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Fräswerkzeug zum Drechseln von Werkstücken
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aus Holz B es c h r e i b u n g Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Fräswerkzeug zum Drechseln von Werkstücken aus Holz, das auf einer zu der Drehachse
des Werkstückes parallelen Antriebswelle angeordnet ist und eine Vielzahl von Schneidzähnen
von mindestens einer Zahnform mit die Umfangsfläche des Werkstückes schneidenden
Hauptschneiden und/bzw. die Stirnfläche des Werkstückes schneidenden Nebenschneiden
aufweist und in axialer und radialer Vorschubrichtung relativ zum Werkstück bewegbar
ist.
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Es ist bekannt, daß beim Drechseln von Werkstücken aus Holz ein direkt
proportionaler Zusammenhang zwischen der relativen Schnittgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges
zum Werkstück und der Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstückes besteht. Dabei
ist es von Nachteil, daß eine Erhöhung der relativen Schnittgeschwindigkeit eine
größere Wärmeentwicklung am Fräswerkzeug und am Werkstück zur Folge hat.
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Diese Wärmeentwicklung ist auch der Grund, weshalb die in der Praxis
verwendeten hohen Schnittgeschwindigkeiten zum Drechseln von Werkstücken aus Holz
nicht weiter erhöht werden können, ohne die Gefahr des Verkohlens des Holzes auszuschließen.
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Beispielsweise sind die Möglichkeiten zur Vergrößerung des Freiwinkels
der der Nebenschneiden der Schneidzähne des Fräswerkzeuges zugeordneten Freiflächen
zur Verringerung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück
und
damit zur Herbasetzung der auftretenden Temperaturen erschöpft. Dies wäre nämlich
nur auf Kosten einer Verringerung des Keilwinkels der Nebenschneiden der Schneidzähne.und
einer dadurch bedingten Verschlechterung der Wärmeableitung durch dieselben möglich.
Außerdem würde die Standzeit der Schneidzähne negativ beeinflußt Demzufolge ist
z.Zt. einer Verbesserung der Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstückes aus Holz
und nebenbei einerVerkürzung der Fertigungszeit eine obere Grenze gesetzt.
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Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fräswerkzeug zum
Drechseln von Werkstücken aus Holz zu schaffen, das eine Erhöhung der relativen
Schnittgeschwindigkeit und damit eine Verbesserung der Oberflächengüte des bearbeiteten
Werkstückes erlaubt, ohne daß gleichzeitig eine erhöhte Wärmeentwicklung am Werkzeug
und am Werkstück auftritt. Außerdem soll die Standzeit des Werkzeuges dadurch nicht
negativ beeinflußt werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch eine geringe
Schrägstellung der Antriebswelle des Fräswerkzeuges gegenüber der Drehachse des
Werkstückes in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen eine resultierende Rotationsebene
des Fräswerkzeuges derart einstellbar ist, daß die Schneidzähne nach dem Eingriff
am Werkstück von der Schnittfläche zurückweichen.
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Durch die erfindungsgemäße Schrägstellung der Antriebswelle des Fräswerkzeuges
gegenüber der Drehachse des Werkstückes in zunächst einer Ebene, beispielsweise
der Zeichenebene der Seitenansicht der horizontalen Werkzeug/Werkstück-Anordnung,
wird ein sogenannter Freigang an den Nebenschneiden der Schneidzähne eingestellt.
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Dies bedeutet, daß entsprechend der Schrägstellung ein
in
radialer Ausdehnung verküpzter Anteil der Freifläche der Nebenschneide an der Eingriffsstelle
mit dem Werkstück in Berührung kommt. Die Berührungsfläche zwischen dem Werkzeug
und dem Werkstück wird also reduziert. Eine verringerte Reibung und dementsprechend
geringere Wärmeentwicklung ist die Folge.
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Durch die zweite erfindungsgemäße Schrägstellung der Antriebswelle
des Fräswerkzeuges gegenüber der Drehachse des Werkstückes in einer, auf der ersten
Ebene senkrecht stehenden zweiten Ebene, in diesem Falle der Zeichenebene der Draufsicht
der horizontalen Werkzeug/Werkstück-Anordnung, wird die Einstellung eines zweiten
Freiganges der Nebenschneiden der Schneidzähne erreicht. Hierbei wird die Berührungsfläche
zwischen Werkzeug und Werkstück wiederum reduziert. Dies bedeutet eine erneute Verringerung
der Reibung und somit der Wärmeentwicklung am Werkstück und am Werkzeug. Die Berührung
des Werkzeuges an dem Werkstück ist nunmehr auf den Bereich der Schneidenecken zwischen
den Haupt- und Nebenschneiden der Schneidzähne beschränkt.
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Es zeigt sich also, daß durch die erfindungsgemäße Schrägstellung
der Antriebswelle des Fräswerkzeuges gegenüber der Drehachse des Werkstückes in
zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen die Wärmeentwicklung am Werkzeug und
am Werkstück ohne Anderung der Winkelgeometrie der Schneidzähne und demzufolge ohne
Verringerung ihrer Standzeit reduziert werden kann.
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Somit besteht die Möglichkeit, die relative Schnittgeschwindigkeit
des Fräswerkzeuges zum Werkstück und
damit die Oberflächengüte des
bearbeiteten Werkstückes zu erhöhen. Gleichzeitig wird auch der Fertigungsvorm gang
verkürzt.
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Es hat sich gezeigt, daß bei horizontaler Lage der Drehachse des Werkstückes
die erfindungsgemäße Schrägstellung der Antriebswelle des Fräswerkzeuges gegenüber
der Drehachse des Werkstückes in der Zeichenebene der Seitenansicht in einem Winkelbereich
von 0,40 bis 1,50 ausreicht, um die erfindungsgemäßen Vorteile beim Drechseln nahezu
aller in der Praxis vorkommenden Holzarten zu erzielen. Mit einer Ein-0 stellung
auf 0,72° lassen sich die hauptsächlich verwendeten Holzarten hinsichtlich der erfindungsgemäßen
Vorteile optimal drechseln.
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Für die erfindungsgemäße Schrägstellung der Antriebs welle des Fräswerkzeuges
gegenüber der Drehachse des Werkstückes in der Zeichenebene der Draufsicht ist ein
Winkelbereich von 0,80 bis 2,50 ausreichend, wobei der Winkel von 1,50 wiederum
ein Optimum für den Hauptanteil der in der Praxis zu drechselnden Holzarten darstellt.
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Um die erfindungsgemäßen Vorteile beim Drechseln sämtlicher Holzarten
voll auszunutzen, ist es zweckmäßig, die Schrägstellung der Antriebswelle des Fräswerkzeuges
gegenüber der Drehachse des Werkstückes in den zwei aufeinander senkrecht stehenden
Ebenen während des Fräsvorganges stufenlos einzustellen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht des Inneren eines Drechselautomaten,
der mit einem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug ausgerüstet ist, wobei lediglich die
zum Verständnis notwendigen Teile dargestellt sind, Fig; 2 einen Schnitt quer zur
Rotationsebene des radial äußeren Teiles eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges
mit Schneidzähnen von zwei Zahnformen, Fig. 3 eine Seitenansicht der dem Werkstück
zugewandten Stirnseite des in Fig. 2 dargestellten, radialäußeren Teile des Fräswerkzeuges,
Fig. 4 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht des in Fig. 2 und 3 gezeigten
Fräswerkzeuges mit seiner Antriebswelle unter Schrägstellung zu der Drehachse des
Werkstückes und Fig. 5 eine Draufsicht des in Fig. 4 dargestellten-Fräswerkzeuges.
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Fig. 1 zeigt einen Drechselautomaten 1 mit einem Rahmengestell 2,
einer hier nur teilweise dargestellten automatischen Lade- und Zuführvorrichtung
3 für die zu drechselnden Werkstücke aus Holz 4 und einen Schwenkschlitten 5. Dieser
Schwenkschlitten 5 ist um eine in dem Rahmengestell 2 angeordnete horizontale Schwenkachse
6 mittels einer hier nicht gezeigten Verschwenkvorrichtung von einer einem eingespannten
Werkstück 4 entfernten Ruheposition in eine demselben zugewandten Arbeitsposition
verschwenkbar gelagert. Eine hier nicht dargestellte Vorschubvorrichtung ermöglicht
den axialen Vorschub
des Schwenkschlittens 5 entlang dieser Schwenkachse
6.
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Die zu drechselnden Werkstücke aus Holz 4 werden von einer hier ebenfalls
nicht dargestellten Spannvorrich tung aufgenommen und von einem im Rahmengestell
2 gelagerten Elektromotor 7 über einen Riementrieb 8 um eine zur Schwenkachse 6
parallele Drehachse 9 angetrieben. Eine mit einem Span-Auswurfschacht versehene
Abdeckhaube 10 für ein Fräswerkzeug 11 ist oberhalb des Rahmengestells 2 angeordnet
An der Rückseite des Rahmengestelles 2 befindet sich eine Aufnahmevorrichw tung
12 für eine die Kontur der zu drechselnden Werke stücke aus Holz 4 bestimmenden,
parallel zur Schwenkachse. 6 angeordneten Schablone 13. Der Schwenkschlito ten 5
besteht aus einem im wesentlichen horizontalen Arm 14 und einem im wesentlichen
vertikalen Arm 15.
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Ein Abtaststift 16 ist auf der Oberseite des horizontalen Arms 14
in einer'der Schablone 13 gegenüberliegenden Position befestigt In einer nicht näher
dargestellten Weise ist das Fräswerkzeug 11 mit einer im wcsentliehen horizontalen
Antriebswelle 17 an dem oberen Ende 18 des vertikalen Armes 15 angeordnet.
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Der Antrieb des Fräswerkzeuges 11 erfolgt über einen Riementrieb 19
durch einen Elektromotor 20, der an dem Schwenkschlitten 5 angebracht ist. An der
in die axiale, Vorschubrichtung 21 weisenden Stirnseite 22 des Fräswerkzeuges 11
sind nahe der Peripherie eine Vielzahl von Vorschneidezähnen 23 angebracht, deren
Hauptschneiden 24 und Nebenschneiden 25 die Umgangsfläche bzw. die. Stirnfläche
der Werkstücke 4 schneiden. Die Hauptschneiden 24 und die Nebenschneiden 25 bilden
die Schneidenecken 26. Den Nebenschneiden 25 sind die der Stirnfläche des Werkstückes
4 zuweisen-.
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den Freiflächen 27 zugeordnet. Die Hauptschneiden-Freiflächen sind
hier nicht dargestellt.
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Die Vorschneidezähne 23 sind durch die Zahnlücken 28 getrennt.
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Eine Vielzahl von Nachschneidezähnen 29 mit dazwischenliegenden Zahnlücken
30 ist am Umfang des Fräswerkzeuges 11 mit einem Versatz in radialer und in Umfangsrichtung
gegenüber den Vorschneidezähnen 23 ebenfalls eingesetzt.
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An der der Stirnseite 22 gegenüberliegenden Stirnseite 31 weisen diese
Nachschneidezähne 29 sich über die gesamte Breite des Fräswerkzeuges 11 diagonal.in
Richtung der Antriebswelle 17 erstreckende Nebenschneiden 32 auf. An den radial
äußersten Teilen der Nachschneidezähne 29 sind im Querschnitt gerundete Hauptschneiden
-33, deren Freiflächen hier nicht gezeigt sind, angeordnet. Die Hauptschneiden 33
gehen in die auf der Stirnseite 22 angeordneten Nebenschneiden 34 über, die sich
im'wesentlichen diagonal in Richtung der Stirnseite 31 und der Antriebswelle 17
erstrecken. Diesen Nebenschneiden 34 sind. die Freiflächen 35 zugeordnet. Die Hauptschneide-Freiflächen
sind hier nicht dargestellt.
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In Fig. 4 und 5 ist die Schrägstellung der Antriebswelle 17 des Fräswerkzeuges
11 gegenüber der Drehachse 9 des Werkstückes 4 in zwei aufeinander senkrecht stehenden
Ebenen erklärt. Das Fräswerkzeug 11 dreht sich hier bei Betrachtung in axialer Vorschubrichtung
21 im Uhrzeigersinn. Fig. 4 zeigt im wesentlichen das Fräswerkzeug 11, die Antriebswelle
17 und die Vor- und Nachschneidezähne 23 bzw. 29 in der im Schnitt dargestellten
Seitenansicht.
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Es ist zu erkennen, daß die Antriebswelle 17 gegenüber der Drehachse
9 von einer horizontalen in Richtung einer vertikalen Lage im Uhrzeigersinn schräggestellt
ist. Der
entsprechende Winkelbetrag 36 wird hier der Einfachheit
halber durch die Schrägstellung der Drehachse 9 des Werkstückes 4 und die Achse
37 des Fräswerkzeuges 11 dargestellt. Es wird also die Berührungsfläche zwischen
dem Werkstück 4 und der Freifläche 27 des im Eingriff mit dem Werkstück 4 befindlichen
Vorschneidezahnes 23 in radialer Ausdehnung reduziert. Hiervon sind die Nachschneidezähne
29 bzw. deren Freiflächen 35 infolge ihrer Anordnung relativ zu den Vorschneidezähnen
23 und ihrer gerundeten Ausführung weniger betroffen.
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Fig. 5 zeigt in der Draufsicht die im Uhrzeigersinn erfolgte Schrägstellung
der Antriebswelle 17 gegenüber der Drehachse 9 ebenfalls von einer horizontalen
in Richtung einer vertikalen Lage. Zur vereinfachten Darstellung ist hier die Drehachse
9 wie in Fig. 4 unterhalb der Antriebswelle 17 eingezeichnet und bildet mit der
Achse 37 des Fräswerkzeuges 11 den der Schrägstellung entsprechenden Winkel 38.
E izt zu erkennen, daß in dieser Schrägstellung die Berührungsfläche zwischen dem
Werkstück 4 und den Freiflächen 27 und 35 der am Werkstück angreifenden Vor- und
Hauptschneidezähne 23 und 29 wiederum verkürzt wird.
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Im Folgenden soll die Funktion des erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges
kurz beschrieben werden.
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Nach Beendigung des vorhergehenden Drechselvorganges wird ein Werkstück
aus Holz von der automatischen Lade- und Zuführvorrichtung auf die Spannvorrichtung
gebracht und dort von dem zugeordneten Antrieb in Rotation um die horizontale Drehachse
versetzt. Dabei ist zu erwähnen, daß in diesem Ausführungsbeispiel im Gleichlauf
gefräst wird. Der
Schwenkschlitten wird nun von der dem rotierenden
Werkstück entfernten Ruheposition mittels der Verschwenkvorrichtung um die Schwenkachse
in die Arbeitsposition verschwenkt und zwar bis zu einer radialen Entfernung vom
Werkstück, die der Eindringtiefe des am horizontalen Arm des Schwenkschlittens angebrachten
Abtaststiftes in die an der Rückseite des Drechselautomaten angeordneten Schablone
entspricht. Das Fräswerkzeug wird dabei von dem zugeordneten Antrieb über die Antriebswelle
in vom Antrieb betrachtete links gerichtete Rotation versetzt.
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Mittels der Vorschubvorrichtung fährt der Schwenkschlitten nun entlang
seiner Schwenkachse von einer dem einen Ende des Werkstückes entsprechenden Ausgangsposition
in axiale Vorschubrichtung, wobei die Schablonenkontur über den Abtaststift die
radiale Vorschubbewegung des vertikalen Armes des Schwenkschlittens und damit das
Fräswerkzeug steuert. Der Drechselvorgang wird also durchgeführt.
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Dabei werden von den Vorschneidezähnen Späne von maximaler Stärke
vondem Werkstück abgetragen, während die Nachschneidezähne entsprechend ihrer Anordnung
relativ zu den Vorschneidezähnen das Feinfräsen übernehmen. Die Späne werden durch
den an der Abdeckhaube angebrachten Auswurfschacht ausgeworfen.
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Die erfindungsgemäße Schrägstellung der Antriebswelle des Fräswerkzeuges
gegenüber der Drehachse des Werkstückes in zwei aufeinander senkrecht stehenden
Ebenen ermöglicht nun, wie im Vorhergehenden' beschrieben, eine erhöhte Schnittgeschwindigkeit
des Fräswerkzeuges gegenüber dem Werkstück. Dies bedeutet eine verbesserte Oberflächengüte
des bearbeiten Werkstückes.
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Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug zum Drechseln von Werkstücken aus
Holz beschränkt sich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern kann
in vielfacher Art und Weise variiert werden.
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Beispielsweise ist es denkbar, außer Holz auch andere Werkstoffe mit
holzähnlichen Drechseleigenschaften zu bearbeiten.
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Ebenfalls kann der Fräsvorgang im Gegenlauf durchgeführt erden.