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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Fräsmaschine zum Umfangsrundfräsen mit
mindestens einem innenverzahnten Fräswerkzeug.
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Auf derartigen Fräsmaschinen können Außenrundkonturen bearbeitet
werden, solange deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Fräswerkzeuges,
ins bes. die Haupt- und Pleuellagerstellen an Kurbel- und Nockenwellen.
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Innenverzahnte Fräswerkzeuge werden, trotz des Nachteils, daß mit
ihnen keine flachgekrümmten oder sogar ebenen Konturen gefräst werden können, dennoch
für bestimmte Anwendungszwecke bevorzugt, da sich mit ihnen eine wesentlich höhere
Oberflächengüte an Außenrundflächen erzielen läßt als mit Hilfe von außenverzahnten
Fräsern, da die Krümmung der Werkzeugkontur bei innenverzahnten Fräsern mit der
Kontur des zu bearbeitenden Werkstückes gleichsinnig, bei außenverzahnten Fräsern
dagegen gegensinnig ist.
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Um nun, bei stillstehendem Werkstück, eine vollständige Außenrundkontur
zu bearbeiten, ist es notwendig, das Werkzeug entweder kontinuierlich oder in zumindest
sehr vielen, kleinen Schritten so um das Werkstück herum zu bewegen, daß nach Möglichkeit
jede Mantellinie der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche mit dem Werkzeug in Berührung
kommt.
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Das Werkzeug muß dazu also in der Ebene quer zur Werkstücklängsachse
frei beweglich sein, wozu mehre--re Lösungsmöglichkeiten bekannt sind: Beispielsweise
kann das Werkzeug exzentrisch in einem drehbar angeordneten, scheibenförmigen Bauteil
gelagert sein, welches entweder selbst wiederum Exzenter eines weiteren scheibenförmigen,
drehbaren Bauteils ist oder auf einem Schlitten sitzt, der quer zur Werkstücklängsachse
linear verfahrbar ist.
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Eine konstruktiv einfachere Lösung ergibt sich, indem das Werkzeug
in einer Schwinge eingebaut ist, also ein Bauteil, das um einen Punkt außerhalb
des Werkstück-Mittelpunktes und natürlich auch außerhalb des Werkzeug-Mittelpunktes,
schwenkbar ist. Durch Festlegen
eines weiteren Punktes der Schwinge wird die Drehlage
desselben festgelegt, was beispielsweise mit Hilfe einer Gewindespindel realisiert
sein kann, und damit wird auch die Lage des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück festgelegt.
Diese Schwingenanordnung ist nun noch, um eine Bewegungskomponente quer zur Werkstück-Längsachse
zu ermöglichen, auf einem linear verschiebbaren Querschlitten angeordnet. Dieses
Prinzip ist in der DE-OS 3302 261, sowie in dem DE-GM 82 17 873 verwirklicht Falls
die maximal zu bewältigenden Werkstückdurchmesser sehr groß sind, ergibt sich dabei
der Nachteil, daß auch die Verstellmöglichkeiten der Werkzeugtrommel sehr groß sein
müssen, d. h. bei der Schwinge muß der Hebelarm, also der Abstand vom Schwenkpunkt
zum zweiten Fixpunkt, sehr groß sein, was wiederum eine ebenfalls große Dimensionierung
des Querschlittens erfordert, auf dem die Schwinge montiert ist. Dadurch wird nicht
nur die Werkzeugmaschine sehr ausladend, schwer und in der Herstellung und Montage
teuer, sondern es können auch die Bearbeitungsergebnisse, zum Teil durch Verzug
aufgrund des Eigengewichts einzelner Maschinenkomponenten, beeinträchtigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zum
Umfangsrundfräsen mit innenverzahntem Fräswerkzeug so auszubilden, daß die Führungs-
und Antriebseinrichtungen für die Vorschubbewegung der Werkzeugtrommel zu keinen
wesentlichen Vergrößerungen derjenigen Maschinenabmessungen führen, die durch die
Werkstückdurchmesser-bedingte Länge vorgegeben sind.
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Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Form und Abmessungen des Werkstücks bestimmen sowohl den Durchmesser
des innenverzahnten Fräswerkzeuges als auch die mindestens erforderlichen Strecken,
die das Werkzeug verfahrbar sein muß. Daraus werden die Länge des Hebelarmes sowie
der Schwenkwinkel ermittelt, um den die Schwinge schwenkbar sein muß und auch der
mindestens erforderliche Verfahrweg des Querschlittens. Da beim Stand der Technik
die Schwinge samt der Werkzeugeinheit auf dem Querschlitten verfahren wird, ergeben
sich dessen Abmessungen aus den Abmessungen der Schwinge zuzüglich des Verfahrweges
auf dem Querschlitten.
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Beim Erfindungsgegenstand dagegen wird der Hebelarm der Schwinge teilweise
oder ganz als Verfahrweg für die Werkzeugtrommel benutzt, d.h., die für die Funktionserfüllung
der Schwinge mindestens erforderliche Größe des Hebelarmes vergrößert sich überhaupt
nicht oder nur geringfügig, und nicht wie der Querschlitten beim Stand der Technik
um den gesamten Verfahrweg der Werkzeugtrommel.
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Dabei weisen die beiden Ausführungsformen der Erfindung, nämlich
Werkzeugtrommel an der Schwinge hängend bzw. auf dieser stehend, jeweils spezifische
Vorteile auf: Bei an der Schwinge hängender Werkzeugtrommel ist eine Anordnung des
Werkstückes relativ niedrig im Maschinenbett möglich, was Gewichts-und Stabilitätsvorteile
bringt, und die anfallenden Späne können vom Bearbeitungspunkt ungehindert nach
unten in die Spänewanne fallen, während sie bei auf der Schwinge stehender Werkzeugtrommel
zunächst nach unten auf die gegenüberliegende Seite des Fräswerkzeuges fallen und
auch seitlich davon auf die Schwinge
bzw. die Führungsbahnen der
Werkzeugeinheit auf der Schwinge. Andererseits weist dagegen die Maschine, bei der
die Werkzeugtrommel auf der Schwinge stehend angeordnet ist, eine geringere Bauhöhe
auf. Ausgehend von der gleichen Baugröße dagegen können bei einer Fräsmaschine gemäß
der Erfindung Werkzeuge mit größerem Durchmesser angebracht werden. Dadurch ist
die Bearbeitung größerer Werkstücke möglich und durch den größeren Werkzeugumfang
und damit die höhere Schneidenanzahl wird der Verschleiß der einzelnden Schneide
vermindert und damit die Werkzeug standzeit erhöht.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht
der Fräsmaschine gemäß der Erfindung mit an der Schwinge hängender Werkzeugtrommel,
Fig.2 eine Frontansicht der Fräsmaschine gemäß Fig. 1, wobei die gesamte Fräsmaschine
zwei Werkzeugtrommeln aufweist, Fig. 3 die Seitenansicht einer Fräsmaschine mit
auf der Schwinge stehend angeordneter Werkzeugtrommel, Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene
Frontansicht der Fräsmaschine gem. Fig. 3.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Werkzeugmaschine mit zwei Bearbeitungseinheiten
für je ein innenverzahntes Fräswerkzeug 11 in, teilweise aufgeschnittener, Seiten-und
Frontansicht. Die Maschine ist auf einem Maschinenbett 1 mit etwa U-förmigen Querschnitt
aufgebaut, auf dem zwei ebenfalls U-förmige Längsschlitten 2 mittels der Führungsbahnen
14 verschiebbar gelagert sind, wobei als Längsschlitten-Antrieb 5 beispielsweise
eine Spindel/Muttern-Einheit benutzt werden kann. Auf der Sohle des Maschinenbettes
1 befindet sich der integrierte Späneförderer 15. An jeweils einem Schenkel des
Maschinenbettes 2 ist eine Schwinge 3 drehbar angelenkt, deren Schwenklage dadurch
festgelegt wird, daß ihr anderes Ende über eine Gewindespindel mit dem anderen Schenkel
des Maschinenbettes 2 verbunden ist, zu dem der Abstand durch Drehen der Gewindespindel
6, die vom Schwingenantrieb 7 angetrieben wird, variiert werden kann. Ein Querschlitten
4, der als Trägereinheit für das innenverzahnte Fräswerkzeug 11 dient, ist entlang
der Schwinge 3 längsverschieblich, also quer zur Werkstücklängsachse angeordnet.
Die Verschiebung des Querschlittens 4 relativ zur Schwinge 3 wird durch den Querschlittenantrieb
8 bewirkt. Das Werkzeug 11, das hier im Eingriff mit dem Werkstück 12 dargestellt
ist, wird durch den WerkzeugAntrieb 9 angetrieben.
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Damit kann also die Position des Werkzeuges 11 relativ zum Werkzeug
12 sowohl durch eine Verschiebung des Querschlittens 4 entlang der Schwinge 3 als
auch durch ein Schwenken der Schwinge 3 gegenüber dem Längsschlitten 2 erfolgen.
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Dadurch, daß sich das das Werkzeug 11 tragende Bauteil als Querschlitten
4 entlang der Schwinge 3 verfahren läßt und nicht wie bisher die ganze Schwinge
3 auf einem zwischen Schwinge 3 und Längsschlitten 2 angeordneten Querschlitten
verfahren wird, sind für das Querverfahren des Werkzeuges 11 wesentlich weniger
weit auskragende und weniger massive Bauteile notwendig, so daß sich für eine solche
Maschine sowohl ein großer gewichtsmäßiger und damit handhabungstechnischer als
auch, durch den geringeren Materialverbrauch, kosten mäßiger Vorteil ergibt. Darüberhinaus
können, da bei Längs- und Querverstellung der Maschine we-
sentlich geringere Massen
bewegt werden müssen, schwächere Antriebsmotoren verwendet werden, was einerseits
die Herstellungskosten senkt und andererseits die Betriebskosten.
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Ein weiterer handhabungstechnischer Vorteil einer solchen Werkzeugmaschine
gegenüber der bereits bekannten Bauart liegt darin, daß bei hängender Anordnung
des Querschlittens 4 an der Schwinge 3, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, die Späne
von der Berührungsstelle zwischen Werkzeug 11 und Werkstück 12, die im unteren Bereich
des Werkzeugringes 11 liegt, herausgebracht werden müssen, um von hier aus ohne
Hindernis auf den Späneförderer 15 zu fallen. Befindet sich dagegen das Werkzeug
11 zusammen mit der Schwinge 3 auf einem Querschlitten, so stellt dieser Querschlitten
auf jeden Fall ein Hindernis hinsichtlich der problemlosen Spanabfuhr dar.
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Diesen Nachteil nimmt man zwar bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten
Variante mit auf der Schwinge 23 stehender Werkzeug-Einheit in Kauf, jedoch ganz
bewußt und nur in solchen Fällen, in denen der diesem Nachteil gegenüberstehende
Vorteil einer relativ niedrigen Bauhöhe von Interesse ist. Bei dieser Bauform würden
das Maschinenbett 21 und die Längsschlitten 22 zwar ebenfalls U-förmigen Querschnitt
aufweisen, jedoch einen größeren Öffnungswinkel und geringere Schenkellänge, wodurch
die Bauhöhe verringert würde, da hier die Tiefe des U-förmigen Profiles lediglich
ausreichen muß, um die Montage bzw. Funktion eines Späneförderers 35 zu ermöglichen
und nicht als Bearbeitungsraum für das Werkstück 32 ausgenutzt werden kann. An jeweils
einem Schenkel der Längsschlitten 22 sind wiederum die Schwingen 23 schwenkbar befestigt,
deren Schwenklage durch eine Gewindespindel 26 zwischen Schwinge 23 und Längsschlitten
22, die von einem Schwingenantrieb 7 betrieben wird, variiert werden kann. Längs
der Schwinge 23 und damit quer zur Werkstücklängsachse ist ein Querschlitten 24
mittels eines Querschlittenantriebs 28 und einer Gewindespindel 10 verschiebbar
angeordnet, der das innenverzahnte Fräswerkzeug 31 trägt, das vom Werkzeugantrieb
29 angetrieben ist. Die Längsschlitten 22 gleiten bei der Verschiebung gegenüber
dem Maschinenbett 21 wiederum auf auf dem Maschinenbett 21 aufgebrachten Führungsbahnen
34.
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