-
Drechslerei-Fräsmaschine zur Stirn- oder Querholzbe arbe itung Die
Erfindung betrifft eine Drechslereimaschine mit einem rotierenden Scheibenfräser
als Span abtragendem Werkzeug, dessen die gewünschte Form erzeugende Arbeitsbewegungen
in einer Arbeitsebene ablaufen, die einer Längsmittelebene des sich drehenden Werkstückes
entspricht. Mit Stirnholz wird in der Drechslerei das freie Stirnende eines Werkstücks
bezeichnet, dessen Fasern etwa in Richtung seiner Drehachse verlaufen, das aber
nur einseitig eingespannt ist. Auch Querholz wird gewöhnlich einseitig eingespannt,
hier laufen die Fasern jedoch, wie der Name sagt, quer zur Drehachse. Typische Querholzartikel
sind z.B. plattenartige Fußteile, flache Kerzenständer, Schalen, Tellerchen und
dergl.
-
Bei einer bekannten Maschine bewegt sich der Scheibenfräser in einer
horizontalen Ebene in Höhe der Drehachse des Werkstücks. Die Scheibenebene des Fräsers
fällt also mit der Arbeitsebene zusammen, und die Fräserachse schneidet die Arbeitsebene
senkrecht. Diese Maschine dient vorwiegend zur Herstellung von flach oder tief ausgehöhlten
Körpern, insbesondere dünnwandigen Holzschalen, wobei sich gegenüber der-Bearbeitung
mit einem feststehenden Schneidwerkzeug eine außergewöhnlich glatte Oberfläche ergibt,
weil die Fasern nicht aufgerauht werden.
-
Allerdings beschränkt sich die Anwendung der bekannten Maschine auf
die Herstellung von gerundeten Querschnittsformen. Insbesondere kann der-KriUnmungsradius
der konkaven Formen nicht kleiner sein als der Scheibenradius des verwendeten Fräsers.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maschine
vorzuschlagen, mit der unter Einsatz eines schmalen Scheibenfräsers Stirnholz- und
Querholzartikel hergestellt werden können, die scharfe Kanten oder Hohlkehlen, kantige
Absätze oder Nuten sowie Rillen oder Wülste mit kleinen Krümmungsradien haben. Diese
im kunstgewerblichen Sprachgebrauch sogenannten rustikalen Formen mußte der Drechsler
bislang immer noch in Handarbeit herstellen.
-
Ausgehend von einer Drehfräsmaschine, bei der die Arbeitsbewegungen
des Scheibenfräsers in einer Arbeitsebene verlaufen, die einer Längsmittelebene
des sich drehenden Werkstücks entspricht, besteht die Lösung des Problems erfindungsgemäß
darin, daß die Scheibenebene des Fräsers die Arbeitsebene schneidet. Es ergibt sich
also eine bisher nicht gekannte Position von Werkstück und Fräser wahrend des Fräsvorganges,
die sich durch eine besonders feine Zerspanung des Holzmaterials auszeichnet. Durch
die hohe Schnittgeschwindigkeit und die sshmale Schneidfläche der Fräserzähne ergibt
sich ein relativ sauberes Fräsbild.
-
All diese Überlegungen gelten in besonderem Maße für jene typischen
erfindungsgemäßen Fräserpositionen, in denen die Scheibenebene des Fräsers die Arbeitsebene
mit einem Winkel von 90° schneidet. Wenn hierbei die Fräserachse zur Drehachse des
Werkstücks senkrecht steht, dann lassen sich rechtwinklige Absätze und stark gekrümmte
Rillen und Wülste besonders gut herstellen. Andererseits sind von größter Wichtigkeit
auch diejenigen Positionen der 90°-Gruppe- in denen die Fräserachse die Werkstückachse
schräg schneidet. Je nach der Richtung der Schrägstellung lassen sich damit äußere
und innere Hinterschneidungen
herstellen. Aber auch Zwischenstellungen
sind wichtig, die sich dann ergeben, wenn man den mit seiner Scheibenebene in der
Arbeitsebene liegenden Fräser so weit schwenkt, bis sich diese beiden Ebenen senkrecht
schneiden.
-
Wenn bei diesen Zwischenstellungen die Yräserachse zur Werkstückachse
rechtwinklig verbleibt, ergeben sich Rillen, deren Querschnitte von der kreisrunden
Außenkontur des Fräsers selbst über verschiedene Parabelformen bis hin zur schmalen
Tut von der Breite des Fräsers reichen. Stehen außer den genannten Flächen auch
noch die genannten Achsen schräg zueinander, so ergeben sich weitere eigenartige
hinterschnittene gerundete Formen am Werkstück.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Maschine so
auszubilden, daß zumindest ein Teil der angesprochenen Positionen des Fräsers durch
Verschwenken desselben erreicht werden kann. Der wichtigste Schritt auf diesem Wege
zur universalen Verwendbarkeit besteht darin, daß die Lagerhalterung des Fräsers
um eine zur Arbeitsebene senkrechte Achse schwenkbar gelagert und arretierbar ist.
Damit können dann wahlweise rechtwinklige Absätze, Rillen, Wülste und Hinterschneidungen
in beiden Richtungen hergestellt werden.
-
Wenn die Lagerhalterung des Fräsers außerdem noch um eine zur Arbeitsebene
parallele Achse schwenkbar gelagert und arretierbar ist, dann lassen sich alle erfindungsgemaß
in Frage kommenden Fräserstellungen einrichten, darunter auch die bekannte Fräserstellung
mit in der Arbeitsebene liegender Fräserscheibe, die mit Vorzug für Schalen verwendet
wird.
-
Beide Schritte lassen sich auf verschiedene Weise vereinigen.
-
Einmal dadurch, daß die Lagerhalterung des Fräsers mit einem
Werkzeugträger
mittels eines Scharniergelenks verbunden ist, dessen Gelenkachse parallel zur Arbeitsebene
verläuft und dessen mit dem Werkzeugträger verbundene Gelenlrhälite am eine zur
Arbeitsebene senkrechte Achse an diesem Wer1zeupträger schwenkbar gelagert ist.
Eine konstruktiv einfachere Lösung der zweifachen Schwenkbarkeit be steht erfindungsgemefS
darin, daß die Lagerhalterung des Fräsers mittels eines Schwenkarmes an dem zugehörigen
Teil des Scharniergelenks um eine zur Fräserachse parallele undXoder zur Fräser-
und ScharniergelelSachse senkrechte Achse schwenkbar gelagert ist.
-
Die Schwenkbarkeit parallel zur Fräserachse ist vorteilhaft, wenn
häufig kugelförmige Hohlformen hergestellt werden sollen, deren Radius größer als
der Scheibenradius des Fräsers ist In diesem Fall ist es übrigens weiter vorteilhaft,
die Verbindung zwischen der Lagerhalterung des Fräsers und dem Scharniergelenk oder
eines dieser Bauteile selbst längenveränderbar auszubilden, so daß der Arbeitsradius
unterschiedlioh eingestellt werden kann. Auf diese Weise lassen sich Kugelformen
verschiedener Krümmung herstellen, ohne daß Fräser mit verschiedenen Durchmesßern
verwendet werden müssen, denn dies hat bei drehzahlgleichem Antrieb einen unterwünschten
Einfluß auf die Schnittgeschwindigkeit.
-
Die ggfs. zusätzliche Schwenkbarkeit der Lagerhalterung senkrecht
zur Fräser- und Scharniergelenkachse ermöglicht eine größere Frästiefe, denn diese
bestimmt sich danach, wann der Rand der Schale an der Lagerhalterung anschlägt.
-
Außerdem lassen sich damit innere und äußere Hinterschneidungen mit
beliebigen Winkeln anbringen.
-
Es hat sich herausgestellt, daß eine Aufrauhung der Werkstückoberfläche
bei Innenbearbeitung in den erfindungsgemäßen Fräserpositionen besonders dann vermieden
wird, wenn das Fräserzentrum, d.h. der Schnittpunkt der Fräserachse mit der Quermittelebene
der Fräserscheibe, zur Arbeitsebene einen
kleine@ Abstand hat. Die
auslaufenden Fräserzähne streifen dann nicht mear am Werkstück. Dieser Abstand sollte
am größton sein, wen@ die Fräserscheibenebene mit der Arbeitsobene einen reschten
Winkel bildet. Bei kleineren Winkeln ann auch dieser Abstand @lei@er sein. Erfindungsgemäß
kann man durch die Anordnung der zur Arbeitsobene parallelen Scharniergelenkachse
diesen Erfolg selbsttätig herbeiführen. Nach einem bevorzugter Ausführungsbeispiel
wird die Scharniergelenkachse so gelegt, daß sie in einem kleinen Abstand, z.B.
1 mm, parallel zur Quermittelebene des Fräsers verläuft und die Fräserachse schneidet.
-
Prinzipiell kann jeder schmale Scheibenfräser Verwendung finden, er
sollte jedoch hinterschliffene Flanken haben. Insbesondere eign@n sich die einfach
nachzuschleifenden Fräser mit rechteckigem Schneidprofil. Für gerundete Formen empfehlen
sich auch Fräser mit schmalem Rundprofil. Andererseits; sind für kantige Formen
Fräser mit zurückgezogenen Stirnkanten zu bevorzugen. In jedem Fall ist es vorteilhaft,
wonn die Zahnbrust hohl geschliffen ist.
-
Die @ewegungen des Fräsers und des hin tragenden Gelenks in verschiedenen
Richtungen innerhalb der Arbeitsebene erfolgen vorzugsweise mittels eines Kreuzsupports,
der parallel zur Ar@eitsebe@e bewegt werden kann. Für die Herstellung hinterschnittener
Formen ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn der Kreuzsupport auf dem Naschinenbett
bezüglich einer vertikalen Achse in vorschiedenen Winkelstellungen befestigt werden
kann.
-
Der Fräser kann dann z.B. durch Bewegungen nur eines Supports in seiner
Hauptschnittrichtung weiterbewegt werden. Für die Serienfertigung empfiehlt es sich,
den Werkzeugträger mittels einer Schablone oder in weiterer Verfeinerung und un-ter
Einsatz der modernerl Hilfsmittel der Werkzeugmaschinentechnik nach einem bestimmten
Programm parallel zur Arbeitsebene zu bewegen. Vorzugsweise wird man, wie bei Drehbänken
üblich, die Arbeitsebene horizontal wählen.
-
Die Erfindung ist auch anwendbar bei Dreckslereimaschinen mit an sich
bekannten Sondereinrichtungen zum Herstellen unrunder Formen. Bei diesen Maschinen
wird der Spindelkopf, in dem das Werkstück drehbar gelagert ist, auf einem Quersupport
Lili urld her bewegt oder um eine tr Werkstückachse parallel Achse geschwenkt. Die
Werkstückac@se verbleibt dabei paralle@ zu sich selbst, und die Drehbewegung des
Werkstücks wird in Abhängigkeit von der Spindelkopfbewegung gesteuert, oder das
eistück dren sich überhaupt nicht. Auf diese Weise können z.B. ovale Bilderrahmen
bzw. zur Spindelkopfachse quer verlaufende Formen im Werkstück hergestellt werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erlciu-tert. Im einzelnen zeigt: Figur 1 eine Vorderansicht einer
erfindungsgemäßen gelenkigen Anordnung zur Halterung eines Fräsers vom Arbeitsplatz
aus, wobei die Fräserscheibenebene auf der Arbeitsebene senkrecht und ein Scharniergelenk
in der abgewinkelten Stellung steht, Figur 2 eine Draufsicht auf die in Figur 1
gezeigte Anordnung, wobei man das Angreifen des Fräser an den al Form besipiel gewählten
Werkstück erkennt, Figur 3 eine Seitenansicht der Anordnung nach den Figuren 1 und
2 von rechts, wobei die gestreckte Stellung des Scharniergelenks strichpunktiert
eingezeichnet und das Werkstück und der Fräsermotor weggelassen sind, Figur 4 eine
Vorderansicht derselben Anordnung mit gestrecktem Scharniergelenk und ein Längsschnitt
(längs zur Drehachse) einer Werkstückhohlform, wie sie typischerweise in dieser
Arbeitsstellung angefertigt werden kann, Figur 5 eine Draufsicht auf eine Fräserscheibe
in einer erfindungsgemäßen Arbeitsstellung sowie einen Teillängsschnitt des bearbeiteten
Werkstücks zur Erklärung einer inneren Hinterschneidung und
Figur
6 eine solche Draufsicht bei einer äußeren Hinterschneidung.
-
Zunächst werden die Figuren 1 bis 3 im Zusammenhang erläutert, wobei
gleiche Teile mit gleichen, aber nicht in allen Figuren wiederkehrenden Bezugsziffern
bezeichnet sind. In Figur 1 und 2 befindet sich links die Werkstückspindel 1, die
ein Werkstück 2 trägt und stich um die Werkstückachse )7 dreht.
-
Die Fasern des Werkstücks verlaufen quer zur Werkstückachse 3, es
handelt sich also um ein sogenanntes Querholz. Die Spindel wird von einem nicht
dargestellten Motor angetrieben.
-
Die Maschine hat einen schematisch angedeuteten Werkzeugträger 4,
den man sich z.B. als Oberteil einer Kreuzsupports vorstellen allen. Zum Verständnis
der Erfindung genügt es, wenn davon ausgegangen wird, daß dieser Werkzeugträger
in einer Horizontalebene in beliebigen Richtungen bewegt werden kann. Es ist ohne
Belang, ob diese Bewegung mit Hilfe von Hebel- oder Spindelantrieben oder mit hydraulischen
oder pneumatischen Antrieben herbeigeführt wird. Die Bewegung kann ferner auch einer
Schablone folgen oder mit Hilfe einer modernen numerischen Steuerung einem bestimmten
Programm.
-
Auf dem Werkzeugträger ist mit Hilfe von vier Schrauben 5 ein insgesamt
mit 6 bezeichnetes Scharniergelenk befestigt.
-
Es besteht aus einer runden Grundplatte 7, einem säulenförmig aufragenden
Scharnierunterteil 8 mit quadratischem Querschnitt, einem Scharnieroberteil 9 und
einem Klemmbogen 10. Das obere Ende des Scharnierunterteiles 8 ist halbkreisförmig
abgerundet und ouer zur Achse dieser Rundung mit zwei tiefen Nuten und einer gleichbreiten
seitlichen Ausfräsung versehen, so daß drei plattenförmige Zinken 11 übrig bleiben,
deren Schmalseiten in Figuren 1 und 2 dargestellt sind. Das Scharnieroberteil ist
ebenso ausgebildet und weist drei Zinken 12 auf, die in die Zinken des Unterteils
eingesteckt sind. Die Zinken sind in ihrer RwldunG8sacilse durchbohrt und werden
im zusammengeCiigten
Zustand von einer Klemmschraube 13 zusammengehalten,
die zugleich als Gelenkstift dient und deren Mittelachse die Scharniergelenkachse
14 bildet.
-
Das freie Ende des Scharnieroberteils 9 hat eine viereckige Aussparung,
so daß es den Kleminbogen 10 fensterartig umgreift und mittels einer seitlich eingesetzten
Feststellschraube 15 an diesem festgeklemmt werden kann. Der Klemmbogen selbst bildet
mit. der Grundplatte 7 ein Stück. In der Grundplatte sind vier gleichmäßig verteilte
kreisbogenförmige Schlitze 16 vorgesehen, durch welche die schon erwähnten Befestigungsschrauben
5 durchgesteckt sind. Die vier Schlitze sind bezüglich der Mittelachse 17 des Scharnierunterteils
konzentrisch angeordnet, so daß das Scharniergelenk in einem begrenzten Winkelbereich
um diese vertikale Achse 17 geschwenkt werden kann.
-
Mit Hilfe eines insgesamt mit 18 bezeichneten Scharnierträgers ist
am Scharnieroberteil 9 eine Lagerhalterung 19 eines Fräsers 20 befestigt. Der Scharnierträger
besteht ähnlich wie das Scharnier 6 aus zwei Teilen 21 und 22, die sich um eine
Gelenkachse 23 drehen und mit einer Klemmschraube 24 zusammengeXalten und arretiert
werden. Die Hälfte 21 hat an einem Ende ein quadratisches Fenster und ist mit diesem
über das Scharnieroberteil 9 gesteckt und mit einer Schraube 25 befestigt. An der
anderen Hälfte 22 ist mit Hilfe einer Kleminschelle 2C, eines Zwischenstückes 27
und zweier Schrauben 28 die Lagerhalterung 19 quer festgeklemmt. Das Zwischenstück
27 hat zwei dem Außendurchmesser der Lagerhalterung 19 entsprechende halbrunde Ausformungen
und dient zur wahlweisen Verlängerung des Scharnierträgers 18. Es ist wie auch die
Klemmschelle 26 mit zwei gewindelosen Bohrungen versehen, die von den Schrauben
2@ durchsetzt werden. Am inneren Ende greifen die Schrauben 2, dagegen in ein Gewinde
der Scharniergelenkhälfte 22 ein.
-
Die Fräseraciise -() verlauft in den Darstellungen nach Fig. 1 bis
, norizontal uiicl somit parallel zu der durch die Bewegungen
des
Werkstückträgers 4 bestimmten Arbeitsebene. Sie verläuft senkrecht zu der Gelenkachse
23 des Scharnierträgers 18 und zu der Scharniergelenkachse 14 und schneidet letztere.
-
Die Scharniergelenkachse 14 verläuft in gleicher Richtung wie die
Werkstückachse )7, jedoch in einem Abstand a von ca. 1 mm über dieser, wobei zu
beachten ist, daß der Fräser mit einer wesentlich höheren Drehzahl als das Werkstück
umläuft, und zwar gemäß Figur 1 in Richtung des Pfeiles 31, während sich das Werkstiick
in Richtung des Pfeiles 52 dreht.
-
Die Höherstellung der Fräserachse gegenüber der Werkstückachse ist
besonders bei Innenprofilen erforderlich, damit eine saubere fransenlose Oberfläche
der bearbeiteten Stellen entsteht.
-
Zur Erläuterung der Arbeitsweise sei insbesondere auf Figur 2 Bezug
genommen. Die Arbeitsbewegungen des ganzen gelenkigen Traggerüstes fi;r den Fräser
und dieser selbst verlaufen parallel zur Zeichenebene, Da ein Fräser mit dreiseitigem
Schnitt verwendet ist, spielt es keine Rolle, in welcher Richtung die der Kontur
des Werkstückes 2 folgende Arbeitsbewegung verläuft. An den gerundeten Stellen schneidet
der Fräser vorwiegend an den Ecken bzw. an nur einem punkt seiner Schneidkante,
wenn es sich um einen gerundeten Konturenfräser handelt, wie er in den Figuren 5
und 6 dargestellt ist.
-
Das gute Oberflächenergebnis hat einmal in der so bewirkten feinen
Zerspanung seine Ursache, zum anderen aber liegt es wesentlich daran, daß die Fasern
vom Fräser seitlich angerissen werden.
-
Wird der Fräser dagegen 900 um die Scharniergelenkachse 14 geschwenkt,
dann gelangt er in die in Figur 4 dargestellte Position. Die Scheibenebene des Fräsers
oder, genau genommen, die Quermittelebene liegt jetzt in gleicher Höhe wie die WerkstFicl.nc,lsc
@ iiorizontal. In dieser Position kann beispielsweise eine @ohlform hergestellt
werden, wie sie das W@rkstück 33 zeigt.
-
Es ist in einem Werkstückaufnahmekopf 34 eingespannt, der im Falle
der Außenbearbeitung von Hohlformen oder auch von flachen Teilen gegen einen Vakuum-Aufnahmekopf
ausgetauscht werden kann. Bei diesem wird das Werkstück mit der hohlen bzw. der
flachen Seite an einer passenden Aufnahmeform festgesaugt. Hier ist übrigens zu
bemerken, daß der Vorteil der schnellen Arbeitsweise mit einer solchen Vakuumspannung
mit der erfindungsgemäßen Maschine erst richtig ausgenutzt werden kann, da die feine
Zerspanung auch nur kleine Kräfte an den Werkstücken zur Wirkung kommen läßt. Beim
Arbeiten von Hand oder mit feststehendem Werkzeug konnten dagegen kleinere Werkstücke
nicht vakuumverspannt werden, da die Gefahr des Wegfliegens -bestand.
-
Die Hohlform des Werkstücks 33 hat einen ebenen Boden und läuft dann
zum Rand hin kugelfrmig aus. Zur Herstellung dieser Form wird der Support zunächst
so weit nach vorn bewegt, daß die Arbeitsschneide des Fräsers vor der Werkstückachse
3 liegt.
-
Es werden dann die Befestigungsschrauben 5 des Scharniergelenks gelöst
und das ganze Gelenk nach rechts um die vertikale Achse 17 geschwenkt. Dabei frißt
sich der Fräser vom Rand zur tieferen Mitte der Hohlform oder mit anderen Worten
"zur längeren Faser hin" vor. Hat der Fräser die tiefste Stelle erreicht und stehen
die Scharniergelenkachse 14 und die Werkstückachse 3 wieder parallel, so werden
die Befestigungsschrauben 5 wieder angezogen und der Fräser mit Hilfe des Supports
rechtwinklig zur Werkstückachse 3 weiterbewegt, bis die wirksame Fräserschneide
in der Mitte steht.
-
In der Draufsicht nach Figur 5 ist ein Fräser 35 gezeigt, der am Rand
eines runden Tabletts 36 eine sogenannte innere fin-terschneidung anformt. Das Tablett
dreht sich um die wiederum mit 3 bezeichnete Werkstückachse. Diese Stellung des
Fräsers kaiin auf verschiedene Weise erreicht werden, am einfachsten durch Schwenkung
um die Achse 23 des Scharnierträgers. Zum anderen kann man dieselbe Stellung auch
erreichen durch Verschwenken
des Scharniergelenks 6 gegenüber dem
Werkzeugträger 4 um die Äc;lse 17 oder durch schräges Aufsetzen des ganzen Ereuzsupports
auf dem @aschinenbett. Letzteres kann unter Umständen eine Bedienungsvereinfachung
bringen.
-
In Figur 6 ist der Fräser 35 nach der anderen Seite verschwenkt.
-
In dieser Position formt er eine äußere Hinterschneidung an einem
Werkstück 37, das sich um die Werkstückachse 3 dreht.
-
Da die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur den Grundgedanken der
Erfindung deutlich machen sollen, sind die konstruktiven Einzelheiten nur nach dem
Gesichtspunkt der einfachen Darstellung ausgewählt worden. Es versteht sich daher
von selbst, daß anstelle der klemmschrauben für die Scharniergelenke bei IIol z
be arbeit-unGsnaschincn übliche Schnellspannhebel mit Exzenterwirkung verwendet
werden können. Ebenso wird man zur praktischen Ausführung anstelle der Grundplatte
7, deren Bogenschlitze 16 ihr nur eine begrenzte Schwenkmöglichkeit gebeil, einen
Kugelkranz oder ein anderes unbegrenzt drellbares Lager mit zentrischer oder radialer
Schnellspannung verwenden.
-
Patentansprüche