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Fräsmaschine zum Bearbeiten langer Werkstückflächen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Bräsmaschie zum Bearbeiten langer Werkstückflächen mit wenigstens
einer relativ gegenüber dem auf einem Werkstückträger festgehaltenen Werkstück randparallel
bewegbaren Fräseinrichtung.
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Lange Werkstückflächen, wie sie beispielsweise an den Kanten von
plattenförmigen Werkstücken vorkommen, werden häufig auf Hobelmaschinen bearbeitet.
In neuerer Zeit hat sich Jedoch gezeigt, daß das in der Zeiteinheit zu zerspanende
Volumen bei der Verwendung von Fräswerkzeugen wesentlich erhöht werden kann, so
daß Fräseinrichtungen auch für das Besäumen und Xantenprofilieren von metallischen
Werkstücken immer mehr an Bedeutung gewinnen. Beim Fräsen hat man es Jedoch zum
Unterschied zum Hobeln, bei dem ein kontinuierlicher Schnitt auftritt, mit einem
intermittierenden Schnitt zu tun, da die Schneiden des Fräswerkzeuges nicht ständig
im Schnitteingriff sind. Im Grenzfall ist sogar Jeweils nur eine einzige Schneide
im Schnitteingriff, so daß die Schnittkraft in einem solchen Fall zwischen Null
und einem Größtwert schwankt. Das Fräswerkzeug muß daher als
Schwingungsarreger
betrachtet werden, was ein frästechnisches Beruhigen des WertstAckes durch ein entsprechendes
Spannen notwendig macht. Die zwischen einem Kleinst- und einem Höchstwert schwankende
Sch'nittkraft des Fräswerkzeuges beeinflußt jedoch nicht nur die Aufspannung des
Werkstückes, sondern auch die Bewegungen der Fräscinrichtung entlang des \~#rkstückrandes.
Um die durch de Fraseinrichtung ausgelösten Schwingunget- Z;A dämr4fen, wird die
Fräseinrichtung auf einem in G-leitführungen gelagerter Schlitten angeordnet, der
beispielsweise mittels einer Spindel entlang der Führung verschoben werden kann.
Die beim Verschieben des Schlittens auftretende Gleitreibung bewirkt üblicherweise
eine ausreichende Dämpfung der auftretenden Schwingungen. Die zur Schwingungsdämpfung
notwendige Gleitreibung erschwert aber das Verschieben des Schlittens, so daß mit
wirtschaftlich noch vertretbaren Antriebsleistungen keine großen Vorschubgeschwindigkeiten
erreicht werden können. Dieser Umstand wirkt sich kaum beim Arbeitsvorschub des
Schlittens aus, da beim Befräsen der Werkstückkante der Werkzeugvorschub von vornherein
nicht beliebig hoch gewählt werden kann.
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Besonders nachteilig ist die beim Verschieben des Schlittens zu überwindende
Gleitreibung Jedoch, wenn der Schlitten bei seiner Rückführung in die Ausgangslage
sehr rasch bewegt werden soll, um die Nebenzeiten möglichst herabzusetzen.
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Werden Rücklaufgeschwindigkeiten gefordert, die ein Mehrfaches der
Fräsgeschwindigkeit betragen, so müssen beachtliche Antriebsleistungen installiert
werden, die nur für den Eilrücklauf, nicht aber für den Fräsvorschub notwendig sind.
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Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn die Schneiden des Fräswerkzeuges
während ihres Schnitteingriffes in der gleichen Richtung wie das relativ gegenüber
dem Fräswerkzeug bewegte Werkstück angetrieben werden. Bei einem solchen Gleichlauffräsen
kommt es nämlich dazu, daß die Spiele in den Antriebsgliedern für den Schlitten
bei Jedem Schnitteingriff einer Schneide überholend durchlaufen werden, was zu
gefährlichen
Schwingungen führen kann, die nicht mehr ausreichend durch die Gleitführung des
Schlittens gedämpft werden können. Spiele in den Antriebsgliedern des Schlittens
müssen daher möglichst vermieden werden. Zu diesem Zweck ist es bei einem Schlittenantrieb
mit Hilfe einer entlang der Gleitführung verlaufenden Spindel bereits bekannt, die
am Schlitten vorgesehene Spindelmutter zweiteilig auszubilden und die beiden Mutterteile
so weit gegeneinander zu verdrehen, daß praktisch kein Flankenspiel mehr vorhanden
ist. Antriebe mit Hilfe von Gewindespindeln sind Jedoch nur für vergleichsweise
kurze Verschiebewege möglich, da die Torsion der Gewindespindel bei größeren Längen
zu groß wird und die Lagerung der längeren Spindel Schwierigkeiten bereitet. Bei
größeren Verschiebewegen des Schlittens verwendet man daher eine entlang der Gleitführung
verlegte Zahnstange, auf der sich ein im Schlitten gelagertes, antreibbares Ritzel
abwälzt. Dabei muß Jedoch das vorhandene Zahnspiel und die damit verbundene Gefahr
von Schwingungen beim Gleichlauffräsen in Kauf genommen werden.
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Wird nicht das Fräswerkzeug gegenüber dem auf einem ortsfesten Tisch
aufgespannten Werkstück verschoben, sondern das Werkstück mit dem Tisch an dem ortsfesten
Werkzeug vorbeibewegt, so treten selbstverständlich die gleichen Schwierigkeiten
beim Verschieben des Aufspanntisches auf.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Fräsmaschine
zum Bearbeiten langer Werkstückflächen zu schaffen, bei der die entweder durch die
Fräseinrichtung oder durch den Werkstückträger gebildete bewegbare Baueinheit nach
dem Fräsvorschub im Eilgang ohne große Antriebsleistungen zurückbewegt werden kann,
wobei beim Fräsvorschub die notwendige Schwingungsunterdrückung auch beim Gleichlauffräsen
über vergleichsweise lange Strecken gewährleistet sein soll.
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Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art löst
die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch,
daß die durch die Fräseinrichtung
oder durch den Werkstückträger gebildete bewegbare Baueinheit über Laufrollen auf
einer Fahrbahn abgestützt und gegen diese mit Hilfe von Gleitbacken drückbar ist,
die in der bewegbaren Baueinheit gelagert und an wenigstens eine der Fahrbahn gegenüberliegende,
mit ihr fest verbundene, fahrbahnparallele Gleitfläche vorzugsweise mit veränderbarem
Druck anpreßbar sind, und daß in Längsrichtung der Fahrbahn verlaufende, zu dieser
normale Führungsflächen vorgesehen sind, an denen Führungsrollen der bewegbaren
Baueinheit abrollen. Durch das Anpressen der Gleitbacken an die Gleitflächen wird
trotz der Abstützung der bewegbaren Baueinheit auf Rollen eine die auftretenden
Schwingungen ausreichend unterdrückende Verspannung der bewegbaren Baueinheit erreicht.
Für das schnee Rückführen der bewegbaren Baueinheit in ihre Ausgangslage kann Jedoch
der Anpreßdruck der Gleitbacken an die Gleitflächen weggenommen werden, so daß vom
Antrieb nur die Rollreibung überwunden werden muß. Dabei ist es vorteilhaft, wenn
der Anpreßdruck der Gleitbacken an die Gleitflächen nicht vollkommen aufgehoben,
sondern nur so weit verringert wird, daß der Schmierfilm zwischen den Gleitbacken
und den Gleitflächen gerade nicht zerreißen kann.
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In der Praxis hat sich bemerkenswerterweise gezeigt, daß die zur Uberwindung
der rollenden Reibung notwendige Antriebskraft für die bewegbare Baueinheit sogar
geringer als die für den Eilrücklauf erforderliche Beschleunigungskraft sein kann.
Die seitliche Führung der in dieser Weise abgestützten verfahrbaren Baueinheit wird
durch Führungsrollen gebildet, die auf fahrbahnfesten Führungsflächen abrollen.
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Eine einfache Konstruktion ergibt sich dabei nach der Erfindung dadurch,
daß die Fahrbahn aus zwei parallelen Schienen besteht, deren voneinander abgekehrte
Seitenflächen die Führungsflächen und deren freie Unterseiten die Gleitflächen bilden.
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Um die bewegbare Baueinheit auch über längere Strecken weitgehend
spielfrei antreiben zu können, ist gemäß der Erfindung zum Antrieb der bewegbaren
Baueinheit eine entlang der Fahrbahn verlegte Zahnstange vorgesehen, in die zwei
in der bewegbaren Baueinheit gelagerte, antreibbare Ritzel eingreifen, wobei die
Ritzel über schrägverzahnte Zahnräder antriebsverbunden sind, von denen eines in
axialer Richtung verschiebbar gelagert und druckbeaufschlagt ist.
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Durch die Druckbeaufschlagung eines der schrägverzahnten Zahnräder
werden die beiden Ritzel gegenüber den Zähnen der Zahnstange spielfrei verspannt,
da die Druckbeaufschlagung des Zahnrades in axialer Richtung auf Grund seiner Schrägverzahnung
ein innerhalb des durch die beiden Ritzeln und die Zahnstange gebildeten Kreises
wirkendes zusätzliches Drehmoment auslöst, das Jedes Zahnspiel restlos ausgleicht.
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Der Axialdruck ist dabei so zu wählen, daß er mindestens die vom Zahndruck
herrührende größte Axialkomponente kompensiert. Diese erfindungsgemäße Lösung sichert
einen absolut spielfreien Eingriff der Ritzel in die Zahnstange, so daß auch die
durch den überholenden Effekt beim Gleichlauffräsen bedingte Schwingungstendenz
wirkungsvoll unterdrückt werden kann.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Fräsmaschine zum
Bearbeiten langer Werkstückflächen in Seitenansicht, Fig. 2 die Antriebséinrichtung
für den Frässchlitten in einem schematischen Schaubild und Fig. 3 die Antriebsverbindung
der beiden in die Zahnstange eingreifenden Ritzel in Ansicht von unten.
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Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zu
bearbeitende Wefflkstück 1 auf einem tischförmigen Werkstückträger 2 mit Hilfe hydraulischer
Zylinder 3 niedergespannt, die an einem über die Länge des Werkstücktrigers 2 durchgehenden
Träger 4 befestigt sind. Mit dem Werkstückträger
2 ist ein parallel
zu dessen Längsachse verlaufendes Bett 5 verbunden, das zwei parallele Schienen
6 trägt, die eine Fahrbahn für einen Schlitten 7 bilden. Auf diesen Schienen 6 stützt
sich der Schlitten 7 über Laufrollen 8 ab; er wird mit Hilfe von Gleitbacken 9,
die gegen die freie Unterseite der Schienen 6 gedrückt werden können, an die Laufschienen
6 angepreßt. Beim Verfahren des Schlittens 7 bilden daher die freien Unterseiten
der Schienen 6 Gleitflächen 10 für die Gleitbacken 9.
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Die Gleitbacken 9 sind gelenkig in Auslegern 11 des Schlittens 7
gelagert und können mit Hilfe von Hydraulikzylindern 12 an die Gleitflächen 10 angepreßt
werden. Zur seitlichen Führung des Schlittens 7 sind um vertikale Achsen drehbare
Führungsrollen 13 vorgesehen, die an durch die voneinander abgekehrten Seitenflächen
14 der Schienen 6 gebildeten Führungsflächen abrollen. Um ein spielfreies Führen
des Schlittens 7 zu gewährleisten, können die Führungsrollen 13 an die Führungsflächen
14 angestellt werden.
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Auf dem Schlitten 7 ist ein in einer Querführung 15 verschiebbarer
Schlittenbock 16 gelagert, der das Fräswerkzeug 17 und den aus einem Motor 18 und
einem Getriebe 19 bestehenden Antrieb für das Fräswe#kzeug trägt.
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Das dargestellte Fräswerkzeug 17 dient zum Planfräsen der Seitenfläche
des Werkstückes 1. Es ist selbstverständlich auch möglich, Fräswerkzeuge mit vertikaler
Drehachse zum Besäumen und Kantenprofilieren von dünnen Platten zu verwenden.
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Auf dem Bett 5 ist eine fahrbahnparallele Zahnstange 20 verlegt,
in die, wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, zwei Ritzel 21 und 22 eingreifen, wobei
die im Schlitten 7 gelagerten Ritzel von einem Motor 23 über ein entsprechendes
Getriebe 24 angetrieben werden können. Gemäß Figo 2 und 3 besteht zwischen den Ritzeln
21 und 22 eine aus drei schrägverzahnten Zahnrädern 25,26,27 bestehende Antriebsverbindung,
die den Gleichlauf der Ritzel 21 und 22 gewährleistet.
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Um das unvermeidbare Zahnspiel zwischen den Ritzeln 21 und 22 einerseits
und der Zahnstange 20 anderseits ausgleichen zu können, ist das Zahnrad 27 gegenüber
den Zahnrädern 25 und 26 verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck kann die fest mit
dem Ritzel 22 und dem Zahnrad 4 verbundene Welle 28 in axialer Richtung verschoben
werden. Die Welle 28 wird über einen hydraulischen Zylinder 29 mit einem dem axialen
Zahnflankendruck des Zahnrades 27 entsprechenden Druck beaufschlagt, so daß auf
Grund der Schrägverzahnung der Zahnräder 25,26,27 zwischen den Ritzeln 21 und 22
ein zusätzliches Drehmoment wirkt, das einen Ausgleich des Zahnspieles zwischen
der Zahnstange 20 und den Ritzeln 21 und 22 und damit eine wirksame Dämpfung der
beim Gleichlauffräsen bedingten Schwingungen zur Folge hat.
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Die Welle 28 ist mit dem Kolben des Hydraulikzylinders 29 über ein
Axialkugellager 30 verbunden, um die Drehbewegung der Welle 28 nicht auf den Kolben
zu übertragen.
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WirE der Schlitten 7 über den Motor 23 und die sich auf der Zahnstange
20 spielfrei abwälzenden Ritzel 21 und 22 im Fräsvorschub angetrieben, so werden
die Gleitbacken 9 an die Gleitflächen 10 der Schienen 6 gepreßt, um eine wirksame
Dämpfung der vom intermittierenden Schnitt des Fräswerkzeuges 17 herrührenden Schwingungen
zu erreichen.
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Ist die Längskante des Werkstückes 1 bearbeitet, so muß der Schlitten
7 wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt werden, was, um Nebenzeiten zu vermeiden,
möglichst rasch erfolgen soll. Zu diesem Zweck werden die hydraulischen Zylinder
12 weitgehend entlastet, so daß durch den Motor 23 im wesentlichen nur die von den
Laufrollen 8 bedingte Rollreibung, nicht aber die zur Schwingungsdämpfung notwendige
Gleitreibung durch die Backen 9 überwunden werden muß.
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Damit ist mit einem vergleichsweise geringen Leistungsaufwand ein
den Fräsvorschub mehrfach übersteigender Eilrücklauf möglich, wobei für die Dimensionierung
des Motors 23 vor allem die rasche Beschleunigung des Schlittens 7 berücksichtigt
werden muß.
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Um den Schmierfilm zwischen den Gleitbacken 9 und den Gleitflächen
10 beim Eilrücklauf nicht abreißen zu lassen, werden die Gleitbacken 9 günstigerweise
nicht von den Gleitflächen 10 abgehoben, sondern mit einem kleinen Restdruck angepreßt,
der nur so groß gewählt wird, daß der Schmierfilm gerade noch aufrechterhalten bleiben
kann.