Welle hin und weg bewegbar sein. Der Fräskopf ist weiterhin horizontal
längs der
Welle bewegbar. Weiterhin ist zweckmäßigerweise auch eine Linearbewegbarkeit längs einer
Vertikalachse vorgesehen, so dass mithin der Fräskopf infolge der Horizontal-
und Vertikalbewegbarkeit sehr beweglich ist, wie auch die Drehbarkeit
um die Vertikalachse eine Winkelverstellung ermöglicht.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäßen Scheiben- oder Abwälzfräsvorrichtung,
-
2 eine
Ansicht, teilweise im Schnitt, der Spindellagerung am Fräskopf, und
-
3 eine
Seitenansicht in Richtung der Linie III in 2 mit Blick
auf die Lagerplatte.
-
1 zeigt
eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Fräsvorrichtung 1, wobei
die Darstellung lediglich die funktionellen Zusammenhänge beziehungsweise
die Bewegungslagerung des Fräskopfes
dem Grunde nach angeben soll. Die Fräsvorrichtung weist ein stilisiert
gezeigtes Vorrichtungsgestellt 2 auf, an dem ein Maschinengehäuse 3 vorgesehen
ist, in dem die zentralen Komponenten der Fräsvorrichtung angeordnet beziehungsweise
beweglich gelagert sind. Eine der zentralen Komponenten der Fräsvorrichtung 1 ist
der Fräskopf 4,
an dem der Fräser 5,
im gezeigten Beispiel die Prinzipdarstellung eines Abwälzfräsers, angeordnet
ist. Der um eine Horizontalachse drehbare Fräser 5 wird über einen
ersten Motor 6 zur Bearbeitung eines Werkstücks, hier
einer Welle 7, angetrieben.
-
Der
Fräskopf 4 ist
um eine Vertikalachse V drehbar im Vorrichtungsgehäuse 3 an
einer entsprechenden Drehlagerung, die hier nicht näher gezeigt ist,
aufgenommen. Um diese Vertikalachse V ist der Fräskopf über einen zweiten Motor 8 drehbar,
so dass die Winkelposition des Fräsers 5 relativ zur
Welle 7 verändert
werden kann.
-
Weiterhin
ist der Fräskopf 4 längs einer
Horizontalachse H bewegbar, kann also horizontal relativ zur Welle 7 verfahren
werden. Hierzu ist der Fräskopf auf
geeigneten Linearführungen
gelagert. Die Bewegung wird über
einen dritten Motor 9 gesteuert. Selbstverständlich bleibt
bei einer Linearbewegung entlang der Horizontalachse H nach wie
vor die Drehbeweglichkeit um die Vertikalachse V erhalten.
-
Schließlich ist
der Fräskopf 4 entlang
der Vertikalachse V auch linear bewegbar, was über den vierten Motor 10 automatisch
erfolgt. Auch hierfür
ist der Fräskopf 4 an
geeigneten vertikalen Linearführungen
linear beweglich gelagert. Selbstverständlich bleibt auch hier bei
einer Bewegung längs
der Vertikalachse V die Bewegbarkeit um die Horizontalachse H sowie
die Verdrehbarkeit um die Vertikalachse V erhalten, so dass unabhängig davon,
um beziehungsweise entlang welcher Achse nun der Fräskopf 4 bewegt
wird, stets alle anderen Beweglichkeiten nach wie vor gegeben sind.
Ein näheres
Eingehen auf konkrete konstruktive Ausgestaltungen hinsichtlich
der Antriebe, Lagerungen und sonstigen Bewegungs- oder Kraftkopplungen ist nicht erforderlich,
da derartige konstruktive Maßnahmen
dem Fachmann hinlänglich
bekannt sind und es im Nachfolgenden grundsätzlich um die Spindellagerung
am Fräskopf 4 geht.
-
Die
Spindellagerung ist näher
in 2 gezeigt. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus
dem Fräskopf 4 im
Bereich seines unteren, freien Endes, wo der Fräser 5 angeordnet ist.
Der Fräser 5 ist
auf einer Spindel 11 befestigt, wozu beispielsweise Passfedern
oder dergleichen verwendet werden können. Die Spindel 11 ihrerseits
ist über
ein spindelseitiges Antriebszahnrad 12 in nicht näher gezeigter
Weise mit dem Antriebsmotor 6 über entsprechende Kupplungen
oder Zwischengetriebe etc. verbunden. Am zahnradseitigen Ende, wo
also die Kopplung zum Motor erfolgt, ist die Spindel in einem Festlager 13 am
Fräskopf
drehgelagert, wobei das Festlager 13 im gezeigten Beispiel
aus drei separaten Wälzlagern 14a, 14b und 14c gebildet
ist. Bei den Wälzlagern handelt
es sich um Schrägkugellager,
wobei die beiden Wälzlager 14a, 14b parallel
geschaltet und gleich ausgerichtet sind, während das Wälzlager 14b mit dem
Wälzlager 14c in
einer O-Anordnung positioniert ist. Die Spindel 11 selbst
ist über
eine Haltemimik 15 axial festgelegt. Diese gesamte fräskopfseitige
Lagerung ist lediglich exemplarisch, kann also auch beliebig anders
ausgestaltet sein. In jedem Fall handelt es sich hier um eine Festlager-Aufnahme
der Spindel 11.
-
Am
anderen Ende ist die Spindel in einer Lagerplatte 16 drehgelagert.
Die Lagerplatte 16 weist eine Spindelaufnahme 17 auf,
in die die Spindel 11 eingreift und diese durchsetzt. In
der Spindelaufnahme 17 ist ein Loslager 18 vorgesehen,
umfassend zwei Wälzlager 19a, 19b,
bei denen es sich ebenfalls um Schrägkugellager handelt, die auch
hier in O-Anordnung positioniert sind. In das Loslager 18 ist
eine Traghülse 20 eingesetzt,
in die wiederum eine Klemmbuchse 21, häufig auch „Speedbuchse" genannt, eingesetzt
und gegen einen inneren Anschlag 22 gelagert ist. An der
anderen Seite ist die Klemmbuchse 22 gegen eine Axialdruckbuchse 23 gelagert, über welche
eine Axiallast auf die Klemmbuchse 21 gebracht werden kann.
Die Spindel 11 selbst durchsetzt die Klemmbuchse 21.
Wird nun eine hinreichende Axiallast auf die Klemmbuchse 21 gebracht,
so nimmt deren Innendurchmesser ab, sie legt sich fest an die Spindel 11 an.
Gleichzeitig erfolgt durch eine Zunahme des Außendurchmessers auch eine hohe Flächenpressung
zur Traghülse 20,
die wiederum fest mit den Innenringen der Wälzlager 19a, 19b verbunden
ist, so dass die gesamte innere Mimik drehgelagert ist.
-
Zum
Aufbringen der Axiallast auf die Klemmbuchse 21 ist ein
Befestigungsspannelement 24 vorgesehen, das auf ein Außengewinde 25 am
Ende der Spindel aufgeschraubt wird. Hierbei kann es sich um eine
gewöhnliche
Mutter handeln, bevorzugt jedoch um eine Hydraulikspannmutter. Wird
diese nun hinreichend weit aufgeschraubt, drückt sie auf die Axialdruckbuchse 23,
die wiederum eine Axiallast auf die Klemmbuchse 21 bringt,
die dann die Spindel 11 fest verklemmt, worüber die
Spindel 11 in dem Loslager 18 drehgelagert ist.
-
Die
Lagerplatte 16 ist des Weiteren auch unmittelbar am Fräskopf 4 befestigt,
und zwar über
zwei lösbare
Befestigungseinrichtungen 26, siehe 3, wobei
in 2 eine Befestigungseinrichtung im Schnitt gezeigt
ist. Am Fräskopf 4 sind
zwei Haltezapfen 27 vorgesehen, die parallel zur Spindel
vorspringen, wobei in 2 nur einer gezeigt ist. Die
Lagerplatte wiederum weist pro aufzunehmendem Haltezapfen 27 eine
Zapfenaufnahme 28 auf, in der wiederum eine Klemmbuchse 29 aufgenommen
und gegen einen Anschlag 30 gelagert ist. Der Klemmbuchse 29 ist
auch hier eine Axialdruckbuchse 31 vorgeschaltet, die wiederum über ein
Befestigungsspannelement 32, auch hier wiederum bevorzugt
eine Hydraulikspannmutter, die auf das Außengewinde 33 am vorderen
Ende des Haltezapfens 27 aufgeschraubt wird, axial belastet
wird, so dass es zur festen Klemmverbindung zwischen Haltezapfen 27 und Klemmbuchse 29 beziehungsweise
der Zapfenaufnahme 28 der Lagerplatte 16 kommt.
-
Ersichtlich
ist also die Spindel 11 an beiden Enden gelagert, dazwischen
befindet sich der Fräser 5,
sei es ein Abwälzfräser, wie
in 2 gezeigt oder ein oder mehrere parallel angeordnete
Scheibenfräser.
Dies führt
dazu, dass die Spindel beim Fräsen keine
sich nachteilig auswirkende Eigenbewegung vornimmt, vielmehr ist
sie über
die beidseitige Drehlagerung lagefest, was ein Fräsen mit
hoher Zerspanungsgeschwindigkeit und -tiefe, also hoher Zerspanungsleistung
ermöglicht,
wie gleichzeitig eine sehr hohe Profiltreue am Werkstück wie auch
eine hohe Oberflächengüte der gefrästen Flächen erreicht wird.
-
Um
den Fräser
austauschen zu können, kann
die Lagerplatte 16 sehr einfach montiert werden. Es ist
lediglich erforderlich, die beiden Befestigungsspannelemente 32 und
das Befestigungsspannelement 24 zu lösen, wodurch die Klemmbuchsen 29 beziehungsweise 21 entlastet
werden und aus der kraft- und formschlüssigen Anlage an den Haltezapfen 27 beziehungsweise
der Spindel 11 gelöst
werden. Nach vollständigem
Abschrauben der Befestigungsspannelemente 32 beziehungsweise 24 kann die
Lagerplatte ohne weiteres von den Haltezapfen 27 und der
Spindel 11 abgezogen werden, wonach der Fräser 5 demontiert
und ein neuer Fräser
aufgesetzt werden kann. Sodann ist die Lagerplatte 16 wieder
auf die Haltezapfen 27 beziehungsweise die Spindel 11 aufzuschieben,
so dass die Haltzapfen 27 beziehungsweise die Gewindespindel 11 die
jeweiligen Zapfendurchbrechungen 28 beziehungsweise die
Spindelaufnahme 17 respektive die jeweiligen Klemmbuchsen 29 beziehungsweise 21 nebst
den zugeordneten Axialdruckbuchsen 31 beziehungsweise 23 durchsetzten,
wonach wiederum die Befestigungsspannelemente 32 beziehungsweise 24 aufgeschraubt
werden. Hierüber
wird dann die Lagerplatte 16 wieder lagefest am Fräskopf und
der Spindel 11 befestigt, die wiederum lagerplattenseitig
drehgelagert ist.