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Automatische Werkzeugmaschine Bei den heute in Gebrauch befindlichen
automatischen Werkzeugmaschinen trägt eine einzige dauernd angetriebene Nockenwelle,
die gegebenenfalls unterteilt ist, alle erforderlichen Nockenscheiben. Diese übernehmen
die automatische Steuerung einerseits aller aufeinander folgender, für die Bearbeitung
des Werkstückes erforderlichen Arbeitsgänge und andererseits die automatische Steuerung
der Materialzuführung an das Spannfutter.
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Demzufolge müssen alle Arbeitsvorgänge während einer einzigen Umdrehung
der Nockenwelle gesteuert und durchgeführt werden. Um nun die Steigung der Kurven
an den Nockenscheiben nicht zu steil wählen zu müssen, wird die Bearbeitungszeit
eines Werkstückes größer bemessen als eigentlich erforderlich wäre. So läßt sich
beispielsweise die für die Bearbeitung eines Werkstückes notwendige Zeit deswegen
nicht verkürzen, weil die zur Zuführung des Materials an bzw. in das Spannfutter
erforderliche Zeit nicht unter einen durch die Daten der Maschine vorbestimmten
Wert herabgesetzt werden kann.
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Dieser Umstand wirkt sich besonders nachteilig dann aus, wenn Werkstücke
bearbeitet werden sollen, bei denen ein Arbeitsvorgang mehrmals,
aber
in verschiedenen radialen Ebenen, deren Schnittachsen gegebenenfalls einen Winkel
mit der Drehachse des Werkstückes einschließen, wiederholt werden muß (Zahnräder,
Fräser, Bohrer, gefurchte Werkstücke usf.).
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Hier abzuhelfen ist Zweck der Erfindung, die bei einer automatischen
Werkzeugmaschine mit mindestens einem Spannfutter und mindestens einem Werkzeughalter
sowie drehbaren Nockenscheiben und einem Antriebsmotor darin besteht, daß zwei Nockenwellen
und eine die Antriebskraft wechselweise der einen oder anderen Nockenwelle zuleitende
Umschaltvorrichtung vorgesehen sind und daß eine Nockenwelle alle zur Steuerung
sämtlicher Bearbeitungsvorgänge erforderlichen Nockenscheiben trägt, während die
andere Nockenwelle wenigstens alle zur Steuerung der für die Zufuhr des Materials
an das Spannfutter erforderlichen Nockenscheiben aufweist.
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Die Zeichnung stellt eine vollautomatisch arbeitende Fräsmaschine
für Za>hufräser mit zwei voneinander unabhängigen Nockenwellen dar.
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Fing. i zeigt die Maschine schematisch; Fig. 2 gibt eine Teilansicht
wieder; Fig. 3 ist ein Schnitt nach III-III der Fig. 2; Fig. 4. ist eine Rückansicht
des Werkzeughalters und der Nockenscheiben, die sowohl dessen vertikales als auch
sein horizontales Verschieben bewirken; Fig. 5 zeigt einen Schnitt des Werkzeughalters;
Fig. d gibt eine Ansicht der Umschaltvorrichtung in größerem Maßstab wieder; Fig.
7 ist ein Schnitt nach Linie VII-VII der Fig. 6; Fig. 8 stellt eine Ansicht eines
Riegels der Umschaltvorrichtung dar; Fig. 9 zeigt einen Riegel in geöffneter Lage;
Fig. io gibt einen Zahnfräserrohling wieder; Fig. i i- ist eine Ansicht des zu erzeugenden
Zahnfräsers.
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Die Werkzeugmaschine ist für die Bearbeitung von Zahufräsern aus Rohlingen
bestimmt. Die Erfindung kann aber selbstverständlich auch bei anderen Werkzeugmaschinen
mit zwei voneinander unabhängigen und wechselweise angetriebenen Nockenwellen angewendet
werden.
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Die Maschine hat einen Motor M, der mittels einer Kupplung V und eines
Riementriebes die Hauptsteuerwelle A antreibt.
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Die Maschine weist außerdem eine von einem Wagen gebildete Umschaltvorrichtung
S, die von einem mechanischen Relais F angetrieben wird, ein Spannfutter P und einen
Werkzeughalter 0 auf. Das Spannfutter ist während des Fräsens eines Werkstückes
mit einer Auswerfereinrichtung und mit einem Teilapparat ausgerüstet. Der Werkzeughalter
weist eine Werkzeughaltespindel auf, die von einem mit Kreuzschlitten ausgerüsteten
Support getragen wird.
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Die Welle A trägt eine Riemenscheibe i, deren Breite b das Zweifache
der Breite des angetriebenen Riemens 2 ist. Die Welle A trägt außerdem eine Scheibe
3, welche mittels eines Riemens 4 mit der Antriebswelle 5 des Relais F verbunden
ist. Der Riemen 2 verbindet die Welle A wechselweise mit der Welle B oder mit der
Welle C.
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Die Welle Bist mechanisch mit der einen Hauptnockenwelle D verbunden,
welche die Nockensc'heiben 7, 8, 9, 1o trägt. Letztere sind zur Steuerung der für
die Bearbeitung eines -Fräsers aus dem Rohling f erforderlichen Arbeitsgänge notwendig.
Von der Welle C aus ist die andere Hauptnockenwelle E antreibbar, welche sämtliche
zum Betätigen des Spannfutters erforderlichen Nockenscheiben trägt.
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Die Umsehaltvorrichtung (Fig. 6 bis 9) besteht aus einem beweglichen
Wagen S, der aus zwei durch Stirnstücke 21 starr miteinander verbundenen Gleitstangen
2o gebildet ist. Diese sind in den mit dem Gestell H der Maschine starr verbundenen
Führungen 22 gleitbeweglich angebracht. Die Stirnstücke 21 werden mittels der Stange
23 zusammengehalten. Diese weist einen Zapfen 24 auf, der mit der Schubstange 25
ein Gelenk bildet. Die Schubstange 25 verbindet den beweglichen Wagen S mit dem
Relais F.
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Der Wagen S ist mit einem Träger 26 ausgerüstet, dessen Arm 27 winkelig
einstellbar ist. Ein Bolzen 28 ist drehbar in dem freien Ende des Armes 27 gelagert
und trägt zwei Leitrollen 29 mit Seitenwänden 3o. Die beiden Seitenwände 30 dienen
zur seitlichen Führung des Riemens 2. Da die Winkellage des Armes 27 einstellbar
ist, so bildet dieser zusammen mit den Leitrollen 28 und 29 eine Spannvorrichtung
für den Riemen 2.
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Die Wellen B und C liegen gleichachsig zueinander und sind in Wälzlagern
33 gelagert, die ihrerseits in dem Gestell H eingebaut sind. Die Welle B trägt eine
Seheibe 34, und die Welle C weist eine Scheibe 35 auf. Diese beiden Scheiben haben
gleichen Durchmesser und stehen einander so gegenüber, daß der Riemen 2 leicht von
einer Scheibe auf die andere Scheibe geleitet werden kann.
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Der bewegliche Wagen S kann zwei Endlagen einnehmen, in welchen er
mittels zweier Riegelge:sperre festlegbar ist (Fig. 7 bis 9). Jedes Riegelgesperre
weist einen Riegel 36 auf, der bei 38 auf einer mit dem Gestell H starr verbundenen
Stütze 37 angelenkt ist. Der Riegel ;steht unter der Wirkung einer Feder 39, die
das Eingreifen der Riegelnase 4o in einen Einschnitt 41 der Stange 23 bewirkt.
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Der Riegel 36 hat gegenüber seiner Nase 4o noch einen Haken 42, der
mit dem Haken 43 einer Klinke 44 zusammenwirkt. Die Klinke 44 ist
mittels des Zapfens 45 am Winkelhebel 5o gelagert. der seinerseits auf dem Zapfen
5 i gelagert ist. Der Zapfen 51 ist mit dem Gestell H fest verbunden.
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Eine federnde Stütze dient dazu, den Haken 43 der Klinke 44 mit dem
Haken 42 des Riegels 36 zu verriegeln. Die Federstütze weist eine Feder 46, die
in einem innerhalb der Klinke 44 vorgesehenen Raum 47 untergebracht ist, und eine
der Wirkung der Feder 46 ausgesetzte Kugel 48 auf, die gleichfalls teilweise in
den Raum 47 ragt und sich auf der Fläche 49 der Stütze 37 abstützt.
Der
Winkelhebel 50 steht außerdem unter der Wirkung einer Feder 52, die den Winkelhebel
5o in die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Lage zieht, wobei ein Anschlag 58 die
Bewegung begrenzt. Jeder Winkelhebel 5o kann mittels eines Kabels 53 bzw. 54 gegen
die Wirkung der Rückholfeder 52 verschoben werden. Die Kabelbewegungen werden von
Nockenscheiben 55 und 56 aus gesteuert, die auf der Hauptnockenwelle E und auf einer
Hilfsnockenwelle d sitzen. Die Hilfsnockenwelle d ist mechanisch mit
der Hauptnockenwelle D verbunden.
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Die Wirkungsweise der Umschaltvorrichtung ist folgende Der Motor M
treibt über die Welle C die Hauptnockenwelle E an (Fig. i). Die Nockenscheiben 12,
13 und 14 steuern innerhalb einer vollen Umdrehung der Hauptnockenwelle E: a) -das
öffnen des Werkstückspannfutters, b) das Auswerfen des fertigbearbeiteten Werkstückes,
c) das Einbringen eines Rohlings in das Spannfutter in bearbeitungsgerechte Lage,
d) das Schließen des Werkstückspannfutters. Hat die Hauptnockenwelle E ihre Ausgangslage
wieder erreicht, dann verursacht die Nockenscheibe 55 ein Verstellen des Winkelhebels
50 mittels des Kabels 53 entgegen der Wirkung der Rück'holfeder 52. Die von
dem Winkelhebel 50 getragene Klinke 44 nimmt den Riegel 36 entgegen der Wirkung
der Feder 39 mit und bewirkt dadurch das Entriegeln der Nase 40. Der bewegliche
Wagen S wird alsdann von der durch das Relais F betätigten Schubstange 25 angetrieben
und aus der in Fig. i dargestellten Lage nach rechts in die in Fig.6 dargestellte
Lage verschoben.
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Ein auf der Stange 23 angebrachter einstellbarer Anschlag 57 bewirkt,
sobald die Klinke 44 beim Verschieben des Supports in die eine oder andere Endlage
gegen den Anschlag 57 läuft, das Entriegeln der Haken 42, 43 (Fig. 9). Der freigegebene
rechte Riegel 36 kann infolge der Wirkung der Feder 39 in den rechten Einschnitt
41 auf der Stange 23 mit seiner Nase 40 einrasten. Infolgedessen wird der Wagen
S in seiner rechten Endlage festgehalten. Beim Verschieben des Wagens S wird der
Riemen 2 von den Seitenwänden 30 mitgenommen, so d,aß der Riemen 2 nun die
auf der Welle B angebrachte Scheibe 34 antreibt.
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Infolgedessen bleibt die Hauptnockenwelle E stehen; die Nockenwelle
D und die Hilfsnockenwelle d hingegen werden in Drehung versetzt. Die Nockenscheiben,
die auf der Welle D sitzen, steuern im Laufe von mehreren Umdrehungen der Welle
das Fräsen des Zahnfräsers in zwei Arbeitsgängen.
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Ist die Fräsarbeit beendet, so veranlaßt die Nockenscheibe 56 eine
Zugwirkung auf das Kabel 54 und bewirkt damit das Entriegeln des rechten Riegels
36. Das, Relais F bewegt alsdann den Wagen S nach rechts in seine ursprüngliche
Lage. Wenn der Einschnitt 41 gegenüber der Nase 40 zu stehen kommt, so bewirkt die
Feder 39 das Eingreifen der beiden Teile des rechten Riegels 36. Die in der Zeichnung
dargestellte Maschine ist in erster Linie zum Fräsen sphärischer Zahnfräser (Fig.
ir) aus einem Rohling nach Fig. io bestimmt.
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Das Fräswerkzeug, nämlich der F räser t, wird von einer durch den
Motor 6o angetriebenen Werkzeugspindel 59 aufgenommen. Diese Spindel 59 ist
exzentrisch in einer Büchse 61 gelagert. Die Büchse,6i wiederum ist exzentrisch
in eine Hülse 62 eingesetzt, die in einem Lager eines Schlittens 63 drehbar vorgesehen
ist. Die Hülse 62 trägt ein mit einer Zahnstange 65 im Eingriff stehende Zahnrad
64. Die Zahnstange ihrerseits ist gleitbeweglich in dem Schlitten 63 geführt. Die
Rille eines Schnurrades 67 an der Hülse 62 nimmt eine Feder 68 auf, deren eines
Ende am Schnurrad selbst und deren anderes Ende an dem Schlitten 63 angreift, so
daß sie aufwindbar ist. Infolge der Wirkung der Feder 68 wird die Hülse 62 in einer
durch die Kurve der Nockenscheibe io vorbestimmten Winkellage gehalten. Der Schlitten
63 ist auf einem weiteren, längs eines auf dem Gestell H fest angebrachten Trägers
71 verschiebbaren Schlitten 7o angebracht.
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Wenn die Hauptnockenwelle D in Drehung versetzt wird, dann tritt folgender
Arbeitsablauf selbsttätig ein: a) Das Fräswerkzeug t wird in die Arbeitslage gestellt.
Diese Bewegung wird durch die Nockenscheibe 8, welche die horizontalen Verschiebungen
des Schlittens 63 bewirkt, veranlaßt.
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b) Das Fräswerkzeu:g t wird bis zur gewünschten Frästiefe abgesenkt.
Diese Verschiebung wird durch die Nockenscheibe 9, der die vertikalen Verschiebungen
dies Schlittens 70 verursacht, gesteuert.
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c) Das Fräswerkzeug t wird einem Kreisbogen entlang verschoben. Dieses
Verstellen wird von der die Zahnstange 65 entgegen der Wirkung der Feder 68 verstellenden
Nockenscheibe io gesteuert. Der Radius dieses Kreisbogens ist durch die Winkellage
der Büchse 61 in der Hülse 62 vorbestimmt.
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d) Nach dem Fräsen eines Zahnes des zu erzeugenden Zahnfräsers veranlaßt
die Nockenscheibe 7 eine Winkelverdrehung des Rohlings f um eine vorbestimmte Größe.
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e) Vor der Winkelverdrehung des Rohlings f wird das Fräswerkzeug t,
gesteuert durch die Nockenscheibe 9, gehoben, damit das Werkzeug vom Rohling entfernt
wird; während oder hach der Verdrehung dies Rohlings wird das Fräswerkzeug durch
die Feder 68 in seine ursprüngliche Lage zurückgestellt, und schließlich wird das
Fräs,werkzaug wieder in seine Arbeitslage gesenkt.
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f) Die Nockenscheibe io verschiebt erneut die Zahnstange 65, und das
Fräswerkzeug t fräst einen neuen Zahn in den Rohling f ein. Die Bearbeitung des
in der Fig. i i dargestellten Zahnfräsers kann also im Verlauf von zwei vollen Umdrehungen
der Hauptnockenwelle D gefertigt werden, da der Zahnfräser eine Symmetrieebene aufweist,
die durch die Spitze des Zahnes a geht.
Während zweier weiterer
Umdrehungen der Hauptnockenwelle D werden die Zähne des Zahnfräsers nachgearbeitet,
und am Ende der vierten Umdrehung der Hauptnockenwelle D bewirkt die auf der Hilfsnockenwelle
d sitzende Nockenscheibe 56, welche mittels des Kabels 54 betätigbar ist, die Freigabe
des entsprechenden Riegels des beweglichen Wagens S.
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Das Relais F treibt also den Wagen S an, der den Riemen :2 auf die
Scheibe 35 umleitet, worauf sich der Arbeitszyklus wiederholt.
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Die Zahl der Nocken auf den Nockenscheiben 8 lind 9 ist halb so groß
wie die Zahl der an dem Zahnfräser herauszuarbeitenden Zähne, wobei die Nocken gleichmäßig
über den ganzen Umfang der Nockenscheibe verteilt sind.
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Wird bei einer Werkzeugmaschine nur eine einzige Nockenwelle vorgesehen,
dann muß die Zahl der Nocken auf den Nockenscheiben 8 und 9 doppelt so groß sein
wie die Zahl der Zähne des herzustellenden Zahnfräsers. Außerdem müßten die Nocken
nur über einen Teil des Nockenscheibenumfanges verteilt sein.
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In einer anderen Ausführungsform könnte das Werkzeug t durch den Motor
161 angetrieben werden. Es könnte ferner jede Nockenwelle D und E mehrere Sätze
von Hauptnockenscheiben 7, 8, 9 und 1z, 13, 14 erhalten, wobei jeder dieser Sätze
einen Werkzeughalter und ein Spannfutter steuern würde. Auf diese Weise wäre es
möglich, eine Fräsmaschine für Zahnfräser zu erstellen, die eine beliebige Anzahl
von Bearbeitungseinheiten aufweisen würde. Es könnten dann sämtliche Zahnstangen
65 in einer Reihe angeordnet sein und aneinanderstoßen, so daß mittels einer einzigen
Nockenscheibe io gleichzeitig alle Zahnstangen 65 steuerbar sind.
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Die beschriebene Maschine kann auch derart ausgelegt werden,
daß sie zum Fräsen verschiedenster Zahnfräser geeignet ist. Wenn z. B. zylindrische
Zahnfräser gefräst werden müssen, so kann der Werkzeughalter O auf einer mit Führungen
ausgerüsteten Bank angebracht sein und entlang der Führungen durch die Nockenscheibe
io verschoben werden. Außerdem könnte der Werkzeughalter O mit zwei Fräsern ausgerüstet
sein, wobei der eine für das Fräsen der Längszähne und der andere für das Fräsen
der Stirnzähne eines Walzenfräsers vorgesehen sein könnte.
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Für die Bearbeitung von konischen Fräsern kann der längs Führungen
verschiebbare Werkzeughalter O einen Kopierapparat tragen. Dieser Apparat kann die
Querverschiebungen der das Fräswerkzeug t tragenden Haltespindel in Abhängigkeit
von der Axialverschiebung des Werkzeughalters bewirken.
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Eine solche Maschine könnte auch für die Bearbeitung i-on Fräsern
mit Hilfe von Schleifscheiben ausgerüstet werden. Dann wäre es möglich, Zahnfräser
aus gehärteten Röhlingen zu schleifen.
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Derartige Werkzeugmaschinen, die mit zwei Hauptnockenwellen ausgerüstet
sind, die wechselweise in Betrieb gesetzt werden, eignen sich insbesondere für das
Fräsen unterschiedlicher Fräsen Es ist auch eine Maschine denkbar, bei welcher der
MateriaInachschub nicht in Form von Rohlingen, sondern in Form von Stangenmaterial
erfolgt. In diesem Fall würde das Futter mit einer bekannten Stangenvorschubvorrichtung
auszurüsten sein, die durch eine auf der Welle E fest angebrachte Nockenschei(be
gesteuert würde. Jede Stange müßte dabei zunächst vorbearbeitet werden, um einen
Rohling herzustellen, aus dem dann der Fräser gefertigt wird. Hierzu könnte ein
Werkzeughalter vorgesehen sein, der mittels auf der Welle F_ sitzenden Nockenscheiben
steuerbar wäre, während das Spannfutter zur Fertigung des Rohlings z. B. mittels
eines eigenen Motors angetrieben werden könnte, welcher seinerseits von einer auf
der Welle E sitzenden Nockenscheibe gesteuert werden könnte.
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Diese Welle E würde dann sämtliche zur Steuerung folgender Arbeitsgänge
erforderlichen Nockenscheiben tragen a) das Ein- und Ausschalten des das Spannfutter
antreibenden Motors, b) das Abstechen des fertigbearbeiteten Fräsers, c) den Stangenvorschub,
d) die Bearbeitung des Rohlings, e) das Entriegeln der Umschaltvorrichtung. Die
Nockenwelle D hingegen würde alle die Hauptnocken tragen, die notwendig sind für:
a) die Steuerung zum Fräsen der Zähne des zu erzeugenden Fräsers, b) die Steuerung
des Teilapparates, c) die Steuerung zum Entriegeln der Umschaltvorrichtung.
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Der Antrieb der Nockenwellen kann über Riemen erfolgen, wie hier an
Hand der Zeichnung beschrieben wurde; er könnte aber auch über Zahnradgetriebe erfolgen.
In diesem Fall würde die Umschaltvorrichtung einen beweglichen Wagen aufweisen müssen,
der z. B. den beweglichen Teil einer bekannten zweiseitig wirkenden Kupplung axial
verschieben würde.