DE8220672U1 - Fraesmaschine, insbesondere zum herstellen von zahnraedern - Google Patents

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Fräsmaschine, insbesondere zum Herstellen von Zahnrädern

Die Erfindung betrifft eine Fräsmaschine insbesondere zum Herstellen von Zahnräder od. dgl. mit einem über einen Antrieb bewegten an einer Frässpindel angeordneten Fräser sowie einem auf einen Frästisch aufgesetzten Teilkopf, durch dessen Teilspindel ein zu bearbeitendes Werkstück drehbar ist, v/obei der Frästisch über einen weiteren Antrieb und eine Tischspindel quer zur Frässpindelachse bewegbar ist.

Fräsen ist ein in der Metallbearbeitung vielseitig angewendetes spanabhebendes Arbeitsverfahren. Als Werkzeug eingesetzte Fräser haben meist die Form einer Walze, die am Umfang und manchmal auch an der Stirnseite eine größere Anzahl Schneiden besitzt. Während der Fräsarbeit macht das Werkzeug die drehende Schnittbewegung und das Werkstück die geradlinige Vorschubbewegung.

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Je nach Lage der Frässpindel unterscheidet man Waagerecht- und Senkrecht-Fräsmaschinen. Waag^recht-F räsmaschinen kommen bei schwenkbarer Hauptspindel zum Einsatz.

Bei den Waagerecht-Fräsmaschinen unterscheidet man die E inf ach-VJaagerecht-F raumaschine und die Universalfräsmaschine; bei letzterer kann auch der Frästisch -- beispielsweise zun Erzeugen von schraubenförmigen \uten od. dgl. -- gedreht, sowie tangential mit einer Führung verstellt werden. Eine wesentliche weitere Sondereinrichtung der Liniversal-Fräsmaschine ist der Teil kopf für Teilarbeiten.

Bekannte Teilköpfe bestehen aus einem Gehäuse, in dem die Teilspindel lagert. Sie kann unmittelbar von Hand oder durch einen Schneckenantrieb gedreht werden. Das Werkstück wird auf der Teilspindel mittels Spannfutter befestigt, oder läuft zwischen den Körnerspitzen der Teilspindel und eines Reitstockes. Zum Zwecke der Teilung für Zahnräder weist der Teilkopf eine Teil- oder Lochscheibe auf, auf der durch einen Raststift die gewünschte Teilung eingestellt werden kann. Zum Spiralfräsen ist der Teilkopf über Wechselräder in der Regel mit der den Längsvorschub erzeugenden Tischspindel verbunden.

Dieser Aufbau bekannter Fräsmaschinen hat einmal den wesentlichen Nachteil, daQ die Erzeugung eines ganzen Zahnrades erheblicher manueller Tätigkeit bedarf und zum anderen die Fräsnuten einzeln angeschnitten werden. Damit aber bedarf der Fräsvorgang selbst eines erheblichen Zeitaufwandes, sowie einer sehr genauen Einstellung durch die Lochscheibe. Auch leidet darunter die Krümmung der Zahnflanken (Evolvente).

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Auf üblichen Universal-Fräsmaschinen mit Scheibenfräsern im Einzelteilverfahren hergestellte Zahnräder sind ungenau, da Scheibenfräser nur angenäherte Evolventen ergeben. Auch wird die Abnutzung des Werkzeuges nicht wie beim Wälzverfahren auf das ganze Werkstück übertragen. Schneckenräder können so bisher nicht gefräst werden.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Fräsmaschine zu entwickeln, welche automatisch Schraubenräder, Stirnräder, Ketterräder, Schneckenräder, Schaiträder und/cfder Keilprofile mit höchster Präzision und optimaler Geschwindigkeit fräst, zudem soll ei.n Umrüsten vorhandener Haschinen möglich

werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Frästisch in Spiralausgleichrichtung schwenkbar sowie dem Teilkopf ein Differentialgetriebe aufgesetzt ist, welches einerseits mit dem Antrieb der Frässpindel anderseits mit der Teilspindel des Teilkopfes verbunden ist. Dabei ist von Bedeutung, daß jenes Differentialgetriebe zur Herstellung gerader Zahnungen außer Betrieb bleiben kann.

Denn fcrei tangentialer Bewegung des Tisches ist ein Ausgleich ebenso möglich wie bei schenkbarer Frässpindel mit der Maschine in einem Winkel von 90° zugeordneten Frästisch. Schneckenräder können ohne schwenkbaren Frästisch bearbeitet werden, da Werkstück und Werkzeug 90° ergeben.

Da an der Teilspindei auch das zu bearbeitende Werkstück hängt, wird dies in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Frässpindel ebenfalls gedreht. Die Folge davon ist, daß das Werkstück auf seinem ganzen Umfang bei einem Durchgang mit den entsprechenden Nuten versehen wird. Es erübrigt sich das Hin- und Herfahren des Frästisches je nach der Anzahl der gewünschten Zähnezahl.

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Vorzugsweise ist auf die Frässpindel auch ein Zahnrad aufgesetzt, das mit einem Hechseirad in Eingriff steht, Deiches über eine Gelenkwelle — bevorzugt eine Gleichlaufgelenkwelle — mit einem Zahnrad einer Räderschere verbunden ist, wobei dieses Zahnrad gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Zuischenräder seine Drehbewegung an ein weiteres Zahnrad weitergibt, welches über das Differentialgetriebe mit der Teilspindel des Teilkopfes verbunden ist.

Somit ist der Antrieb des Teilkopfes auf einfache Weise ausgestaltet. Insbesondere ist es möglich, bislang schon vorhandene Teilköpfe lediglich mit einem Differentialgetriebe umzurüsten, sowie die bestehende Fräsmaschine zu verwenden. Dabei braucht nur die Teil- oder Lochscheibe entfernt zu werden.

Die gewünschte Zähnezahl kann durch das Haß der Zahnräder bzw. Wechselräder zueinander bestimmt werden. Vorzugweise entspricht das Haß des Zahnrades der Frässpindel dem Maß des Wechselrades. Das Maß des ersten Zahnrades an der Radschere sollte dem Maß der Teil- <!

spindel des Teilkopfes entsprechen. Die möglicher- f

weise dazwischengeschalteten Zwischenräder heben sich 1

gegenseitig auf. Somit ist allein das Maß des dem |

Differential vorgeschalteten Zahnrades für die Anzahl \

der Zähne ausschlaggebend. {

Hit dieser Anordnung ist es möglich, geradverzahnte ■

Räder __ insbesondere mit einfacher und doppelter Übersetzung -- in einem einzigen Längsvorschub des Frästisches herzustellen- ||

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Zum Spiralfrasen dagegen muß die Teilspindel des Teilkopfes zusätzlich mit dem Antrieb der Tischspindel verbunden werden. Dies geschieht ebenfalls durch eine Radschere, selche einerseits mit einem Hechseirad der Tischspindel in Eingriff steht, anderseits von einer mit der Teilspindel verbundenen Welle durchdrungen ist. Das Differentialgetriebe ermöglicht diesen Zusatz ohne ueiteres· Das Haß der Drehung bzw. das Haß der Schraubenlinie bestimmt eines der Zahnräder der Radschere· Wird ein rechts steigender Fräser angestrebt, muß zwischen zwei Zahnrädern der Radschere noch ein Zwischenrad angebracht werden; es erfolgt ein Drehrichtungswechsel.

Durch diese Anordnung ist es möglich auch schrägverzahnte Räder in einem einzigen Längsvorschub des Frästisches herzustellen.

Durch die Verwendung eines bisher schon bekannten Teilkopfes gestaltet sich die Änderung auch außerordentlich preisgünstig. Daß sie sehr wirtschaftlich arbeitet,geht bereits aus der Tatsache hervor, daß ein einziger Längsvorschub zur Herstellung eines gesamten Zahnrades genüg..

Der erfindungsgemäße Gedanke umfaßt aber auch ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern mit einrm über einen Antrieb bewegten an einer Frässpindel angeordneten Fräser sowie einem auf einem Frästisch aufgesetzten Teilkopf, durch dessen Teilspindel ein zu bearbeitendes Werkstück gedreht wird,, wobei der Frästisch über einen weiteren Antrieb und eine Tischspindel quer zur Frässpindelachse bewegt und das Werkstück in Abhänqigkeit von der Bewegung der Frässpindel gedreht wird. Die Drehbewegung der Frässpindel überträgt ein an ihr ange-

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s ordnetes Zahnrad auf ein Viechseirad, von dort über

eine Gelenkwelle auf Räder einer Radschere, deren letztes Rad Teil eines Differentialgetriebes ist. Durch das letzte Zahnrad wird gleichzeitig die Anzahl der zu fräsenden Nuten im Werkstück bestimmt.

Zum Spiralfräsen kann die TeiJspindel des Teilkopfes zusätzlich mit dem Antrieb des Frästisches bzw. der Tischspindel verbunden sein.

Das Umrüsten vorhandener Haschinen ist ohne Probleme möglich und äußerst wirtschaftlich, kann doch mit lediglich einer Vorschubbewegung bei kontinuierlicher Drehbewegung des Werkstückes automatisch ein Zahnrad fertiggefräst werden; das Werkstück kann bis 300 mm Fräslänge aufweisen.

Beim Antritt des Teilkopfes herrscht Gleichlauf. Die Spiralbewegung bei Schraubenrädern wird durch das dem Teilkopf vorgesetzte Differential erzeugt. Der Antrieb erfolgt von der Tischspindel
(doppelt angetriebener Teilkopf).

Beispielsweise werden auf einer Grundmaschine mit einer Aufspannfläche von 1000 χ 300 mm Rädernutmodul b, Zähnezahl 30, Schrägungswinkel 15·° Vorschub ca. 0,9 mm/min, aus einem Katerialwerkstück St. 70
automatisch gefräst mit einer Genauigkeit nach DIN, Qualität nach DIN und geschlichteter Oberfläche.

Auch ist es möglich, sogenannte Rundtische erfindungsgemäß auszurüsten, die oftmals als Zubehör zu Fräsmaschinen Verwendung finden. Derartige Rundtische sind schwenkbar und erlauben Arbeiten in jeder Winkelstellung.

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Weitere Vorteile, Herkraale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Universal-Waagrecht-Fräsmaschine:

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Teilkopfes;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teilkopfs.

Fig. 4 ein Ausschnitt aus Fig. 3 zu einer anderen Ausführung;

Fig. 5 die Frontsicht zu Fig. 4.

Bei einer Universal- i-'aaqerechfe-Fräsmaschine F, insbesondere zum Fräsen von Schneckenräder, Stirnräder, Schrägverzahnung od. dgl-,ist unter einem den Fräser 1 an einer Frässpindel 11 tragenden Ausleger 2 ein Frästisch 3 angeordnet, der auf einem Sockel 4 ruht, wobei Teile des Antriebs der Fräsmaschine F — nicht dargestellt -- in einem Gehäuseteil 5 zwischen Ausleger 2 und Sockel 4 lagern.

Der Frästisch 3 ist über Hebe^ 6 sowie Handräder 7 gesteuert zumindest in Spiralausgleichrichtung schwenkbar. Durch die Hebel 6 läßt sich ein Winkeltisch 8 in der Höhe verstellen. Auf den Winkeltisch 8 kann ein Quer- oder Kreuzschlitten 10 in Richtung der Frässpindelachse A verschoben werden. In einer Längsführung -- nicht dargestellt -- des Querschlittens gleitet der Frästisch 3. Die Längsbewegung des Frästisches 3, das heißt, die Bewegung etwa lotrecht zur Frässpindelachse A, kann von Hand oder auch selbsttätig durch die faschine erfolgen (Vorschubbewegung), wobei ein -- nicht dargestellter -- Antrieb eine Gewindespindel 9 bewegt. Bei Geradverzahnung erfolgt ein Verstellen des Steigungswinkels. Beim Schneckenrad-

fräsvn ist der Vorschub bsi lotrechte? Stellung der Frässpindel 11 zur Tischspindel vertikal.

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Der Fräser 1 lagert an einer Frässpindel 11, welche einends ein dem Ausleger 2 aufgeschobenes Teil 12 durchbohrt und andernends in das Gehäuse 5 einragt, m/o sie -- nicht dargestellt -- angetrieben wird.

Zwischen Fräser 1 und Gehäuse 5 weist die Welle ein Zahnrad 16 auf, welches mit einem Wechselrad 15 in Eingriff scene, wechsel rad x5 ist ober εϊ~_Γε Gleich= laufgelenkv/elle 16 mit einer Räderschere 17 verbunden, über welche eine -- nicht dargestellte -- Teilspindel eines Teilkopfs 18 angetrieben wird. Über die Teilspindel erfolgt dann die Drehbewegung eines Werkstücks 20. Zwischen Teilkopf 18 und Räders^here 17 ist ein Differentialgetriebe 19 angeordnet (Fig. 3).

Eine zweite Räderschere 22 steht mit der Gewindespindel 9 in Eingriff. Die Drehbewegung der Gewindespindel 9 des Frästisches 3 wird abgeleitet und durch den Teilkopf 18 auf das Werkstück 20 übertragen.

Die Räderschere 17 weist nach Fig. 2 ein Zahnrad 24, aufgesetzt auf der Teilspindel des Teilkopfes 18, sowie zwei Zwischenräder 25 und 26 und ein von der Gelenkwelle 16 angetriebenes Zahnrad 27 auf.

Die Räderschere 22 ist im Beispielsfall gemäß Fig. von einem die Bewegung der Tischspindel 9 aufnehmenden Zahnrad 30, einem Zwischenrad 31 sowie einem die Bewegung über eine Welle 33 auf den Teilkopf 18 übertragenden Zahnrad 32 besetzt.

Damit erfolgt also der Antrieb des Teilkopfes 18 sowohl über die Frässpindel 11 als auch über die lischspindel 9.

Wird nur eine gerade Zahnung gefordert, so ist die Räderschere 22 gesperrt, das Differentialgetriebe außer Uirkweise. Das Werkstück 20 wird in gleichmäßige Drehung entsprechend der Drehung der Frässpindel 11 über das Zahnrad 14, das Wechselrad 15, die Gelenkwelle 16, die Räderschere 17 sowie die Teilspindel versetzt. Nach Schrägstellen des Frästisches 3 um den Steigungswinkel wälzt der Fräser 1 bei periodischer Vorschubbewegung zwischen zwei Vorschüben das Werkstück 20 ab und fräst so die gewünschte Zähnezahl in das Werkstück in einem einzigen Durchgang ein. Die gewünschte Zähnezahl (Modul) wird durch das Maß des Zahnrades 24 bestimmt, da die Zwischenräder 25 und 26 sich gegenseitig aufheben, Zahnrad 14 und Wechselrad 15 in einem Verhältnis im vorliegenden Beispiel von 1 : 2 stehen | und die Teilspindel dem Haß von Zahnrad 27 entspricht; die Gleichlaufgelenkwelle 16 ist auf 150 U/min ausge- \ legt, was zu 300 U/min an der Hauptspindel führt.

Zum Spiralfräsen wird zur Drehbewegung der Frässpindel 11 die Drehbewegung der Tischspindel 9 über die Räderschere 22 dem Teilkopf 18 bzw. dem Differentialgetriebe 19 zugeführt. Da der Fräser 1 in Richtung der Schraubenlinie arbeiten muß, ist entweder der Frästisch 3 oder der Fräser 1 selbst schräg zu stellen. Im übrigen muß detn Zwischenrad 31 nur bei rechts steigender Spirale zwischengeschaltet werden.

In der Zeichnung ist nicht näher dargestellt, daß die Gleichlaufgelenkwelle 16 aus einem mittleren Wellenabschnitt besteht, an den Kupplungsenden angelenkt sind. Dank des Gelenks kann jedes Kupplungsende bis etwa 40° aus der Wellenhauptachse herausgeschwenkt werden.

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In rig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, deren oberes Zahnrad 27 mit einer Kurbel 40 verbunden ist; diese ist mittels eines Steckbolzens 41 in einem Steckbolzenlager 42 fixierbar; eine Umdrehung dieser Kurbel 40 bestimmt die Teilung am Werkstück.

Bei Verwendung eiper numerischen Steuerung kann dem Differentialgetriebe 19 ein Schrittmotor als Spiralausgleich zugeordnet werden, der an die Steuerung gekuppelt wird.

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ti aii κ · * » si- ι ■ · til 1 ■ · PATENTANWALT DIPL.-WG.'fUEBSdfl - D - Ti 'sifid&i. den A.Z. Β"166 Bl-B - * 1 - SCHUTZANSPRÜCHE

1. Fräsmaschine, insbesondere zum Herstellen von Zahnrädern od. dgl., mit einem über einen Antrieb bewegten an einer Frässpindel angeordneten Fräser sowie einem auf einem Frästisch aufgesetzten Teilkopf, durch dessen Teilspindel ein zu bearfc-sitendes Werkstück drehbar ist, wobei der Frästisch über einen weiteren Antrieb und eine Tischspindel quer zur Frässpindelachse bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Teilkopf (18) unmittelbar mit einer Welle des Antriebes der Fräsmaschine über wenigstens eine Räderschere und bine Gelenkwelle (16) verbunden ist.

2. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frästisch (3) in Spiralausgleichrichtung schwenkbar und dem Teilkopf (18) ein Differentialgetriebe (19) zugeordnet ist, welches einerseits mit dem Antrieb

der Frässpindel (11) sowie andererseits mit der Teilspindel des Teilkopfes (18) verbunden ist.

3. Fräsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frässpindel (11) ein Zahnrad (14) antreibt, das mit einem Wechselrad (15) in Eingriff steht, welches über eine Gelenkwelle (16) mit einem Zahnrad (27) einer Räderschere (17) verbunden ist, wobei

das Zahnrad (27) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Zwischenräder (25, 26) seine Drehbewegung an ein Zahnrad (24) weitergibt, welches über das Differentialgetriebe (19) mit der Teilspindel des Teilkopfes (18) verbunden ist.

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4. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Frässpindel (11) und Räderschere (17) an der Haschinenrückseite angeordnet sind.

5. Fräsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Zahnrades (27) dem der Teilspindel des Teilkopfes (18) entspricht.

6. Fräsmaschine nach■wenigstens einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über das Haß des Zahnrades (24) die zu fräsende Anzahl der Zähne im Werkstück (20) bestimmbar ist.

7. Fräsmaschine nach oenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspinriel des Teilkopfes (18) mit dem Antrieb der Tischspindel (9) verbunden ist.

E- Fräsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad (>0) einer Radschere (22) mit einem Wechselrad der Tischspindel (9) in Eingriff steht und ein Zahnrad (32) eine mit der Teilspindel verbundene Welle (33) antreibt.

9. Fräsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß von Zahnrad (30 und/oder 32) die Drehbewegung des Wer':s^v.ücks (20) beim Spiralfräsen bestimmt.

10. Fräsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zahnrade (30) und Zahnrad (32) ein Zwischenrad (31) an der Radschere (22) angeordnet ist.

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11. Fräsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis IQ,dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkwelle (16) als Gleichlaufgelenkwelle ausgebildet ist.

12. Fräsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlaufgelenkwelle (16) zwei angelenkte Endabschnitte aufweist, die jeweils um zumindest 30° aus der Uellenhauptachse schwenkbar sind.

13. Fräsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Teilkopf (18) eine Handkurbel (40) zugeordnet und die Teilung mit dieser won Hand veränderbar sowie in einer neuen Lage fixierbar ist«

14. Fräsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkopf (18) über einen dem Differentialgetriebe vorgeschalteten Schrittmotor zum Spielausgleich an eine numerische Maschinensteuerung mittels mechanischer Elemente angeschlossen ist.