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Fräsmaschine zum Fräsen von Spiralen, Nuten, schraubenlinienförmigen
Zähnen od. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine Fräsmaschine, die zwecks Fräsens
von Spiralen, Nuten, schraubenlinienförmigen Zähnen. od. dgl. an ihrem am Ständer
verschiebbaren Tisch einen eine waagerechte Werkstückaufnahmespindel aufweisenden
Teilkopf trägt, der für Bearbeitungen an kegeligen Werkstücken schwenkbar gelagert
ist und seinen Antrieb von der Waagerechtvorschubspindel des Aufspanntisches erhält,
deren Drehzahl durch eine Wechselradschere auf die jeweils erforderliche Drehzahl
der Werkstückaufnahmespindel abstimmbar ist.
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Bei einer bekannten Fräsriiaschine der erwähnten Art ist der Teilkopf
einstückig mit einem Reit-Stockbett hergestellt, cias auf dem Aufspanntisch schwenkbar
gelagert ist. Mit der Schwenkachse dieses Reitstockbettes fällt auch eine Antriebsachse
zusammen, von der aus die Antriebskraft für den Teilkopf bzw. für die Werkstückaufnahmespindel
mittels einer schrägliegenden Zwischenwelle abgenommen wird. Das einstückig mit
dem Teilkopf hergestellte Reitstockbett stellt jedoch ein besonderes Anbauaggregat
dar; das nur für die jeweilige Fräsmaschine verwendet werden kann und daher - wenn
die Fräsmaschine für normale Fräsarbeiten eingesetzt ist - ungenutzt bleibt, zumal
es einerseits wegen seiner sperrigen Abmessungen und anderseits wegen seiner besonderen
Bauart für
Teilarbeiten auf anderen Werkzeugmaschinen ungeeignet
ist.
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Bei den bekannten Fräsmaschinen, auf denen Spiralen mit einer Steigung
von 4 bis etwa 6ooo mm gefertigt werden können, hat es sich auch gezeigt, daß in
den unteren Steigungsbereichen - etwa in den Bereichen von 4 bis 30 mm -
Lagerungsschwierigkeiten und auch ein vorzeitiger Verschleiß aller Getriebeteile
auftreten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Antrieb der Werkstückaufnahmespindel
über einen Schneckentrieb erfolgt, der bekanntlich immer dann verwendet wird, wenn
eine starke Untersetzung gefordert ist. Eine starke Untersetzung ist aber lediglich
für große Steigungen erforderlich, da es dann tatsächlich darauf ankommt, daß die
Werkstückaufnahmespindel verhältnismäßig langsam umläuft. Bei geringen Steigungen,
die einen raschen Umlauf der Werkstückaufnahmespindel erfordern, erscheint der.Schneckentrieb
ungeeignet, da sich dann zwangläufig nicht nur hohe Umlaufgeschwindigkeiten der
Schnecke, sondern auch der vorgeschalteten Wechselräder ergeben, wodurch erhebliche
Massenkräfte auftreten, die zu einer schweren und daher teuren Bauweise aller Getriebeteile
führen. Außerdem bereitet das Schmieren derartig belasteter Getriebeteile Schwierigkeiten,
die zwar bei der hochentwickelten Schmiertechnik beherrschbar sind, jedoch ebenfalls
zu einem gewissen Mehraufwand führen: Um Lagerschwierigkeiten entgegenzutreten,
hat man auch schon die sonst üblichen Kagellager durch andere Wälzlager ersetzt,
die erhöhten Beanspruchungen gewachsen sind. Allgemein kann jedoch gesagt werden,
daß ein Antrieb stets dann verbesserungsbedürftig ist, wenn an einem Endglied erhöhte
Umlaufgeschwindigkeiten gefordert werden, dem ein Schneckentrieb vorgeschaltet ist,
also die geforderte Enddrehzahl nur durch überhöhte Geschwindigkeiten weiterer Vorschaltglieder
erreicht werden kann. Solche Anordnungen haben auch den Nächteil, daß sie - wenn
sie auf eine geringe Steigung eingestellt sind - eine hohe Anlaufleistung bewirken,
die z. B. durch Kurzschluß= l4ufermotoren nur mit einer überaus starken Netzbelastung
erreicht werden kann, ganz abgesehen davon, daß durch das schlagartige Anlaufen
einzelnerGetriebeteile auf hoheDrehzahlen der bereits erwähnte vorzeitige Verschleiß
begünstigt wird.
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Daß die geschilderten Mängel bei bekannten Fräsmaschinen tatsächlich
auftreten, ergibt sich auch schon daraus, daß von den Herstellern für Universalfräsmaschinen
ein Bearbeitungsbereich von 4 bis etwa 6ooo mm Steigung angegeben wird und der Bereich
von o bis 4 mm unberücksichtigt bleibt. Dieser an dem Bereich von 4 bis 6ooo mm
gemessene kleine Bereich erscheint für den schweren Maschinenbau mehr oder weniger
unbedeutend, jedoch stellt er für Maschinen der Feinmechanik eine Lücke dar, deren
Schließung einen wesentlichen Fortschritt bedeuten würde. Ebenso fortschrittlich
wäre es, wenn die Antriebsbedingungen in dem Steigungsbereich von 4 bis 30 mm günstiger
gestaltet werden könnten, und zwar in der Weise, daß man ohne besondere Lager und
ohne eine schwere Bauweise der dem Teilkopf vorgeschalteten Getriebeteile auskommt.
Wie schon erwähnt, haben die Steigungen in dem ganz niedrigen, d. h. in dem o- bis
4-mm-Bereich in der Feinmechanik große Bedeutung, da dort z. B. häufig Vorschubspindeln
gefordert werden, die Steigungen von ?, 2,5 und 3 bis 4 mm aufweisen. Insbesondere
werden solche Forderungen für Werkzeugmaschinen der Uhrenindustrie gestellt, da
es dort darauf ankommt, mit ganz geringen Vorschüben möglichst in einem Arbeitsgang
fein- und feinstbearbeitete Oberflächen zu erhalten.
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Die Erfindung beruht nun auf dem Grundgedanken, eine Fräsmaschine
der erwähnten Art so zu gestalten, daß einerseits der verwendete Teilkopf auch für
Bearbeitungen auf anderen Maschinen oder an einer anderen Stelle der gleichen Maschine
verwendbar ist und anderseits auch Spiralnuten mit einer Steigung von o bis 4 mm
gefertigt wer den können. Außerdem sollen Bearbeitungen in dem bisher schon möglichen
Steigungsbereich von 4. bis etwa 30 mm, einschließlich des neu hinzukommenden
o- bis 4-mm-Bereiches, ohne besondere Lager und ohne besonders kräftige Vorschaltgetriebe
zu beherrschen sein. Ferner wird die Forderung gestellt, daß sich die Fräsmaschine
mit wenigen Handgriffen auf Abwälzfräsarbeiten umstellen läßt, d. h., die Fräsmaschine
soll durch die Erfindung zu einer Universalmaschine werden, die auch in den unteren
Steigungsbereichen keinen wesentlich erhöhten Kraftbedarf für den Umlauf des Werkstückes
hat.
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Dieses Ziel wird nach der Erfindung durch die sinnvolle Kombination
folgender Einzelmerkmale erreicht, nämlich in der Weise, daß der an seinem Gehäuse
einen Werkstückgegenhalter aufweisende Teilkopf für sich allein auf einer besonderen
Konsole schwenkbar gelagert ist und ferner die Werkstückaufnahmespindel (Teilkopfspindel)
des Teilkopfes ihren Antrieb über eine senkrechte, mit der Waagerechtvorschubspindel
in Triebverbindung stehende und gleichzeitig die Schwenkachse des Teilkopfes ergebende
Welle erhält, die in der Berührungsebene zwischen Teilkopf und Konsole durch eine
Klauenkupplung unterteilt ist und gerriäß einem weiteren Einzelmerkmal bei einer
großen Steigung am Werkstück über einen Schnekken- und bei einer kleinen Steigung
über einen Schraubenrädertrieb mit der Werkstückaufnahmespindel (Teilkopfspindel)
gekuppelt wird und daß ferner beim Abwälzfräsen - wie an sich bekannt -der Antrieb
der Frässpindel von der Wechselradschere aus erfolgt.
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Während bei der erwähnten bekannten Fräsmaschine der Teilkopf von
dem Reitstockbett nicht abnehmbar ist, läßt sich hier der Teilkopf mit wenigen Handgriffen
abbauen und an anderer Stelle verwenden, zumal - wenn man den Teilkopf als reinen
Teilkopf verwendet - der an seinem Gehäuse gelagerte Gegenhalter leicht zu entfernen
ist, indem man ihn ganz einfach aus seiner Führung herauszieht. Diese Verwendbarkeit
des Teilkopfes
ist insbesondere für kleinere Betriebe von Bedeutung,
in denen zwar häufig Teilarbeiten ausgeführt werden müssen, jedoch die Anschaffung
solcher Köpfe für jede einzelne Maschine untragbar erscheint. Das Abnehmen des Teilkopfes
ist auch dadurch erleichtert, daß seine Triebwelle durch die Klauenkupplung unterteilt
ist, die etwa mit der Unterkante des Teilkopfes abschließt, so daß das Aufsetzen
auf einen anderen Aufspanntisch keine Schwierigkeiten bereitet. Da ferner der Teilkopf
auf einer verhältnismäßig großflächigen Konsole sitzt, kann nach Abnehmen des Teilkopfes
diese Konsole sofort als Aufspanntisch verwendet werden, während bei der bekannten
Fräsmaschine erst noch eine besondere Aufspannfläche aufgesetzt werden muß. Die
unterteilte Triebwelle für den Teilkopf ist in einem solchen Fall nicht störend,
da sie im wesentlichen mit der Oberkante der Konsole abschließt.
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Durch den wahlweisen Antrieb der Teilkopfspindel ergibt sich außerdem
der entscheidende Vorteil, Gewinde, Spiralen oder Spiralnuten in den Grenzen von
o bis 30 mm ohne Gefahr für das Getriebe der Maschine und ohne erheblichen
Kraftaufwand fräsen zu können, zumal man in einem solchen Fall den Schneckentrieb
aus- und dafür den Schraubenrädertrieb einschaltet. Der unwesentliche Mehraufwand
für den zweiten Antrieb der Teilkopfspindel fällt überhaupt nicht ins Gewicht, wenn
man die weit größere Sicherheit für die Getriebeteile berücksichtigt, ganz abgesehen
davon, daß man mit der erfindungsgemäßen Ausführung auch den bisher nicht erfaßten
Bereich von o bis q. mm Steigung beherrscht. Durch den bei geringen Steigungen eingeschalteten
Schraubenrädertrieb ergibt sich ferner der Vorteil, daß man die Fräsmaschine bedenkenlos
mit Kurzschlußläufermotoren ausstatten kann, da - wie leicht einzusehen ist - keine
großen Beschleunigungen im Getriebe erzielt werden. müssen, die das elektrische
Netz übermäßig belasten würden.
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Ein sich gegebenenfalls bildendes Zahnflankenspiel in dem neu hinzugekommenen
Schraubenrädertrieb läßt sich ebenso wie bei einem Schneckentrieb mit einfachen
Mitteln beseitigen, indem man beispielsweise Zahnräder mit besonderen Zähnen verwendet,
die nach einer Axialverschiebung des einen Rades jegliches Spiel mit dem Gegenrad
ausschließen. Auch läßt sich eine unter Umständen erforderliche Sperre gegen ungewollten
Rücklauf mit einfachen Klemmrollen od. dgl. erreichen, so daß der Schraubenrädertrieb
- antriebstechnisch gesehen - dem Schneckentrieb ohne weiteres gleichwertig ist.
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Schließlich wird durch den Antrieb der Fräs-Spindel von der Wechselradschnecke
aus, der an sich schon bekannt ist, die Maschine zur Universalmaschine, d. h. sie
kann mit wenigen Handgriffen auf Abwälzfräsarbeiten umgestellt werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt das Umschalten auf
den einen oder anderen Trieb mittels einer Kupplung, vorzugsweise mittels einer
Kegelkupplung, deren zwischen den beiden Trieben angeordnetes Schaltglied drehgesichert
und axial verschiebbar auf der Teilkopfspindel sitzt und das je nach seiner Stellung
mit dem frei auf der Teilkopfspindel drehbaren, jedoch gegen axiales Verschieben.
gesicherten Schrauben- oder Schneckenrad in kraftschlüssiger, d. h. in Reibungsverbindung
steht. Eine Kegelkupplung zu verwenden bietet den Vorteil, daß man, ganz gleich
in welcher Stellung sich die Teilkopfspindel zu ihrer Triebwelle befindet, die kraftschlüssige
Verbindung herstellen kann, was insbesondere dann wichtig ist, wenn z. B. auf zwei
gegenüberliegenden Seiten eines Drehteiles Spiralen gefräst werden sollen, die an
bestimmten Stellen einsetzen müssen. Mit einer Klauenkupplung ist dies nicht zu
erreichen, da es bei einer solchen praktisch nur selten vorkommt, daß Klaue und
Gegegenklaue ohne Winkelverdrehung - die die Teilung stört - in Eingriff gebracht
werden können.
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Für das axiale Verschieben. des Schaltgliedes ist erfindungsgemäß
eine radial zu der Teilkopfspindel angeordnete Exzenterwelle vorgesehen, die in
eine Ringnut des Schaltgliedes eingreift und an ihrem aus dem Teilkopfgehäuse herausragenden
Ende einen Betätigungshebel aufweist, der in seinen Endstellungen gegebenenfalls
sperrbar ist. Den Betätigungshebel in seinen Endstellungen zu sichern, empfiehlt
sich vor allem bei der Bearbeitung von schweren Werkstücken, da dabei oft Erschütterungen
auftreten, die zu einem ungewollten Lösen der Kupplung führen können. Tritt dies
bei der Bearbeitung ein, so besteht die Gefahr, daß das Werkzeug bricht oder das
Werkstück zu Ausschuß wird.
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Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die senkrechte Triebwelle
des Teilkopfes einerseits über einen Kegelrädertrieb. mit einer Hohlwelle verbunden
ist, welche die Teilscheibe trägt und in sich die mit der Teilkurbel verbundene
und durch den Kurbelraststift mit der Teilscheibe kuppelbare Schneckenwelle aufnimmt
und daß anderseits die Triebweile über ein Zahnradpaar eine achsparallele Welle
treibt, auf der das eine Rad des Schraubenrädertriebes für die Teilkopfspindel aufgekeilt
ist. Diese Ausbildung führt - da die Einzelteile gewissermaßen ineinandergeschaltet
sind - zu einer gedrängten Bauweise des Teilapparates, der sich äußerlich, d. h.
in seiner Größe kaum von einem normalen Teilkopf unterscheidet.
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Um zu vermeiden, daß beim Umschalten von dem einen auf den anderen
Trieb sich die Teilkopfspindel weiterdreht, ist an der Teilkopfspindel eine Bremse
vorgesehen, die gegebenenfalls mit dem Betätigungshebel des Schaltgliedes gekuppelt
sein kann, d. h., beim Umschalten auf den anderen Trieb wird die Teilkopfspindel
festgelegt.
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Damit beim Weiterteilen mittels der Teilkurbel die Antriebswellen
keine Winkelverdrehung erfahren, ist erfindungsgemäß eine Rastensperre vorgesehen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
es zeigt Fig. z den oberen Teil einer Fräsmaschine in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen
und geschnitten, in schematischer Darstellung und
Fig.2 einen Schnitt
nach der Linie II-II der Fig. i in vergrößertem Maßstab.
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Am Maschinenständer i ist ein Support :2 verschiebbar gelagert, der
an seiner Aufspannfläche eine Konsole 3 trägt, auf der ein. Teilkopf 4 aufgesetzt
ist. Die Kraftübertragung von dem nicht dargestellten, vorzugsweise in dem hohl
ausgebildeten Ständer i untergebrachten Antriebsmotor zu der Waagerechtvorschubspindel
5 des Supports 2 erfolgt über eine Reihe Kegelrädertriebe 6 und Zwischenwellen 7.
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Auf der Waagerechtvorschubwelle 5 sitzt außer dem einen Wendekegelrädertrieb
6 ein Zahnrad, das einer Wechselradschere 8 angehört, die einerseits dem Antrieb
des Teilkopfes 4. dient und anderseits auch mit der Frässpindel 9 in Verbindung
steht.
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Die Antriebskraft für den Teilkopf @ überträgt sich über eine Welle
io auf die senkrechte Triebwelle ii des Teilkopfes 4, um die der Teilkopf 4. schwenkbar
ist. Die Triebwelle i i besteht aus zwei Teilen, die durch eine Klauenkupplung 12
miteinander in kraftschlüssiger Verbindung stehen. Der obere Teil der Triebwelle
i i trägt neben einem Kegelrad 13 ein Zahnrad 14, das mit einem etwa doppelt so
großen, auf einer zu der Triebwelle i i achsparallelen Welle 15 aufgekeilten Zahnrad
16 kämmt.
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Das Kegelrad 13 greift in ein Kegelrad 17 ein, das auf einer Hohlwelle
18 sitzt (vgl. Fig. 2). Die auf einer Vollwelle i9 gelagerte Hohlwelle 18 trägt
an ihrem dem Kegelrad 17 abgekehrten Ende die Teilscheibe 2o, die in an sich bekannter
Weise durch einen Raststift 21 mit der auf der Vollwelle i9 befestigten Teilkurbel
22 gekuppelt werden kann, so daß - wenn der Raststift 21 in die Teilscheibe 2o eingreift
- sich die Antriebskraft von der Triebwelle i i über die Kegelräder 13, 17 und die
Hohlwelle 18 auf die Vollwelle i9 überträgt, auf der eine Schnecke 23 vorgesehen
ist. Diese Schnecke 23 kämmt mit einem auf der Teilkopfspindel 24 frei drehbaren,
jedoch gegen axiales Verschieben gesicherten Schneckenrad 25.
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In einem axialen Abstand von dem Schneckenrad 25 ist ein ebenfalls
auf der Teilkopfspindel 24 frei drehbares und gegen axiales Verschieben gesichertes
Schraubenrad 26 vorgesehen, das mit einem auf der zu der Triebwelle i i achsparallelen
Welle 15 angeordneten Schraubenrad 27 zusammenwirkt. Die kraftschlüssige
Verbindung des Schneckenrades 25 oder des Schraubenrades 26 mit der Teilkopfspindel
24 erfolgt mittels einer Kegelkupplung, deren Schaltglied 28 drehgesichert, jedoch
axial verschiebbar auf der Teilkopfspindel 24 gelagert ist und je nach seiner Stellung
entweder den einen oder anderen Trieb mit der Teilkopfspindel 24 kuppelt. Als Schaltmittel
dient eine Exzenterwelle29, die in eine Ringnut 3o des Schaltgliedes -28 eingreift.
Der an dem freien Ende vorgesehene Betätigungshebel 31 ist in seinen Endstellungen
durch einen Raststift 32 feststellbar. Beim Umschalten von dem einen auf den anderen
Trieb kann die Teilkopfspindel 24 durch eine Backenbremse 33 festgelegt «-erden,
was, wie bereits erwähnt, von großer Bedeutung ist.
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Um beim Weiterteilen eine Störung durch den Antrieb auszuschalten,
ist eine im Gehäuse des Teilkopfes 4 angeordnete Rastensperre 34 vorgesehen, die
in ihrer Sperrstellung in einen Bund 35 der Hohlwelle 18 eingreift. Der gegebenenfalls
für das Werkstück 36 erforderliche Gegenhalter 37 ist L-förmig ausgebildet, d. h.
er greift mit einem abgewinkelten Arm 38 ein- und feststellbar in das Gehäuse des
Teilkopfes 4 ein Gegen Drehung ist der vorzugsweise als HohLylinder ausgebildete
Arm 38 durch einen Flachkeil 39 gesichert.
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Die Kraftübertragung zu der von der Wechselradschere 8 aus angetriebenen
Frässpindel 9 erfolgt von einer Zaharadwelle 4o ausgehend über eine längenverschiebliche
Kreuzgelenkwelle 41 und einen Kebetlrädertrieb 42. Die Kreuzgelenkwelle besteht
dabei aus einer innen genuteten Hohlwelle 43 und einer in diese eingreifenden genuteten
Vollwelle 44.