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Vorrichtung zum Umfangfräsen großer Werkstücke, insbesondere von Stahlingots
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer zum Umfangfräsen großer Werkstücke,
insbesondere von Stahlingots geeigneten Maschine leichter und einfacher Bauart,
die die Bearbeitung vori Stahlblöcken durch Anwendung des Schnellfräsens ermöglicht.
Das Umfangschnellfräsen solcher Werkstücke wird erfindungsgemäß unter Verwendung
eines auf einem Längsbett längs verschiebbaren Werkstückschlittens und eines Werkzeugschlittens,
dessen Querbewegung von der Umfangfläche des rotierenden Werkstückes über- sein
am Werkzeugschlitten verstellbares Kopierorgan, vorzugsweise eine Kopierrolle, abgeleitet
wird, dadurch erreicht, daß auf einem auf dem Längsbett fest angebauten Querbett
schräg zum Werkstück geführten Schlitten; welcher ein aus Frässpindelstock und Motor
bestehendes Fräsaggregat trägt, ein in einer Gleitführung gelagertes Kopierorgan
vorgesehen ist, das in Richtung zum Werkstück mit einer Kraft .gegen einen am Frässchlitten
einstellbaren Anschlag angepreßt wird; die größer ist als jene, unter deren Wirkung
der Frässchlitten gegen das rotierende und längs bewegte Werkstück steht. Die Frässpindelachse
kreuzt unter 9o° die Querbettführung. Durch die Schräglage der Frässpindel zum Werkstück
wird. einerseits die Anordnung
eines mit einer großen Anzahl von
Hartmetallstählen bestückten und mit .großer Drehzahl laufenden Messerkopfes kleinen
Durchmessers und anderseits die Anordnung schwerer Schwungmassen ohne räumliche
Behinderung durch Reitstock bzw. Werkstück ermöglicht. Bei der Bearbeitung schwerer
Stahlwerkstücke ist dadurch die Voraussetzung gegeben, Schnittgeschwindigkeiten
von Zoo bis 300 m/Min. bei einem Werkstückvorschub von 2 in/Min. anzuwenden.
Bei diesem Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges und Werkstückvorschub
ergeben sich geringe - Zerspanungskräfte, die einen leichten Aufbau der Maschine
gewährleisten. Durch die Verwendung von Fräswerkzeugen mit kleinem Durchmesser kann
bei geringem Übersetzungsverhältnis zwischen Motordrehzahl und Frässpindeldrehzahl
bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit eine große Drehzahl des Fräswerkzeuges erreicht
werden. Die Fräserwelle kann z. B. direkt vom Motor mittels eines Keilriemenantriebes
ohne Zwischenschaltung von Getriebeteilen angetrieben werden. Die vorgeschlagene
Anordnung .der Frässpindel läßt ferner die für Stahl bedingte, stärkere Bauart derselben
zu. Als Fräswerkzeug finden mit Hartmetallstählen bestückte Messeköpfe Anwendung.
Der einzelne Messerstahl trennt nur einen kleinen Span ab und ist nur eine sehr
kurze Zeit im Schnitt, während ein Vielfaches dieser Zeit zur Abkühlung zur Verfügung
steht. Bei der Bearbeitung von Leichtmetallen ist eine Schnittgeschwindigkeit bis
zu 5000 m/Min. erreichbar. Die Bewegung des Frässchlittens wird in an sieh
bekannter Art vom Werkstück über ein am Frässchlitten angeordnetes Kopierorgan abgeleitet.
Dieses Kopierorgan ist für sich am Frässchlitten verschiebbar gelagert und wird
gegen einen auf letzterem einstellbaren Anschlag durch eine in Richtung zum Werkstück
wirkende Kraft angepreßt, die größer ist als jene, unter deren Wirkung der Frässchlitten
gegen das rotierende und längs geschaltete Werkstück steht. Die Verwendung eines
auf dem Längsbett längs verschiebbaren Werkstück- bzw. Blockschlittens in Verbindung
mit einem schräg am Längsbett angebauten Querbett für den Frässchlitten ergibt einen
ortsunveränderlichen günstigen Bedienungsstand unmittelbar beim Werkstück mit guter
übersichtlicher Beobachtungsmöglichkeit der zu bearbeitenden Stelle. Gleichzeitig
.bildet die Verwendung eines Längsbettes für einen längs bewegten Werkstückschlitten
und der schräge Anbau des Querbettes für den quer bewegten Werkzeugschlitten die
Voraussetzung, die Steuerung des letzteren direkt vom Werkstück selbst abzuleiten,
wodurch der bauliche und antriebsmäßige Ausbau der Maschine ganz wesentlich vereinfacht
wird. Weitere Kennzeichen der Erfindung liegen in einer besonderen hydraulischen
Steuerung für den Frässchlitten in Abhängigkeit vom Werkstück sowie in einer besonderen
Ausbildung und Anordnung der die Kopierbewegung ausführenden Organe. Die vorgeschlagene
Kopiervorrichtung gewährleistet eine gleichmäßige Schältiefe über der ganzen Umfangfläche
des Werkstückes. Die Spanabnahme und damit der Materialverlust ist geringer als
bei den bisher bekannten Kopierverfahren mit Schablonen-und Schwingensteuerun.g.
Ferner schafft die Vorrichtung für den Bedarfsfall auch die Möglichkeit, das »Kopieren
vom Werkstück« abzuschalten und den Frässchlitten durch eine am Werkstückschlitten
angebrachte Schablone gerade, schräg oder in sonst beliebiger Form relativ zum Werkstück
zu steuern, so daß dieses zylindrische, konische oder eine sonstige Form annimmt.
Das vorgeschlagene hydraulische Kopierverfahren ist beispielsweise bei Blockdrehbänken
in gleicher Art nicht anwendbar, da bei diesen die auftretenden 'hohen Zerspanungskräfte
ein Kopieren vom Block ohne die Zwischenschaltung eines Servomotors nicht zweckmäßig
erscheinen lassen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Vorrichtung mit den
Erfindungsmerkmalen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Seitenansicht,
Fig.2 eine Draufsicht; Fi.g. i a und 2 a zeigen je eine Seitenansicht von in Fig.
i und 2 ersichtlichen Teilen, Fi.g.3 ein Schnittdetail des Frässpindelstockes und
Fig. q. ein Schema der hydraulischen Steuerung des Frässchlittens.
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Die Blockschnellfräsvorrichtung besteht aus dem Längsbett i mit dem
darauf längs verschiebbaren Blockschlitten :2 und dem schräg am Längsbett angebauten
Querbett 3 mit dem Frässchlitten q.. Das auf dem Blockschlitten 2 zwischen Spindelstock
5 und Reitstock 6 befestigte Werkstück 7 (Block) bewegt sich in der Achsrichtung
unter gleichoeiti.ger Rotation an dem am Ort umlaufenden Werkzeug 8 vorbei. Diese
Bauart hat besondere Vorteile für die Bedienung der Maschine. Die Stälhle können
dauernd während des Arbeitens gut beobachtet werden, und der Bedienungsmann hat
alle zur Steuerung der Maschine notwendigen Druckknöpfe und Hebel in Griffnähe.
Das Werkzeü@g, der Messerkopf 8, besitzt keine Seitenbewegung, sondern führt nur
schräg zur Blockachse eine Bewegung auf dem Querbett 3 aus, die zum Einstellen auf
den Blockdurchmesser und als Kopierbewegung bei unrunden und kegeligen Blöcken .dient.
Das Werkstück 7 wird am Spindelstock 5 in eine Planscheibe 9 gespannt, das andere
Ende stützt sich auf einen Reitstock 6 ab, der längs verschiebbar auf dem Blockschlitten
2, sitzt. Zur Feineinstellung ist er mit einer Pinole ausgestattet. Die Pinole wird
durch ein Handrad mit Mutter verstellt. Das Einspannen der Werkstücke geschieht
am bequemsten von der Rückseite der Maschine aus. Die Zentrierung des mittels Kran
zwischen Spindelstock und Reitstock herangebrachten Werkstückes erfolgt durch Zentrierwinkelio
und i i, die verschwenkbar bzw. versenkbar (Fig. i, i. a bzw. 2,.2 a) im Blockschlitten
angeordnet sind. Der Zentrienvinkel i i sichert die zentrische Lage des Werkstückes
in .der senkrechten Ebene und wird der Höhe nach so lange verstellt, bis
der Zentrierwinkel io die zentrische Lage in der Horizontalebene
anzeigt.
Hierauf werden die Spannbacken 9 festgespannt und die Zentrierwinkel io und i i
ausgeschwenkt bzw. abgesenkt. Zur Abfuhr der in großen Mengen anfallenden kurzen
Späne ist der Blockschlitten durchbrochen. Durch die Späneschlitze 27 des Schlittens
fallen die Späne auf Rutschen im Längsbett und von dort durch Schlitze in der Hinterwand
des Längsbettes in Abfurhrbehälter.
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Für die Erzeugung der Schraubennuten auf dem Werkstück erhält der
Block 7 die Drehbewegung durch den Spindelstock 5, während der Blockschlitten 2
samt :dem Block die Längsbewegung ausführt. Kupplungen im Getriebe gestatten, wahlweise
auch den Rundvorschub oder den Längsvorschub-für sich allein laufen zu lassen.
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Auf dem schräg am Längsbett i angebauten Querbett 3 gleitet der Frässchlitten
4. Dieser trägt den Frässpindelstock i2 mit Messerkopf 8 und Antriebsmotor 13 sowie
.die Kopierrollen 14 und 15. Der ganze Frässchlitten 4 wird hydraulisch bewegt und
während des Arbeitens an das Werkstück 7 angepreßt, wobei er sich mit den Kopierrollen
gegen dieses abstützt. Die Zylinder- und Rohrleitungen für die hydraulische Bewegung
sind im Innern des Frässchlittens angeordnet. Die hydraulische Anpressung des Schlittens
an Stelle der sonst üblichen Feder hat die Vorteile der feinfühlig einstellbaren
Anpreßkraft, der Schwingungsfreiheit und der bequemen Bewegungsmöglichkeit des Schlittens.
Die vorlaufende Kopierrolle 14 ist in einem weiteren auf dem Frässchlitten gleitenden
Schlitten 16 gelagert und wird ebenfalls hydraulisch bewegt. Ihre Stellung zum Messerkopf
8 ist mittels eines Handrades 17 (Fig. 4) und Skala einstellbar; wodurch sich die
Tiefe der vom Block abgearbeiteten Gußhaut ergibt. Die Steuerung der Frässchlittenbewegungen
geschieht selbsttätig durch Anschläge i8a, i8b am Blockschlitten oder durch außerdem
vorgesehenen Handhebel i9 und Fußhebel2o. Der Frässchlitten kann jederzeit im Eilgang
vom Werkstück -zurückgezogen werden. Die selbsttätigen Anschläge arbeiten so, daß
nach Fertigbearbeitung des Blockes der ganze Frässchlitten zurückgezogen und der
Antrieb des Blockschlittens abgeschaltet wird.
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Wegen der durch .die Vorrichtung erreichbaren hohen Schnittgeschwindigkeit
des Werkzeuges kommt man mit einer Stufe vom Antriebsmotor für die Frässpindel2i
aus. Reichlich bemessene Keilriemen 22 treiben die schwere und starre Frässpindel
2i an, an der der Messerkopf 8 befestigt ist. Die Stähle 23 sind im Messerkopf 8
derart eingesetzt, daß sie einfach gewechselt werden können. Die Stähle sind mit
Anschlagschrauben 24 versehen, die nach dem Schleifen nach Lehre eingestellt werden.
Mit diesen Anschlagschrauben stützen sich die Stähle im Messerkopf ab. Beim Auswechseln
eines Stahles an der Maschine ist also keinerlei Einstellarbeit notwendig. Auf der
Frässpindel 21 sitzt auch noch die zweite, die nachlaufende Kopierrolle 15, welche
.dann in Tätigkeit tritt, wenn die v orlaufende Kopierrolle das Werkstück am Schopfende
verläßt. Die nachlaufende Kopierrolle ist für besondere Arbeiten in ihrer Stellung
zum Werkzeug durch einen Exzenter25 (Fig.3) einstellbar. Der ganze Messerkopf ist
durch eine aufklappbare Schutzhaube 26 abgedeckt. Im Querbett ist der Ölbehälter
für .die hydraulische Einrichtung des Frässchlittens untergebracht. Es enthält weiter
das Gestänge für die -Handsteuerung des Frässchlittens. An den Seitenwangen sind
die durch einen eigenen Motor angetriebene Hydraulikpumpe sowie ein Schmierapparat
angebaut. Da ein Teil der Zerspanungswärme unvermeidbar durch das Werkzeugin die
Frässpindel 21 ge'ht, - ist, um eine überflüssige Erwärmung der Spindel zu vermeiden,
eine Ölkühlung vorgesehen. Diese besteht aus einer Ölwanne 28 oberhalb der Spindel.
Das von offen ,zugeleitete und der Hydraulik oder einer eigenen Pumpe entnommene
Kühlöl verteilt sich in der Wanne und fließt über Durchlochungen 29 über die Spindel
nach unten in den Ölbehälter ab, wo es eventuell rückgekühlt wird.
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Da es unwirtschaftlich wäre, eine besondere starre Schablone für die
Steuerung des Frässchlittens zu verwenden, wird der Ingot selbst als Schablone benutzt.
Die möglichst nahe der Werkzeugebene gelagerte und in Richtung zum Werkstück einstellbare
Kopierrolle 14 von etwa gleichem Durchmesser wie der Messerkopf stützt den ganzen
hydraulisch angepreßten Frässchlitten, gegen den Ingot ab. Im gleichen Maß wie der
Ingot unrund läuft, wird über die Kopierrolle der Schlitten und mit ifhm das Werkzeug
bewegt. Die Kopierrolle 14 ist dabei derart im Verhältnis zum Werkzeug eingestellt,
.daß das Werkzeug näher zur Drehachse des Blockes steht und um diesen Unterschied
in den Block eindringt. Beim Fortschreiten des Putzens, das stets am dünneren Ingotende
beginnt, verläßt die Kopierrolle den Block, und damit die Bearbeitung ungestört
weitergeht, ist auf der Frässpindel selbst die zweite Kopierrolle 15 angeordnet.
Diese folgt 'dem Werkzeug nach, stützt sich also auf den bereits bearbeiteten Flächen
des Ingots äb und muß deshalb genau den gleichen Abstand von der Blockachse haben,
wie das Werkzeug: Zur Ausarbeitung von örtlich begrenzten Fehlstellen im Block muß
das Werkzeug bei stillstehendem Ingot in diesen eintauchen können, weshalb auch
die Stellung der nachlaufenden Rolle zum Werkzeug veränderlich sein muß. Die Rolle
ist deshalb auf einem Exzenter25 oder Schlitten gelagert und wird mittels Schneckenantrieb
30 verstellt. Durch die Verwendung des Ingots selbst als Schablone kann nicht nur
jeder überhaupt im Umfangfräsverfahren bearbeitbare Blockquerschnitt ohne jede Umstellung
an der Maschine geputzt werden, sondern auch das zeitraubende genaue Zentrieren
des Blockes entfällt. Außer dem vollständigen Abschälen eines Ingots können auf
der Maschine unter der Verwendung der beiden Kopierrollen auch Längsnuten, Rundnuten
und Mulden ohne weiteres ausgearbeitet werden.
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Gemäß Fig. 4 ist am Querbett 3 im Lagerkörper 3a die Stange 33a .des
Kolbens 33 befestigt.
Sie ist mit zwei Ölkanälen 33b, 33c durchbohrt,
welche das Öl in den Zylinder 32 leiten, der am Frässchlitten befestigt ist.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Ölzuführung zu dem beweglichen
Schlitten über die feststehende Kolbenstange 33a erfolgt, so daß' also keinerlei
bewegliche Ölleitungen erforderlich sind.
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Am Schlitter14 ist weiter der Zylinder 34 für die vorlaufende Kopierrolle
14 befestigt. Diese selbst ist in einem Schlitten r6 gelagert, der auf dem Frässchlitten
4 gleitet und mit der Kolbenstange 35a fest verbunden ist. Die Bewegung des Rollenschlittens
16 nach vorn wird über dessen Anschlag 36 durch den mittels Handrad 17 über Schraubenräder
einstellbaren Anschlag 36a begrenzt, der sich seinerseits im Schlitten 4 abstützt.
Außerdem ist im Schlitten 4 noch das Umsteuerorgan 38 angeordnet, welches ,zur Steuerung
des Zylinders 34 für den Rollenschlitten 16 dient.
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Im Bett 3 befindet sich die Druckölpumpe 31, als Zahnradpumpe dargestellt,
mit dem Ventil 31a zur Einstellung des größten Betriebsdruckes. Ebenso ist am Bett
das Umsteuerorgan 37 befestigt, das zur Steuerung des Frässchlittens 4 durch den
Zylinder 32 dient. Dieses Umsteuerorgan wird durch den Handhebel ig sinngemäß zur
Bewegungsrichtung des Schlittens gesteuert. Außerdem kann es durch den am Blockschlitten
befestigten Anschlag i8a über den ebenfalls am Bett 3 gelagerten Nocken 39 selbsttätig
gesteuert werden.
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Mit dem Handhebel ig ist der Fußhebel 2o gekuppelt, welcher über das
Gestänge 40 und den Hebel 41 die Steuerwelle 42 dreht, die am Bett 3 gelagert ist.
Auf dieser Welle sitzt längs verschiebbar der Nocken 43, der das Umsteuerorgan 38
im Schlitten 4 betätigt und vom Schlitten auf der Welle 42 hin und her mitgenommen
wird. Die Steuerwelle 42 kann auch selbsttätig durch den Anschlag i8b am Blockschlitten
über den Nocken 44 gedreht werden.
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Bei Ruhestellung steht der Handhebel ig auf »R«. Die Verbindungsstange
zum Fußhebel 2o hat ein Langloch, damit der Fußhebel von der .Stellung »K« des Handhebels
ig nicht beeinflußt wird. Die Pumpe 31 drückt Öl über Leitungen a und b in die Stangenseite
des Zylinders 32. Seine Deckelseite ist über die Leitung d, Umsteuerorgan 37, Leitung
e mit dem Ölbehälter verbunden und drucklos. Daher wird der Zylinder 32 und mit
ihm der Schlitten 4 nach rückwärts gepreßt und festgehalten. Gleichzeitig wird über
Leitung f, Umsteuerorgan 38 und Leitung h die Deckelseite des Zylinders 34 unter
Druck gesetzt, während die Stangenseite über Leitung g, Umsteuerorgan 38 und Leitung
k mit dem Ölbehälter verbunden ist. Der Kolben 35 und damit .die Rolle 14 werden
daher nach vorn gegen den Anschlag 36a gepreßt.
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Für die Arbeitsstellung wird durch Umlegen des Handhebels ig in die
Stellung »V« die stets unter Pumpendruck stehende Leitung c, die bei Stellung »R«
abgesperrt war, mit der Leitung d verbunden. hie Deckelseite des Zylinders 32 erhält
also ebenfalls Druck. Beide Zylinderseiten stehen nun unter dem gleichen Druck,
und der Zylinder wird durch den Unterschied der Kolbenflächen nach vorn bewegt.
Der Kolben 33 wirkt in .diesem Fall wie ein Tauchkolben. Der mit dem Zylinder 32
verbundene Frässchlitten 4 bewegt sich mit nach vorn, und zwar so lange, bis die
Kopierrolle 14 am Werkstück zur Anlage kommt. Da.die Druckfläche des Kolbens 35
größer ist als die als Druckfläche im Zylinder 33 wirkende Fläche der Stange 3-3a
ist die Kraft, mit der der Kolben 35 nach vorn gepreßt wird, größer als die Anpreßkraft
des Schlittens 4, und die Ölfüllung des Zylinders 34 verhält sich .so, als ob sie
eine feste Stange wäre.
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Durch Verstellen des Anschlages 3611 kann die Rolle 14 gegenüber dem
Schlitten 4 und damit auch gegenüber dem Fräser verstellt werden, wodurch sich die
gewünschte Schältiefe am Werkstück einstellen und während der Arbeit nach Bedarf
ändern läßt. Wird nun bei der Drehung des Werkstückes durch Unrundfheiten die Kopierrolle
14 zurückgedrückt, so nimmt sie über .die Stange 3511, Kolben 35, Zylinder 34 und
dessen Ölfüllung den Schlitten 4 mit. Dadurch wird auf der Deckelseite des Zylinders
32 Öl verdrängt, welches über Leiteng d und Umsteuerorgan 37, Leitung c und
Druckeinstellventil3xa abströmt.
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Dabei bleibt aber stets die Kraft, die den Zylinder 32 und den Schlitten
4 nach vorn preßt, erhalten, so .daß.die Rolle 14 allen Unrundheiten des Werkstückes
folgt, so als ob eine Feder den Schlitten an das Werkstück andrücken würde; Durch
Zurücklegen -des Handhebels ig kann jederzeit der Schlitten vom Werkstück abgezogen
werden.
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Bevor die vorlaufende Kopierrolle beim Weiterwandern des Werkstückes
das Schopfende des Blockes verläßt, wird die an der Frässpindel gelagerte zweite
nachlaufende Kopierrolle 15 an das Werkstück angestellt und übernimmt die Kopierbewegung.
Die nicht mehr gebrauchte vorlaufende Rolle 14 wird selbsttätig zurückgezogen. Das
besorgt der Anschlag i8b am Blockschlitten, der dien Nocken44 drückt und die Welle42
dreht. Der Nocken 43 drückt den federbelasteten Umsteuerschieber 38 nach innen.
Es kommt die Deckelseite des Zylinders 34 über die Leitung h in Verbindung mit Leitung
i und von dieser über das Ventil 38a, Leitung j und k mit dem Ölbehälter. Die vorher
mit k verbundene und drucklose Leitung g wird mit .der Druckleitung f verbunden,
die Stangenseite des Zylinders 34 erhält Druck, und der Rollenschlitten 16 wird
zurückgezogen. Da diese Bewegung aber während des Weiterarbeitens und Weiterkopierens
geschieht, muß der Abfluß aus der Deckelseite des Zylinders 34 durch das federbelastete
und einstellbare Ventil 38" gebremst werden, damit nicht der Druck im ganzen
System, besonders aber im Zylinder 32, absinkt. Der Fräser würde sonst nicht mehr
mit genügender Kraft an das Werkstück gedrückt werden.
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Sobald der Fräser seine Arbeit beendet hat, also in die Nähe der Planscheibe
9 des Blockschlittens 2
gekommen ist, wird der ganze Frässchlitten
4 selbsttätig zurückgezogen, um eine Beschädigung der Werkzeuge oder der Planscheibe
durch Unachtsamkeit bei der Bedienung zu vermeiden. Ein Anschlag i8a am Blockschlitten
bringt über einen Winkelhebel und den Nocken 39 den Schieber des Umsteuerorgans
37 in die Rückstellung »R«, worauf der Schlitten 4 in die Ruhestellung zurückkehrt.
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Um Beschädigungen des Fräsers zu vermeiden, muß verhindert werden,
daß bei Arbeitsbeginn der Frässchlitten 4 und der Fräser gegen das Werkstück bewegt
werden, wenn die Kopierrolle nicht vorsteht. Wenn aus irgendeinem Grund dieKopierrolle
zurückgezogen werden soll, wird der Fußhebel 2o :gegen eine Feder niedergedrückt
und dreht über das Gestänge 40 und Hebel 41 die Steuerwelle 4z. Der Nocken 43 drückt
den Schieber des Umsteuerorgans 38 nach innen, und die Rolle 14 wird wie oben beschrieben
zurückgezogen. Durch die Verbindungsstange zwischen 2o und ig wird aber auch zwangsläufig
.der Hebel ig in die Stellung »R« gebracht und der Schlitten 4 samt Fräser vom Werkstück
abgezogen. Das Gestänge 40 ist so angeordnet, daß stets zuerst der Hebel ig zurückgelegt
wird, bevor der Nocken 43 den Schieber des Umsteuerorgans 38 betätigt. Sobald der
Fußtritt 2o losgelassen wird, kehrt die Rolle 14 sofort wieder in die vordere Stellung
am Anschlag 36a
zurück. Der Schlitten aber bleibt in der rückwärtigen Stellung,
bis er von Hand wieder auf Vorlauf geschaltet wird.