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Selbsttätig arbeitende Fräsmaschine zum Einfräsen der Zähne in Zahnstangen
und zum Ausfräsen von Nuten quer zum Werkstück Gegenstand der Erfindung ist eine
automatisch arbeitende Fräsmaschine zum Einfräsen der Zähne in Zahnstangen und zum
Ausfräsen von Nuten quer zum Werkstück.
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Die bekannten Zahnstangenfräsmaschinen arbeiten in der Weise, daß
der Fräser in einem meist senkrecht beweglichen Schlitten gelagert ist und die Zahnstange
ebenfalls senkrecht auf einem parallel zur Fräserachse schaltbaren Schlitten aufgespannt
ist, wobei das Werkstück die Teilbewegung ausführt.
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Diese Anordnung von Fräser und Werkstück hat den großen Nachteil,
daß, weil das Werkstück die Teilbewegung ausführt, d'ie Maschine in mindestens doppelter
Länge des zu bearbeitenden Werkstückes ausgeführt sein muß; die Maschine beansprucht
somit viel Platz und ist kostspielig in. der Herstellung. Da die Baulänge einer
solchen Maschine beschränkt ist, können lange Zahnstangen nicht in einer Aufspannung
bearbeitet werden. Weiter gestaltet sich die Beobachtung von Werkzeug und Werkstück
beim Einspannen, Einstellen und Bearbeiten äußerst schwierig, .indem Werkzeug und
Werkstück hinter einem Aufsp@annwinkel verdeckt und dem Auge des Bedienungsmannes
entrückt liegen.
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Erfindungsgemäß führt das Werkzeug die fortlaufende Teilbewegung aus,
da das Werkstück ruht, weil der Aufspanntisch fest stehend ist, wodurch
die
Maschine nur um die Länge des,das Werkzeug tragenden Schlittens länger :sein muß,
als die Fräslänge des Werkstückes beträgt.
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Die Fräsmaschine gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch; daß
sie einen feststehenden, zur Aufnahme des zu fräsenden Werkstückes bestimmten länglichen
Aufspanntisch, der zweckmäßig rillt :dem Bett .der Maschine ein Stück bildet, aufweist,
über dem ein in Längsführungen zu beiden Seiten .dieses Tisches geführter brückenförmiger
Ständerschlitten mit einem quer zum Aufspannti.sch beweglichen Frässchlitten angeordnet
ist. Der Frässchlitten erhält auf diese Weise eine gleichmäßige, nicht überhängende
Führung. Ferner wird der Maschine eine absolute Starrheit verliehen, was ein erschütterungsfreies
Arbeiten auch bei großen Zahnteilungen und entsprechend großen Fräsd urchmessern
ermöglicht.
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Zur Kraftübertragung auf die Frässpindel kann auf der Frässpindei
ein Doppelzahnrad festsitzen, welches .durch zwei mit einem Schneckenrad ein einziges
Stück bildende Zahnräder, welche kleiner sind als das erwähnte Zahnrad, angetrieben
wird, wobei dieses Schneckenrad zwischen die Einzelräder des auf der Frässpindel
sitzenden Doppelrades eingreift, zum Zwecke, auf geringem Raum einen starren Antrieb
zu erhalten.
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Um bei einer langen Ausführungsform von mehreren Metern Fräslänge
lange Wellen und die damit verbundenen unvermeidlichen Spielräume zur Betätigung
des Teilmechanismus zu vermeiden, kann bei derselben zur Betätigung des Stellhebels
für die Teilscheibe und für das Ingangsetzen des Teilmechanismus durch einen besonderen
Teilmotor ein Magnet vorgesehen sein, welcher durch einen im Frä:sschlitten befindlichen
Umsteuermechanismus im richtigen Moment erregt wird.
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Inder Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt eine Stirnansicht der Maschine; Fig. i a zeigt eine gewisse
Abänderung der Maschine; Fig.2 zeigt einen Ausschnitt der Maschine in Seitenansicht;
Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Fräsers,teuermechanismus nach der
Linie III-III in Fi:g. 4; Fig. 4 zeigt einen Grundriß :des Fräsersteuermechanismus;
Fig. 5 zeit einen senkrechten Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4; Fig. 6 zeigt
einen teilweisen senkrechten Schnitt nach der Linde VI-VI in Fi:g. 4; Füg. 7 zeigt
einen, senkrechten Querschnitt nach der .Linie VII-VII i Fig. 4; Fäg. 8 zeigt einen
senkrechten Schnitt durch den Teilmechanismus nach der Linie VIII-VIII in Fig.
10 -, Fig. 9 zeigt einen -senkrechten Schnitt durch den gleichen Mechanismus
nach :der Linie IX-IX in Fig. io; Fig. io zeigt einen waagerechten Schnitt des Teilmechanismus
nach der Linie X-X in Fig. 8; Fig. i i zeigt einen senkrechten Schnitt :durch den
Fräserwellenantrieb nach derLinie XI-XI inFig.12, und Fig. 12 zeigt einen :senkrechten
Querschnitt d urch den gleichen Antrieb nach der Linie XII-XII in Fig. 11.
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Die dargestellte, selbständig arbeitende Fräsmaschine hat, wie aus
.den Fig. i und :2 hervorgeht, ein Bett i, -das mit einer .dreifachen Führung für
einen brückenförmigen Ständerschlitten 2 versehen ist und von,dem der vordereLängsteil
als länglicher Aufspanntisch i' für das zwecks Herstellung einer Zahnstange zu fräsende
Werkstück ausgebildet i,st. Auf dem Ständerschlitten 2 dst ein mittels einer Gewindespindel
$ in senkrechter Richtung :einstellbarer, waagerechter Hilfsschlitten 4 angeordnet,
der den senkrecht zum Aufspanntisch i' verschiebbaren Frässchlitten 3 trägt, in
welchem mittels Kugellager :die an ihrem äußersten Ende durch ein Gegenlager 7 gestützte
Frässpindel 6 gelagert ist (s. Fig. i i und 12). Auf der Frässpindel 6 ist ein Doppelzahnrad
8 aufgekeilt,dessen Zahnkränze mit Zahnrädern r o, i i kämmen, die kleiner sind
als das Rad 8 und :die mit einem dazwischenliegenden Schneckenrad 9 ein einziges
Stück bilden. Das Schneckenrad 9, das zusammen mit den Zahnrädern ro, i i auf einer
kurzen Welle gelagert ist, kämmt seinerseits mit der auf einer waagerechten Antriebswelle
13 aufgekeilten Schnecke 12. Der Antrieb der Welle 13 erfolgt über ,einen auf der
hinteren Längsseite der Maschine angeordneten, in einem an der Schlittenführung
4 befestigten Kasten 14 untergebrachten Mechanismus, der weiter unten beschrieben
:ist.
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Der Ständerschlitten ist zu beiden Seiten:desAufspanntisches geführt,
wobei der nach der Seite des Aufspanntisches hin über letzteren sich erstreckende
Teil an :einer Konsole :des Ständerschlittens 2 geführt ist.
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Unterhalb des Kastens 14 ist am Ständerschlitten 2 ein Antriebsräderkasten
15 angebracht (s. Fig. i und 3), auf dessen unterer Seite ein elektrischer Antriebsmotor
16 befestigt ist. Die Welle dieses Motors 16 ist mittels Nut und Feder mit einer
im Kasten 1'5 gelagerten. Hohlwelle 2o verbunden, die ein Ritzel 18 trägt, das mit
:einem auf einer In senkrechter Richtung verlaufenden Welle 17 für den Rücklauf
des Frässchlittens 3 .befestigten Zahnrad 19 kämmt. Im Kasten 15 ist, parallel zur
Hohlwelle 2o laufend, eine Hilf swelle21 gelagert, derenAntrieb durch auf öderen
oberes Ende und auf das obere Ende der Welle 2o aufsteckbare Wechselräder 21' und
20' erfolgt. Auf der Hilf sWelIe 21 ist ein Zahnrad 22 aufgekeilt, das mit einem
auf .dem unteren Ende einer -senkrechtem Antriebswelle 23 aufgekeilten Zahnrad 24
kämmt. Auf der Welle 23 ist mittels Nut und Feder eine im -Gehäuse 14 gelagerte
Schnecke 25 verschiebbar angeordnet, die mit dem Schneckenrad 26 eines kombinierten
Schnecken- und Schraubenrades 26; 27 kämmt (s. auch Fig. 4): Das Schraubenrad 27
kämmt seinerseits wiederum mit dem auf einer Wechselradachse 29 aufgekeilten Schraubenrad
28. Mittels Wechselrädern 30 und 30'
(Fig. 3 und 5) wird
die Umlaufbewegung der Achse 29 auf die Wechselradachse 3 1 übertragen und
von hier mittels einer auf dieser letzteren aufgekeilten Schnecke 32 auf das lose
auf einer Transportspindel 33 angeordnete Schneckenrad 34. Ein ebenfalls lose auf
Ader Spindel 33 angeordnetes Schnecken- und Stirnrad 35 erhält einen konstanten
Antrieb durch eine auf der Vertikalwelle 17 sitzende Schnecke 36 (Fig.3). Auf der
Spindel 33 ist ferner auch eine Klauenkupplung 37 (Fig. 7) verschiebbar angeordnet,
die mittels einer Kupplungsgabel 38 betätigt und abwechselnd mit dem Schneckenrad
34 für den Arbeitsgang des Frässchlittens 3 und dem Schnekkenrad 35 für den Rücklauf
des Frässchlittens 3 in Eingriff gebracht werden kann. Das Schnecken- und Stirnrad
35 treibt ein auf einer Hilfswelle 4o aufgekeiltes Zahnrad 39. Auf der Welle 40
sitzt ferner ein mit sägeförmigen Zähnen versehenes Schaltrad 41 (Fig. 5 und 7),
während zwischen diesem letzteren und dem Zahnrad 39 eine zum Verschwenken der Kupplungsgabel
38 dienende Kurve 42 lose angeordnet ist, die auf einem Nabenteil eine fest damit
verbundene Teil- oder Vorschaltscheibe 43 sowie eine Gegenscheibe 44 trägt. Der
Scheibe 43 sind Stellhebel 45 und 46 zugeordnet, die mittels Nockenteilen in eine
Raste 43' der Scheibe 43 eingreifen können, um letztere nach jeder halben Umdrehung
anzuhalten und mit ihr auch die Kurve 42. Der mit zwei um i 8o° versetzt angeordneten
Rasten 44' versehenen Gegenscheibe 44 ist eine federbeeinflußte Gegenklinke 47 zugeordnet,
die durch Eingriff in die eine oder andere Raste 44' jeweils ein Rückwärtsdrehen
der Scheiben 43, 44 und der damit zusammenhängenden Kurve 42 verhindert. Auf der
Scheibe 43 ist ein Schwenkhebel 48 angeordnet, der am einen seiner beiden Enden
mit ,einem zur Zusammenwirkung mit den Nockenteilen der Stelllrebel45, 46 bestimmten
Haken versehen ist, während an seinem anderen Ende eine ihn so beeinflussende Zugfeder
39 angreift, daß er mit einem daran vorgesehenen Mitnehmerzahn 48' in Eingriff mit
dem Schaltrad 41 gelangt. Die beiden Stellhebel 45. 46 sind mittels einer Schiene
5o miteinander verbunden und werden mittels einer Zugfeder 5 i (Fig. 7) gegeneinandergezogen.
Zur abwechselnden Betätigung :der Stellhebel 45, 46 in Übereinstimmung mit dem Arbeits-
und dem Leerhub Idos Früsschlittens 3 ist an diesem letzteren ein gleichzeitig als
Stützlager für eine Betätigungsstange 55 dienender Arm 56 vorgesehen, der mit zwei
auf dieser Stange einstellbaren Anschlägen 79 und 8o (Fig. i und 7) zusammenwirkt.
Die Stange 55 ist mit einem auf dem oberen Ende eines Vertikalbolzens 52 sitzenden
Hebel 54 verbunden, während ein auf dem unteren Ende dieses Balzens sitzender Hebel
53 (Fig. 5 und 7) in Triebverbindung mit der Schiene 5o steht.
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Am Räderkasten 14 (Fig. 3 und 6) ist- eine zur Steuerung :des Ständerschlittens
2 bestimmte Kontaktvorrichtung 58 vorgesehen, die einen mit dem beweglichen Kontakt
58' derselben verbundenen, mit der oben bereits erwähnten Kurve 42 zusammenwirkenden
Steuerbolzen 57 besitzt. Durch Schließender Kontaktvorrichtung bei jeder zweiten
halben Umdrehung der Kurve 42 wird ein am einen Ende des Bettes i befestigter Elektromagnet
74 (Fing. i) für kurze Zeit in Betrieb gesetzt, der seinerseits mittels einer Schaltstange
75 den in den Fig. 8, 9 und io gezeigten Mechanismus zur Steuerung des Ständerschlittens
2 (Teilmechanismus) einschaltet. Dieser in dem dem Elektromagneten 74 entsprechenden
Bettende untergebrachte Mechanismus hat eine Wechselradachse 62 (Fig. i o), auf
welcher ein mit einem Schaltrad 64 ein Stück bildendes Schneckenrad 63 lose .angeordnet
ist, das mit der auf der ständig umlaufenden Antriebswelle 65' eines Elektromotors
65 sitzenden Schnecke 66 kämmt. Auf der Achse 62 .sitzen ferner eine Teilscheibe
67 und eine Gegenscheibe 72 (Fing. 8 und 9), mit welchen Scheiben wiederum mittels
einer Zugfeder 73 gegeneinandergezogene Stellhebel 70, 71 zusammenwirken,
indem ein Nocken am Stellhebel 70 in eine Raste 67' an der Scheibe 67 und ein Nocken
am Stellhebel 71 in eine Raste 72' an der Gegenscheibe 72 eingreifen kann.
Die Teilscheibe 67 trägt einen Schwenkhebel 68, an dessen einem Ende eine Zugfeder
69 eingreift, die ihn so zu verschwenken trachtet, daß ein an demselben vorgesehener
Mitnehmerzahn in Eingriff mit dem Schaltrad 64 gelanigt, was aber so lange nicht
möglich ist, wie das andere, .als Haken ausgebildete Ende des Hebels 68 im Eingriff
mit dem Nocken am Stellhebel 7o steht, .der seinerseits mit der Schaltstange 75
des Elektromagneten 74 verbunden ist und nach jedem Arbeitshub und beendigtem Rücklauf
des Fräserschlittens 3 außer Eingriff mit der Scheibe 72 und mit dem Schwenkhebel
68 gebracht wird, wodurch diese Scheibe eine Umdrehung ausführen kann und die Achse
62 somit im gleichen Sinne' um eine Umdrehung bewegt. Die Drehbewegung der Achse
62 wird mittels Wechselrädern 78, die auswechselbar auf den Enden der Achse 62 und
der Spindel 6o und auf einem von einem Stellarm 76 getragenen Zwischenbolzen 77
gelagert sind, auf die Spindel 6o übertragen, auf der die mit dem Ständerschlitten
2 verbundene Spindelmutter 61 angeordnet ist.
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Die Arbeitsweise des beschriebenen Zahnstangenfrä@sautomaten ist wie
folgt: Das Werkstück wird entweder direkt oder in einer geeigneten Vorrichtung auf
den Tisch des Bettes eingespannt. Je nach Fräserdurchmesser oder Materialbeschaffenheit
wird! die Fräsergeschwindigkeit durch die auf Zapfen 20, 21 (Fig. 3) aufgesetzten
Wech,selräder 18,
22 eingestellt. Der Fräservorschub pro Umdrehung des Fräsers
wird durch die auf die beiden Wellen 29, 31 (Fig. 4) aufsteckbaren Wechselräder
30, 30' eingestellt. Auf der Zugstange 55 (Fig. i und 7) werden die Anschläge 79,
80 'dem Frässchl-ittenweg entsprechend eingestellt. Sobald der Fräser das Werkstück
im Arbeitsgang durchlaufen hat, zieht die Zugstange 55 durch die Hebel 54, 53 und
Verbindungsschiene 50 den Stellhebel 45 aus der Raste .der Teilscheibe 43 heraus,
wodurch die Klinke 48 frei und durch die Zugfeder 49 mit dem stetig umlaufenden
Sperrad 41 in Eingriff gebracht wird. Die Teilscheibe 43 mit Kurve 42 wird demzufolge
um
einen halben Umgang mitgenommen, worauf die Klinke 46 durch den
in die Raste einfallenden Hebel 46 gefaßt und aus dem Sperrad 41 herausgezogen wird
und die Teilscheibe 43 am Weiterdrehen verhindert. Die Gegenklinke 47 sperrt die
Teilscheibe 43 und Gegenscheibe 4.4. gegen ein eventuelles Rückwärtsdrehen,hervorgerufen
durch den Federzug auf die Klinke 46. Bei dieser halben Umdrehung der Kurve 42 wird
die Kupplungsmuffe 37 (Fig. 7) durch den Hebel 38 in das mit konstanter Geschwindigkeit
umlaufende Schneckenrad 35 für den schnellen Rücklauf des Frässchlittens durch Transportspindel
33 eingerückt, wodurch der Frässchlitten im Eilgang in seine Anfangsstellung zurückgezogen
wird. Vor dieser Endstellung stößt das am Frässchlitten befindliche Anschlaglager
56 an den auf der Zugstange 55 befindlichen Anschlag 8o und wird durch den Hebel
53, 54 und die Schiene 50 der Stellhebel 46 aus der Teilscheibe 43 herausgezogen
, die Klinke 48 mit Odem umlaufenden Sperrrad 41 in Eingriff gebracht und die Teilscheibe
43 mit Kurve 42 um eine weitere halbe Umdrehung verdreht, bis der Hebel 45 in die
Teilscheibe 43 einfällt und die Kinke 48 auslöst. Bei dieser halben Umdrehung der
Kurve 42 wird nun der Kontaktbolzen 47 betätigt, indem solcher durch Federdruck
in die Raste der Kurve 42 einfällt und die Kontakte dadurch kurze Zeit geschlossen
werden, um mittels des erregten Magneten 75 den im Teilmechanismus befindlichen
Stellhebel 70 (Fig.9) aus der Teilscheibe 67 herauszuziehen und diese in
Drehung zu versetzen, wie nachfolgend beschrieben. Es wird absichtlich das System
eines durch Federdruck zur Wirkung kommenden Kontaktes gewählt, bei positiver Ausrückung
desselben statt umgekehrt, da bei einem evtl. Versagen der Feder der Teilmechanismus
nicht in Betrieb kommt und somit der Fräser in der vorhergehenden Zahnlücke. arbeite=t,
wodurch ein Schaden vermieden wird.
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Das auf der Wechselradachse 62 lose laufende Sperrad 64 mit Schneckenrad
63 läuft durch die auf der Motorwelle 65 sitzenüde Schnecke 66 mit einer konstanten
Tourenzahl ständig um. Die Teilscheibe 67 und Gegenscheibe 72, welche auf der Wechselradachse
62 saufgekeilt sind, werden durch die beiden Stellhebel 70, 71 in Stellung und die
Klinke 68 zugleich mit dem Sperrad 64 außer Eingriff gehalten.
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Durch die Erregung des Magneten 74 wie oben beschrieben, wird der
Stellhebel 70 aus der Teilscheibe 67 herausgezogen und damit die Klinke 68
durch Federzug in das ständig umlaufenide, vom besonderen Motor 65 angetriebene
Sperrad 64 hineingezogen, wodurch der Teilmechanismus in Bewegung gesetzt wird und
die Teilscheibe 67 eine volle Umdrehung ausführen kann, worauf dann der Stellhebel
70 wieder in die Raste der Teilscheibe 67 einfällt und die Klinke 68 außer
Eingriff mit dem Sperrad 64 bringt. Die Spindel bewegt dabei den Frässchlitten um
eine Zahnteilung weiter. Die Gegenklinke 71 wird gleichzeitig in die Rücklaufraste
der Gegenscheibe 72 hineingezogen, so daß die Teilscheibe 67 stets die genau
bestimmte Lage einnimmt. Dieser Vorgang wiederholt sich nach jedem Arbeitshub des
Frässchlittens 3.
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Eine hier nicht erläuterte Einrichtung ermöglicht der Teilscheibe
67, mehrere Umgänge auszuführen, bevor ,der Stellhebel 70 in .die Raste einfallen
kann, wodurch es auch bei groben Teilungen möglich ist, mit kleinen treibenden und
großen getriebenen Wechselrädern zu arbeiten.
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Inder Fig. ia ist eine konstruktive Abänderung der Lagerung des Ständerschlittens
2 gezeigt, und zwar ist der letztere hier :durch Vermittlung einer Drehzapfenlagerung
2"' drehbar auf einer Hilfsschlittenführung 2'gelagert, wodurch auch Schrägverzähnungen
hergestellt werden können.