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Kugelschalendrehbank Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelschalendrehbank,
die zum Konvex- und/oder Konkavdrehen von Kugelschalen von sehr kleinem bis zu sehr
großem Kugelradius dient und die mit einem Spindelstock zur Aufnahme des Werkstückes
sowie mit einem schwenkbaren Werkzeugträger versehen ist, dessen Schwenkachse die
Spindelachse im Mittelpunkt der zu drehenden Kugelfläche senkrecht schneidet.
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Es sind bereits Drehbänke zum Drehen von kugeligen Flächen, z. B.
Kugelschalen, bekannt, bei denen ein fest auf dem Drehbankbett angeordneter Spindelstock
vorgesehen' ist und bei welchem der zur Erzeugung der Kugelfläche dienende Schwenksupport
auf einem auf dem Drehbankbett üblicher Anordnung verschiebbaren Längssupport angeordnet
ist. Der Schwenksupport trägt dabei zur Einstellung des jeweils gewünschten Kugelradius
einen auf dem Schwenksupport verstellbaren Schlitten nach Art eines weiteren Supportes.
Die Formgebung der Stahlhalter und die Einstellbarkeit dieses Schlittens zur Radiuseinstellung
ist derartig, daß die Spitze des Drehstahles sowohl zwischen Spindelstock und Drehpunkt
des Schwenksupportes liegen kann als auch, vom Spindelstock aus gesehen, außerhalb
des Drehpunktes des Schwenksupportes, so daß es auf diese Weise möglich ist, sowohl
konvexe als auch konkave Kugelflächen zu drehen.
Diese bekannte
Anordnung hat den Nachteil,' daß der an dem Schwenksupport verstellbare Werkzeugschlitten
durch die drei zwischen Werkzeug- und Drehbankbett angeordneten Führungsffächen
nur gering Stabilität aufweist und somit keine hohen Schnittdrücke zuläßt. Die Führungsflächen
zwischen den einzelnen Supporten sind zudem im Hinblick auf ihre Unterbringung auf
dem Längssupport verhältnismäßig klein, so daß namentlich bei größeren Kugelradien
ein Ausladen des Drehstahles über die Unterstützungsfläche auf dem Drehbankbett
eintritt.: Auch ist im Hinblick auf das Drehen von größeren konvexen Kugelflächen
es meist erforderlich, den Spindelkopf gleichfalls sehr weit über das Drehbankbett
ausladend zu gestalten, damit in diesem Falle der Längsschlitten noch unter dem
Vorderteil des Spindelkopfes Platz findet. Der größte einstellbare Kugelradius beträgt
weiterhin nur etwa die Hälfte der Länge des im Schwenksupport verschiebbaren Werkzeugschlittens,
dessen Länge im Hinblick auf die oben angegebenen Gründe außerordentlich beschränkt
ist, so daß der größte Kugelradius meist nicht mehr als '/6 der gesamten Drehbanklänge
beträgt. Auch ergibt sich ein recht komplizierter Antrieb des Schwenksupportes durch
die Zwischenschaltung des Längssupportes.
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Die Kugelschalendrehbank gemäß der Erfindung vermeidet die oben angegebenen
Nachteile und ermöglicht das Drehen von beliebigen Konvex- oder Konkavkugelflächen
bis zu Kugelradien, die etwa der Hälfte der Gesamtlänge der ganzen Drehbank entsprechen,
so daß es möglich ist, bei entsprechender Größe der Maschine Kugelschalen mit Radien
bis zu zwei Metern und mehr mit sicherer Führung und fester Unterstützung zu bearbeiten,
was bisher meist nur unter Verwendung von Hilfseinrichtungen, wie Linear führungen
u. dgl., möglich war.
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Erfindungsgemäß ist der Spindelstock auf Führungsbahnen in Richtung
der Spindelachse verschiebbar, und außerhalb dieser Spindelführungsbahnen sind die
Schwenkachse und die Führungsbahnen zur Unterstützung des schwenkbaren Werkzeugträgers
im Maschinenbett fest angeordnet.
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Der Spindelstock ist auf einer neben der Schwenkachse des Werkzeugträgers
liegenden Führung, die vorzugsweise, vom Standpunkt des die Maschine bedienenden
Arbeiters aus, hinter dem Schwenksupport und der Drehachse liegt und sich über die
ganze Länge der Kugelschalendrehbank erstreckt, verschiebbar angeordnet, und die
Spindel kann zum Drehen von sowohl konvexen als auch konkaven Kugelschalen mit je
einer Einspanneinrichtung für die zu bearbeitenden Werkstücke an beiden Enden versehen
sein. Dabei dient die nach der Schwenkachse gerichtete Aufnahmevorrichtung zum Drehen
konkaver Kugelflächen, die entgegengesetzte Seite zum Drehen von konvexen Kugelflächen.
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Auf dein Schwenksupport ist in an sich bekannter Weise ein Stahlhalter
einstellbar angebracht, in welchen Drehstähle sowohl nach der dein Drehpunkt des
Schwenksupportes zugewendeten Seite als auch nach der von dem Drehpunkt abgewendeten
Seite hin eingespannt werden können, um konvexe bzw. konkave Kugelflächen bearbeiten
zu können. Der eingestellte Kugelradius ist vorzugsweise an einer auf dem Schwenksupport
angebrachten Teilung, gegebenenfalls unter Benutzung einer besonderen Einstellehre
für den Stahl, ablesbar. Dabei können erfindungsgemäß die Führungsflächen im Drehbankbett
den Schwenksupport an den Enden der Führung für den Werkzeughalter unterstützen,
so daß der Werkzeughalter in jeder Stellung entweder auf eine oder zwischen zwei
Führungsflächen zu liegen kommt.
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Dabei kann zumindest die auf dem Drehbankbett befindliche Führungsfläche
für den Schwenksupport die Form eines sich um den Drehpunkt des Schwenksupportes
erstreckenden Kreisbogens, vorzugsweise eines Halbkreises, haben, während der Schwenksupport
selbst in Form eines Kreissektors, z. B. eines Viertelkreissektors, ausgebildet
sein kann. Dabei richtet sich der Winkel, über den sich der sektorförmige Schwenksupport
ausdehnt, sowie der Bogen der Führungsfläche im Drehbankbett in der Hauptsache nach
dem Bogenwinkel, über welchen die zu bearbeitende Kugelfläche bearbeitet werden
soll. Da in den meisten Fällen, z. B. bei Kugelschalen für die optische Industrie,
größere Bearbeitungswinkel der Kugel als 9o°, also bis zur HalbkuL-el. nicht vorkommen.
ist es demnach zweckmäßig, die Führungsfläche halbkreisförmig und den Schwenksupport
selbst viertelsektorförmig auszuführen.
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Es ist zwar die viertelkreissektorförmige Gestalt des Schwenksupportes
für eine Kugelschalendrehbank bereits bekannt, es handelt sich aber bei dieser bekannten
Kugelscbalendrehbank um einen Schwenksupport, der nicht wie bei der erfindungsgemäßen
Anordnung seine Führung direkt auf dem Maschinenbett hat, sondern um eine Anordnung,
bei der zwischen Werkzeug und Maschinenbett noch zwei zusätzliche Führungsflächen
vorhanden sind.
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Auch ist es bei einer normalen Spitzendrehbank für Zwecke des Kegeligdrebens
bereits bekannt, die Führungsflächen für den Kreuzsupport auf einer kreisförmigen
Führungsfläche
schwenkbar anzuordnen. Da bei dieser bekannten Drehbank
der Spindelstock fest im Drehbankbett angeordnet ist, ist diese Drehbänk zum Kugelschalendrehen
nicht geeignet.
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Zum Drehen von Kugelflächen mit sehr großem Radius ist nach einem
weiteren Erfindungsmerkmal der die Führung für den verstellbaren Stahlhalter enthaltende
Teil des Schwenksupportes über die bogenförmige Führungsbahn des Maschinenbettes
und bei segmentförmiger Ausführung des Schwenksupportes auch über den segmentförmigen
Teil hinaus durch einen Ansatz verlängert und kann an seinem äußeren Ende von einer
weiteren, z. B. senkrecht zur Drehbankbettachse oder aber bogenförmig um den; Drehpunkt
des Schwenksupportes verlaufenden Führung unterstützt werden, die zweckmäßig eine
Ausdehnung in der Seitenrichtung der Maschine aufweist, die dem Radius der bogenförmigen
Führungsbahn für den nicht verlängerten Teil des Schwenksupportes entspricht. Diese
Anordnung hat den Vorteil, daß selbst bei den größten einstellbaren Kugelradien,
bei welchen der Stahlhalter also auf dem äußersten dem Drehpunkt abgewendeten Ende
des Schwenksupportes angeordnet ist, der Schwenksupport auch- an der Stelle, an
der der Stahlhalter 'sitzt und der Schnittdruck auftritt, eine gute Unterstützung
und Führung erhält.
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Die Führungsbahn für den verlängerten Ansatzteil des Schwenksupportes
braucht sich dabei nur so weit zu erstrecken, wie es einem verhältnismäßig kleinen
Winkelausschlag des Schwenksupportes von der Grundstellung, in der der Stahl in
der Drehachse liegt, heraus entspricht, und zwar braucht dieser Verstellwinkel nur
dem halben Öffnungswinkel der bei der gegebenen Spitzenhöhe für den jeweiligen Kugelradius
entsprechenden Größe möglichen Kugelschale zu entsprechen. Der größte Öffnungswinkel
der Kugelschale wird bei sehr großen Kugelradien, da der größte Drehdurchmesser
durch die Spitzenhöhe beschränkt ist, verhältnismäßig klein, so daß die Führungsbahn
zur Unterstützung des Endes des verlängerten Schwenksupportes nur einem Verstellwinkel
von z. B. weniger als 30° zu entsprechen braucht.
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Da beim Bearbeiten von Kugelschalen mit kleinerem Kugeldurchmesser,
jedoch größerem öffnungswinkel der Kugelschale, z. B. von Halbkugeln, die über den
sektorförmigen Teil des Schwenksupportes hinausragende Verlängerung bei Bearbeitung
der Teile mit dem größten Drehdurchmesser etwa senkrecht zur Spindelachse herausstehen
würde und damit in den gewöhnlichen Standplatz des die Maschine bedienenden Arbeiters
hineinragen würde, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal der sektorförmige
und der Ansatzteil des Schwenksupportes so ausgeführt, dar sich beide Teile getrennt
voneinander oder zusammenkuppelbar um den gemeinsamen Drehpunkt des Schwenksupportes
bewegen können. Der Ansatzteil ist hierzu mit einem bis zum gemeinsamen Drehpunkt
reichenden Verbindungsstück versehen, welcher zwischen der Hauptführungsfläche für
den Schwenksupport und dem an dieser Stelle mit einer Aussparung versehenen segmentförmigen
Teil des Schwenksupportes angeordnet ist. In diesem Falle wird die Anordnung zweckmäßig
so getroffen, daß bei kleinen Kugelradien lediglich der segmentförmige Teil, der
von der Verlängerung entkuppelt ist, benutzt wird, während bei großen Kugelradien
der segmentförmibe Teil mit der Verlängerung zusammengekuppelt wird und beide Teile
gemeinsam gedreht werden.
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Um bei einem von dem Ansatzteil getrennten Schwenksupport im weit
herausgeschwenkten Zustand die Unterstützung durch die Führungsfläche unter dem
Stahlhalter nicht zu verlieren, kann das Verbindungsstück des Ansatzteiles, mit
welchem dieser mit dem gemeinsamen Drehpunkt in Verbindung steht, sich lediglich
über einen geringen Teil der Breite der Verlängerung erstrecken oder aber auch in
der Breitenrichtung überhaupt neben dem segmentförmigen Teil des Schwenksupportes
angeordnet sein, so daß die ganzflächige Führung dieses Teiles durch die Verlängerung
nicht beeinträchtigt wird.
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Zum Antrieb für die Schwenkbewegung des Schwenksupportes kann neben
den für die gebräuchlichen Kugeldurchmesser verwendeten Antriebsmitteln, z. B. Zahnradgetriebe
oder Schubstange, eine weitere Antriebsmöglichkeit für die Schwenkbewegung vorgesehen
werden, wenn Werkstücke mit großem Kugelradius bearbeitet werden sollen. In diesem
Falle würde nämlich einer bestimmten Vorschubbewegung des Stahles, also einer bestimmten
Schwenkbewegung, nur eine sehr geringe Bewegung des Antriebsmittels entsprechen,
so daß sich in diesem Falle für den Schwenkantrieb sehr große Drücke ergeben würden.
Diese hohe Belastung und die weiter damit verbundene Ungenauigkeit im Vorschub lassen
sich erfindungsgemäß durch mit dem Ansatzteil des Schwenkschlittens, gleich, ob
dieser ein- oder zweiteilig mit dem Schwenksupport ausgeführt ist, verbundene weitere
Antriebsmittel, vorzugsweise eine Schubstange, vermeiden, durch welche die Schwenkung
des Schwenksupportes bei einer Einstellung des Stahlhalters auf große Kugelradien
erfolgt. Namentlich bei der geteilten Ausführungsform des Ansatzteiles vorn übrigen
Schwenksupport ist diese Antriebsart für die Schwenkung zweckmäßig. Selbstverständlich
müssen
beide Antriebsarten entweder aufeinander abgestimmt sein oder sich gegenseitig ausschließen.
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Die Kraftübertragung zum Spindelstock erfolgt zweckmäßig durch eine
sich in der Nähe der Spindelstockführung befindende, sich über die ganze Länge dieser
Führung erstreckende Welle und von dieser aus mittels eines auf der Welle v erschiebbaren
übertragungsmittels, welches mit einem auf der Spindelachse angeordneten L bertragungsmittel
vorzugsweise in der `'"eise zusammenarbeitet, daß mit einem am Spindelkasten selbst
angebrachten Einstellglied die Spindeldrehzahl gegenüber der durchlaufenden Welle,
z. B. stufenlos. geändert werden kann. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist
zwischen dein Antrieb für den Schwenksupport, der vorzugsweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
entsprechend dem gleichbleibenden Spanvorschub angetrieben wird, und der Drehspindel
bzw. der in der Spindelstockführung angeordneten Antriebswelle für die Spindel ein
Getriebe mit einer derartigen Geschwindigkeitsabhängigkeit angeordnet, daß die Spindeldrehzahl
entsprechend einer Bewegung des Drehstahles auf der Spindelachse bis zum größten
Drehdurchmesser von einem Höchstwert bis auf einen bestimmten Endwert in der Weise
geändert wird, daß die Bearbeitung der Kugelschalen mit möglichst gleichförmiger
Schnittgeschwindigkeit erfolgt. Diese Abhängigkeit kann v orzugsweise durch ein
stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe erreicht werden, bei welchem
die Regeleinrichtung für die Geschwindigkeit durch den Schwenksupport in der Weise,
z. B. durch Kurvenscheiben, beeinflußt wird, daß eine Lage des Schwenksupportes,
bei der sich der Drehstahl in der Nähe der Drehachse befindet, große Geschwindigkeiten
und Lagen des Schwenksupportes, bei denen sich der Drehstahl in bestimmtem Abstand
von der Drehachse befindet, kleinere Geschwindigkeiten ergeben, die zum mindesten
in bestimmten Bereichen annähernd umgekehrt proportional zum Abstand der wirksamen
Drehstahlspitze von der Achse entsprechen. Da mit stufenlos regelbaren Geschwindigkeitsgetrieben
Geschwindigkeitsänderungen im Verhältnis von etwa i : .d. sich wirtschaftlich ermöglichen
lassen, wird der in der Nähe der Drehachse liegende Teil der Kugelschale zweckmäßig
bis zu einem Durchmesser von 1h des größten Drehdurchmessers oder bis zu einem Teile,
der dem größten Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis des Geschwindigkeitswechselgetriebes
entspricht, mit konstanter Spindeldrehzahl bearbeitet.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung durch ein
Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. i zeigt eine Vorderansicht und Fig.2 die Draufsicht auf eine
Kugelschalendrehbank gemäß der Erfindung.
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Am hinteren Ende des Drehbankbettes i sind die Führungsflächen 2 und
3 angeordnet, welche sich über die ganze Längsausdehnung der Drehbank erstrecken
und auf denen der Spindelstock .4 verschiebbar und mittels der Handgriffe 5 in jeder
Lage feststellbar angeordnet ist. Zwischen den Führungen 2 und 3 ist die Antriebswelle
6 für die Spindel 7 angeor dnet, die von dem im linken Teil des Drehbankbettes i
untergebrachten Motor 8 angetrieben wird, unter Zwischenschaltung von Geschwindigkeitsänderungsgetrieben
9, welche durch die Handgriffe bzw. Handräder io betätigt werden können. Der Antrieb
der Spindel 7 durch die Welle 6 erfolgt durch ein im Spindelkasten angeordnetes,
nicht dargestelltes Verschieberad über ein gleichfalls nicht dargestelltes Kettengetriebe,
das durch das am Spindelstock .4 angebrachte Handrad i i regelbar ist. Die Spindel
7 besitzt an ihrem rechten Ende das Gewindestück 12 zur Befestigung von Werkstücken
mit konvexer Kugelfläche (Vollkugeln), auf ihrem linken Ende das Befestigungsgewinde
13 für WerkstückemitkonkaverKugelfläche (Hohlkugeln). Der Spindelstock a. ist derartig
gekröpft, daß die Spindelachse 14 um einen Betrag, der etwa der Breite der Führung
2, 3 entspricht, in horizontaler Richtung vor der Führung 3 liegt. Vor der Führung
3 ist oben auf dem vorderen Teil des Drehbankbettes die etwa halbkreisförmige Führungsfläche
15 angeordriet, deren Mittelpunkt in die Drehachse 16 des Schwenksupportes 17 fällt.
Die senkrechte Drehachse 16 schneidet dabei die Spindelachse. Der Schwenksupport
17 hat im wesentlichen die Gestalt eines viertelkreisförmigen Segments und ist einerseits
an der Achse 16 durch den Bolzen 28 und andererseits an seinem kreisförmigen Umfang
durch die Führungsfläche 15 geführt. Der Schwenksupport 17 ist durch nicht besonders
dargestellte Antriebsmittel um etwa 9o° schwenkbar, so daß der Support in dieser
ausgeschwenkten Stellung den in der Fig. 2 sichtbaren linken Teil der halbkreisförmigen
Führungsbahn 15 bedeckt. Zur Begrenzung des Schwenkausschlages können an der Führungsbahn
15 noch Anschläge 18 angebracht sein. Der Schwenksupport 17 trägt die Führungsbahnen
i9, längs welchen der Stahlhalter 2o mittels der Befestigungsschrauben 21 an einer
beliebigen Stelle der Führungsbahn befestigt werden kann. Die Führungsbahnen liegen
in der dargestellten Grundstellung des Schwenksupportes in horizontaler Richtung
etwas vor
der Spindelachse. Der Stahlhalter ist aus diesem Grunde
etwas nach der Spindelachse zu gekröpft, so daß der Drehstahl 22 in der Grundstellung
des Supportes, in welcher die Führungsnuten I9 parallel zur Spindelachse verlaufen,
mit seiner Spitze in die Spindelachse fällt. Der Drehstahl 22 ist sowohl auf dem
linken Ende des Stahlhalters 2o zum Drehen von Vollkugelflächen zu befestigen als
auch auf dem rechten Ende zum Drehen von Hohlkugelflächen.
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Beim Drehen von Vollkugelflächen ist der Spindelstock, vom Stahlhalter
2o aus gesehen, in Richtung der Achse 16 angeordnet, beim Drehen von Hohlkugelflächen
dagegen so weit auf den Führungsflächen 2, 3 nach rechts verschoben, daß der Spindelstock
rechts vom Stahlhalter, also auf der der Achse 16 entgegengesetzten Seite des Stahlhalters
zu liegen kommt.
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Die Grobeinstellung des Kugelradius erfolgt durch die Befestigungsschrauben
:2i, die Feineinstellung durch die Handräder 23 mittels des oberen in Richtung der
Führungsflächen I9 verschiebbaren Teiles des Stahlhalters 2o.
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In Fig.2 befindet sich der Stahlhalter in einer Lage, welche dem größten
der üblicherweise zu bearbeitenden Kugelradien entspricht. Es ist ersichtlich, daß
in dieser Stellung der auf den Stahlhalter wirkende Schnittdruck noch gut von der
halbkreisförmigen Führungsfläche 15 des Maschinenbettes aufgenommen wird. Beim Bearbeiten
von größeren Durchmessern wird der Stahlhalter auf den Ansatzteil 24 des segmentförmigen
Teiles des Schwenksupportes 17 geschoben. Dieser Ansatzteil ist an seinem äußeren
Ende durch die weitere Führungsfläche 25 unterstützt, die durch die Führungsfläche
26 mit der halbkreisförmigen Führungsfläche 15 in Verbindung stehen kann. Der über
den äußeren Radius 27 des Schwenksupportes 17 hinausragende Teil des Ansatzteiles
24 kann auch getrennt von dem segmentförmigen Teil ausgeführt sein und erhält in
diesem Falle zweckmäßig einen gesonderten Vorschubantrieb, der nicht weiter dargestellt
ist. Durch die Führungsfläche 25 wird eine sichere Unterstützung des Stahlhalters
gegenüber dem Schnittdruck auch dann erzielt, wenn der Stahlhalter zur Bearbeitung
von Kugelflächen mit sehr großem Radius ganz an das rechte Ende der Verlängerung
24 gebracht ist. Die Länge der Führungsbahn 25, die auch bogenförmig angeordnet
sein kann, braucht nur einem geringen Verstellwinkel des Schwenksupportes um die
Achse 16 zu entsprechen.
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Der Vorschub für die Schwenkung des Supportes 17 wird vorgenommen
über geeignete, nicht dargestellte Mittel, wie z. B. Kurvenscheiben, auf das Geschwindigkeitswechselgetriebe
g in der Weise, daß von einem Drehdurchmesser, der größer wird als etwa 1/4 des
größten Drehdurchmessers, die Drehgeschwindigkeit der Welle 6 und damit der Drehspindel
7 angenähert umgekehrt proportional zum jeweiligen Drehdurchmesser geändert wird.
Für größere Kugelradien ist der Drehdurchmesser annähernd proportional mit dem Winkelausschlag
des Schwenksupportes. Für derartige große Kugelradien kann daher die Abhängigkeit
der Drehzahl der Welle 6 auch umgekehrt proportional zu dem Winkelausschlag des
Schwenksupportes 17 gewählt werden.