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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Scharfschleifen oder anderen spanabhebenden Bearbeiten der Schneiden von Fräswerkzeugen mit endseitigem Kugelabschnitt mit spiralförmigen Schneiden und daran anschließendem zylindrischem oder kegeligem Abschnitt mit schraubenlinienförmigen Schneiden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei einer bekannten Werkzeugmaschine dieser Art (DE-AS 17 52 828) ist auf dem Schwenkschlitten der Längsschlitten angeordnet, in dem eine Hilfswelle achsparallel zur Schwenkachse des Schwenkschlittens gelagert ist. Diese Hilfswelle trägt an ihrem unteren Ende ein Reibrad und an ihrem oberen Ende ein Kegelzahnrad, das in ein Kegelzahnrad eines auf dem Längsschlitten aufgenommenen Teilkopfes eingreift, dessen Spindel die Werkzeugspannspindel bildet. Das Reibrad der Hilfswelle greift nach Art einer Spannrolle in das eine Trum eines Stahlbandes ein, das zwischen einem weiteren Reibrad einer koaxial zur Schwenkachse des Schwenkschlittens gelagerten Abtriebswelle und einem Umlenkrad an dem von der Schwenkachse abliegenden Ende des Schwenkschlittens gespannt ist. Die Abtriebswelle steht über Wechselzahnräder mit einer achsparallelen Antriebswelle in Verbindung, die ihrerseits ein Ritzel trägt, das von einem fest eingespannten Band teilumschlungen ist. Die bekannte Werkzeugmaschine erlaubt es, die spiralförmigen Schneiden auf dem endseitigen Kugelabschnitt von Fräswerkzeugen und die schraubenlinienförmigen Schneiden des anschließenden zylindrischen oder kegeligen Fräswerkzeugabschnittes in einem kontinuierlichen Arbeitsgang zu schleifen, ohne daß Absätze an den Übergangsstellen in dem Werkstück entstehen und ohne daß das Werkstück neu eingespannt oder die Maschine umgerüstet werden muß. Das Einstellen der Maschine auf den jeweiligen Durchmesser des zu bearbeitenden Fräswerkzeuges (d. h. des Werkstückes) und auf den gewünschten Drallwinkel der spiralförmigen Schneiden am endseitigen Kugelabschnitt ist jedoch relativ umständlich, weil dazu das drehantreibbare Werkzeug gegen einen abnehmbaren Halter mit einem Taststift ausgetauscht werden muß, der in Richtung der Drehachse der Werkstückspannspindel verschiebbar ist und dessen Spitze durch Einfügen von Endmaßen auf die Schwenkachse des Schwenkschlittens einzustellen ist, und weil ferner die Reibräder oder der Teilkopf sowie gegebenenfalls auch die Wechselzahnräder ausgewechselt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der genannten Art zu schaffen, bei der unter Beibehaltung der oben erläuterten Vorteile der bekannten Maschine das Einstellen auf den jeweiligen Werkstückdurchmesser und den gewünschten Drallwinkel der spiralförmigen Schneiden an dem Kugelabschnitt vereinfacht ist, und insbesondere ohne einen Austausch von Bauteilen erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei der Werkzeugmaschine nach der Erfindung brauchen nur der Neigungswinkel der Führungsschiene und die Exzentrizität der Exzenteranordnung eingestellt zu werden, um für den jeweils gewünschten Drallwinkel der spiralförmigen Schneiden zu sorgen und eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser zu bewerkstelligen. Gleichwohl lassen sich die spiralförmigen Schneiden des endseitigen Kugelabschnittes und die schraubenlinienförmigen Schneiden des an den Kugelabschnitt anschließenden zylindrischen oder kegeligen Abschnittes der Fräswerkzeuge in einem kontinuierlichen Arbeitsgang bearbeiten, ohne daß an der Verbindungsstelle der beiden Abschnitte Wendepunkte oder Hinterschneidungen entstehen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
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Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine nach der Erfindung,
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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung entsprechend Fig. 1, welche die beiden Getriebeverbindungen erkennen läßt,
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Fig. 3 und 4 Aufrißdarstellungen eines Teils der ersten Getriebeverbindung,
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Fig. 5 eine Frontansicht eines Teils der zweiten Getriebeverbindung,
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Fig. 6 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 5,
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Fig. 7 und 8a Draufsichten auf das Drehteil der zweiten Getriebeverbindung,
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Fig. 8b eine Frontansicht eines Stirnfräsers mit endseitigem Kugelabschnitt,
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Fig. 9a bis 9d Draufsichten zur Erläuterung der Funktionsweise der Werkzeugmaschine,
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Fig. 10 eine Seitenansicht des Stirnfräsers mit endseitigem Kugelabschnitt,
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Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Stirnfräsers nach Fig. 10,
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Fig. 12a und 12b Seitenansichten eines kegeligen Stirnfräsers mit endseitigem Kugelabschnitt,
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Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der Spanflächen, die mittels einer Werkzeugmaschine nach der Erfindung geschliffen werden,
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Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Werkzeugmaschine, und
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Fig. 15 eine Draufsicht auf die zweite Getriebeverbindung der Werkzeugmaschine nach Fig. 14.
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Die in den Fig. 1 bis 8a veranschaulichte Werkzeugmaschine weist, wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ein Lagergehäuse D mit einem Spannkopf C zum Einspannen eines schaftförmigen Werkstücks W auf. Zu der Werkzeugmaschine gehören ferner eine Drehantriebsvorrichtung F zum Drehen des Werkstückes W um eine Achse E, ein Längsschlitten G zum Hin- und Herbewegen des Werkstückes W in Axialrichtung, eine erste Getriebeverbindung H 1, über welche die Bewegung des Längsschlittens G mit der Drehantriebsvorrichtung F gekoppelt ist, ein Werkzeugsupport K zum Abstützen eines mittels eines Radialvorschubmechanismus M verstellbaren, drehantreibbaren spanabhebenden Werkzeugs J zum Schleifen oder anderen spanabhebenden Bearbeiten des Werkstücks W, ein Schwenkschlitten L zum Verschwenken des Werkzeugsupports K um eine die Achse des Werkstückes W rechtwinklig schneidende Achse e sowie um eine zweite Getriebeverbindung H 2, über welche die Schwenkbewegung des Schwenkschlittens L mit der Drehvorrichtung F gekoppelt ist.
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Bei dem Werkstück W handelt es sich um einen Rohling für einen Stirnfräser mit endseitigem Kugelabschnitt B. Das Lagergehäuse D ist auf dem Längsschlitten G montiert und auf einer Führung 1 mittels einer Vorschubspindel verstellbar, die von Hand oder motorisch angetrieben wird. Der Längsschlitten G bewegt sich in einer zu der Achse des Werkstückes W parallelen Richtung. Ein zu der Drehantriebsvorrichtung F gehörender Draht 3 ist um eine Werkstückspannspindel 2 herumgewickelt, deren Achse E mit der Achse des eingespannten Werkstücks W zusammenfällt. Die Spindel 2 ist mit dem Spannkopf C gekoppelt und in dem Lagergehäuse D drehbar abgestützt. Der Draht 3 ist so straff gehalten, daß er keinen Schlupf mit Bezug auf die Oberfläche der Werkstückspannspindel 2 hat.
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Die erste Getriebeverbindung H 1 ist wie folgt aufgebaut:
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Beide Endabschnitte des Drahtes 3 laufen über zwei obere Rillenscheiben 4, 5 bzw. zwei untere Rillenscheiben 4, 5, die an dem Lagergehäuse D abgestützt sind. Beide Enden des Drahtes 3 sind an einem Drahtsupport 7 befestigt, der mit einer ersten Rolle 6 verbunden ist. Die Rolle 6 greift in eine Nut einer Führungsschiene 8 ein und kann sich entlang dieser Nut bewegen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Führungsschiene 8 an einem Halter 9 derart montiert, daß der Neigungswinkel eingestellt werden kann. Wenn der Längsschlitten G in Längsrichtung verstellt wird, während die Führungsschiene 8 eine Schräglage einnimmt, wird das Werkstück W in Axialrichtung verschoben und zugleich um seine Achse gedreht, weil die Werkstückspannspindel 2 über die Rolle 6 und den Draht 3 zu einer Drehbewegung veranlaßt wird. Das Werkstück W führt auf diese Weise eine für einen schraubenlinienförmigen Schleifvorgang geeignete Bewegung aus.
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Es sei angenommen, daß die Schneidenkuppe oder der Schneidenkamm a (Fig. 11) eines Stirnfräsers mit endseitigem Kugelabschnitt geschliffen werden soll. Um den Bereich des zylindrischen Abschnitts A in Fig. 10 zu schleifen, wird das Werkstück W in Fig. 9a nach links bewegt, wobei die schraubenlinienförmigen Schneiden an der Umfangsfläche des Abschnittes A bearbeitet werden. Um anschließend den Kugelabschnitt B zu schleifen, wird der Längsschlitten G angehalten, wenn die Schleifscheibe J die Verbindungsstelle zwischen den Abschnitten A und B erreicht (Fig. 9b). Während dieses Schleifvorganges hat sich die Rolle 6 entlang der Nut der Führungsschiene 8 in Fig. 3 von rechts nach links bewegt. Die Rolle 6 bleibt stehen, wenn der Längsschlitten G angehalten wird.
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Die zweite Getriebeverbindung H 2 arbeitet wie folgt:
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Wenn eine Verbindungsstange 10 den Halter 9 entlang einem Auflager 11 nach rechts zieht, beginnt sich die Rolle 6 gegenüber dem Auflager 11 in Fig. 4 nach unten zu bewegen. Infolgedessen erfolgt eine Drehbewegung des Werkstückes W um die Achse E, während das Werkstück an einer Bewegung nach links gehindert wird. Die Drehbewegung findet in der gleichen Richtung statt wie die Drehbewegung beim Verstellen des Werkstückes W nach links. Die Verbindungsstange 10, welche die Führungsschiene 8 und den Halter 9 entlang dem Auflager 11 nach rechts zieht, ist mit einem Schlitten 12 (Fig. 2) verbunden. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, ist der Schlitten 12 an beiden Seiten von Schlittenführungen 13 flankiert, so daß er entlang diesen Führungen in der gleichen Richtung wie der Längsschlitten G gleitet. Der Schlitten 12 ist mit einer Führungsnut 14 a versehen, die senkrecht an der Bewegungsrichtung des Schlittens 12 verläuft. Eine Rolle 14 greift in die Führungsnut 14 a drehbar ein; sie kann sich entlang dieser Nut bewegen. Die Rolle 14 ist auf einer Mutter 17 abgestützt, die in einem Drehteil 15 sitzt, das sich um eine stationäre Achse drehen kann. Die Mutter 17 ist mit Innengewinde versehen, das mit einer Stellspindel 16 zum Einstellen des Drallwinkels der Schneiden in Eingriff steht. Die Achse der Stellspindel 16 verläuft parallel zu der Führungsnut 14 a in dem Schlitten 12. Wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, kann der Abstand Z zwischen dem Mittelpunkt des Drehteils 15 und demjenigen der Mutter 17 über eine Handhabe 18 verstellt werden. Die Stellspindel 16, die Mutter 17 und die Handhabe 18 bilden auf diese Weise eine Einrichtung zum Einstellen des Grades, in welchem der Drehwinkel des Schwenkschlittens L in eine Drehbewegung der Drehantriebsvorrichtung F umgesetzt wird.
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Normalerweise wird der Abstand Z auf den Radius des Endes des Werkstückes W einjustiert. Der Drall der Schneiden im Bereich des endseitigen Kugelabschnittes B läßt sich durch Ändern des Abstandes Z verändern, solange der Neigungswinkel R der Führungsschiene 8 (Fig. 3) der ersten Getriebeverbindung H 1 einen von Null abweichenden Wert hat. Dies gilt unabhängig davon, ob die Schwenkbewegung des Schwenkschlittens L gekoppelt mit oder unabhängig von dem Arbeiten der Drehantriebsvorrichtung F zum Zeitpunkt des Schleifens des Kugelabschnittes B ist. Wenn beispielsweise der Abstand Z zu Null gemacht wird, dreht sich das Werkstück W nicht um seine Achse, weil auf die Führungsschiene 8 der ersten Getriebeverbindung H 1 von der Verbindungsstange 10 kein Zug ausgeübt wird. Folglich erhalten die Schneiden im Kugelabschnitt B keinen Drall (Fig. 8b). Die Schneidenkuppe a hat, von vorne gesehen, die Gestalt einer Geraden. Proportional zur Zunahme des Abstandes Z nimmt der Drall zu, wie dies in Fig. 8b mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Schneiden können auf diese Weise jeden beliebigen Drall erhalten, wenn ein Rohling oder ein Stirnfräser mit rechtwinklig abgeschnittenem Ende zu einem Stirnfräser mit endseitigem Kugelabschnitt gemacht werden soll.
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Bei der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 ist der Schwenkschlitten L so ausgebildet, daß er von Hand oder motorisch um die Achse e entlang einem segmentförmigen Auflager 19 verschwenkt werden kann. Der Schwenkschlitten L ist über eine Exzenterstange 21 mit einem Arm 20 des Drehteils 15 verbunden. Wenn der Schwenkschlitten L mittels der zweiten Getriebeverbindung H 2 verschwenkt wird, bewegen sich die Exzenterstange 21, das auf einem Support 15 a (Fig. 5) sitzende Drehteil 15, die Mutter 17, die Rolle 14, der Schlitten 12, die Verbindungsstange 10 und die Führungsschiene 8 nach rechts, wodurch die Rolle 6 nach unten geschoben wird. Folglich wird die Spannspindel 2 um ihre Achse gedreht.
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Während des Schleifvorganges nehmen das Werkstück W für einen Stirnfräser mit endseitigem Kugelabschnitt sowie die rotierende Schleifscheibe J die in den Fig. 9a bis 9d veranschaulichten Relativlagen ein. Man läßt die Achse e, um welche das spanabhebende Werkzeug j verschwenkt wird, mit dem Krümmungsmittelpunkt des Kugelabschnittes des Werkstückes zusammenfallen. Zu Beginn des Schleifvorganges nehmen die Teile die in Fig. 9a dargestellte Position ein. Das Werkstück W bewegt sich in Axialrichtung, während ihm eine Drehbewegung durch die geneigte Führungsschiene 8 aufgedrückt wird, die sich auf der linken Seite (nicht veranschaulicht) befindet, so daß die resultierende Bewegung zu einem Drall führt. Das Werkzeug J gelangt dann zu der Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Abschnitt A und dem Kugelabschnitt B des Werkstückes W (Fig. 9b). Dort wird die Bewegung des Werkstückes W nach links unterbrochen. Das Werkzeug J beginnt, um die Achse e mit dem Radius Z eine Schwenkbewegung gegenüber der Oberfläche des Kugelabschnittes auszuführen. In der Mitte des Schleifvorganges nehmen der Kugelabschnitt und das Werkzeug J die Position gemäß Fig. 9c ein. Die Führungsschiene 8 bewegt sich nach rechts, während der Schleifvorgang von der Fig. 9b zur Fig. 9d weiterschreitet. In Fig. 9d steht die Achse des Werkzeuges J senkrecht zu der Werkstückspannspindel-Achse E. Das Schleifen des Kugelabschnittes B ist beendet.
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Während des Schleifens des Kugelabschnittes bewegt sich die Führungsschiene 8 in Fig. 4 um eine Strecke nach rechts, die gleich dem Radius des Werkstückes W ist. Die Rolle 6 wird dadurch nach unten geschoben, um die Bewegung des Werkstückes W für ein Spiralschleifen geeignet zu machen. Es wird auf diese Weise für den Drall gesorgt, der benötigt wird, um den Kugelabschnitt des Werkstückes W zu schleifen.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 wird die Werkstückspannspindel 2 mittels des Drahtes 3 gedreht, auf den ein Zug dadurch ausgeübt wird, daß die Rolle 6 entlang der Führungsschiene 8 gleitet. Es versteht sich jedoch, daß stattdessen auch eine Zahnstange und ein Ritzel vorgesehen werden können.
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Wie aus Fig. 13 hervorgeht, können die Räumflanken oder Spanflächen b auf die gleiche Weise geschliffen werden, wie die Schneidenkuppen a. Dafür wird eine Schleifscheibe J&min; in Anlage an eine Spanfläche b gebracht und zu der gleichen Bewegung, wie oben ausgeführt, veranlaßt. Dadurch, daß die Führungsschiene 8 auf den gleichen Zustand eingestellt wird, wie beim Schleifen der Schneidenkuppen a, lassen sich die Schneidenkuppen und die Spanflächen ohne weiteres auf die gleiche Weise bearbeiten, ohne daß die Ausbildung von Unterschneidungen oder Wendepunkten in den Schneidenflanken befürchtet werden muß.
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Mit der vorliegenden Werkzeugmaschine lassen sich auch kegelige Stirnfräser mit endseitigem Kugelabschnitt bearbeiten, wie sie in den Fig. 12a und 12b mit W&min; bezeichnet sind. Die Gestalt solcher Fräser wird dadurch bestimmt, daß eine Metallform eine gewisse Verjüngung erhält, so daß ein in einer solchen Form hergestellter Stirnfräser leicht aus der Form entnommen werden kann. Wenn ein derartiger Stirnfräser auf einem Bearbeitungszentrum oder einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine montiert wird, muß das Programm nach jedem Nachschleifen des Stirnfräsers modifiziert werden, wenn dabei lediglich der Kugelabschnitt B&min; und nicht auch der kegelige Abschnitt A&min; geschliffen wird. Beispielsweise ist in Fig. 12a der Krümmungsmittelpunkt des Kugelabschnitts eines neuen kegeligen Stirnfräsers mit P bezeichnet. Dieser Krümmungsmittelpunkt wandert nach P 1, wenn nur der Kugelabschnitt geschliffen wird. Die Vergrößerung der Abmessung von X zu X 1 bewirkt einen Unterschied in der Position des Kugelabschnittes mit Bezug auf die Position eines Werkstückes, und diese Differenz macht das Programm unbrauchbar.
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Dagegen bleibt die Abmessung X ungeändert, wenn sowohl der kegelige Abschnitt A&min; als auch der Kugelabschnitt B&min; mittels der beschriebenen Werkzeugmaschine so weit geschliffen werden, daß sich der Krümmungsmittelpunkt P&min; nach P 1&min; verlagert, wie dies in Fig. 12b angedeutet ist. Weil die nach dem Schleifen erhaltene Kontur der ursprünglichen Kontur ähnlich ist, braucht das Programm nur bezüglich der Abmessung y geändert zu werden. Es ist jedoch auch möglich, mittels der erläuterten Werkzeugmaschine nur den Kugelabschnitt zu schleifen.
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In den Fig. 14 und 15 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Werkzeugmaschine dargestellt. Dabei wird der Spannkopf C mittels eines Schwenkschlittens L&min; um die die Achse des Werkstückes W rechtwinklig schneidende Achse e verschwenkt. Der Schwenkschlitten L&min; ist an der Führung 1 befestigt, die von Hand oder motorisch um die Achse e verschwenkt werden kann. Ein neben der Achse e liegender Punkt f ist über eine Stange 21&min; mit einem Arm 20&min; eines Drehteils 15&min; verbunden. Diese Bauteile bilden zusammen die zweite Getriebeverbindung H 2. Bezüglich der weiteren Komponenten und deren Funktion entspricht dieses Ausführungsbeispiel der oben bechriebenen ersten Ausführungsform.