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Maschine zum Schneiden von schraubenförmigen Rillen in zylindrische
Flächen
Die Erfindung bezieht sich auf eine als Drehbank ausgebildete Maschine, welche
zum Schneiden von schraubenförmigen Rillen in zylindrische Flächen bestimmt ist
und einen feststehenden Werkzeughalter sowie eine als Werkstückhalter dienende umlaufende
und längs verschiebbareWelle aufweist. Solche Maschinen werden beispielsweise für
die Herstellung optischer Wählernetze mit linsenförmigen Elementen benötigt. Das
Werkzeug besteht bei Maschinen dieser Art in der Regel aus einem Diamanten. Bei
dem Einschnittvorgang dreht sich ein Zylinder gegenüber dem Werkzeug und führt gleichzeitig
eine Längsbewegung - aus, so daß eine schraubenlinienförmige Rille entsteht.
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Wenn diese Rillen kleine Abmessungen haben müssen, wie es bei den
erwähnten Wählernetzen der Fall ist, dann ist es erforderlich, daß die Maschine
mit ungewöhnlich hoher Genauigkeit arbeitet, wie man sie bei normalen Drehbänken
nicht verlangt.
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Die Erfindung betrifft eine solche Ausgestaltung von Maschinen der
angegebenen Art, daß den erhöhten Genauigkeitsanforderungen Rechnung getragen werden
kann. Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß sich gleichachsig zur Werkstückwelle
an diese nach ihrem einen Ende eine mit einem Drehantrieb verbundene Keilwelle mit
Mitnehmerbuchse und nach ihrem anderen Ende eineVorschubspindel, die von der Werkstück-
welle
in Drehung versetzt-wird, anschließen. Die relative Längsbewegung zwischen Werkzeug
und Werkstück wird demgemäß nicht durch eine Längsverschiebung des Werkzeughalters
auf dem Maschinenbett, sondern durch eine Längsbewegung des Werkstücks selbst und
der das Werkstück tragenden Welle verwirklicht; das Werkzeug bleibt nach einmaliger
Einstellung unbeweglich.
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Diese Verwirklichung der relativen Längsbewegung ist wesentlich.
Es wurde nämlich festgestellt, daß die Vorrichtungen für die Dbertragung der Längsbewegung
auf die üblichen Leitspindeln sowie die Vorrichtungen zur geradlinigen Führung des
Werkzeugs auf dem Maschinenbett nicht die erforderliche Stabilität bieten; sie geben
vielmehr stets zu Schwankungen, Schwingungen und ähnlichen Störungen Anlaß, welche
die Güte der eingeschnittenen Rille beeinträchtigen und den angestrebten Erfolg,
insbesondere bei der Herstellung von Wählernetzen, in Frage stellen. Bei der Längsverschiebung
des Werkstücks gegenüber dem Werkzeug wirkt sich im übrigen der Umstand sehr vorteilhaft
aus, daß die das Werkstück tragende Welle gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt.
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Die in Drehung befindliche Welle ist ungleich leichter in axialer
Richtung zu verschieben als eine fest gelagerte Welle. Zudem besteht die sehr vorteilhafte
A¢öglichkeit, die für die Längsbewegung vorgesehenen Führungsmittel mit der Führungsvorrichtung
für die Drehbewegung zu vereinigen, so daß der gesamte Aufbau eine wesentliche Vereinfachung
erfahren kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird empfohlen, in die Mitnehmerbuchse
der Keilwelle mehrere Kugellager derart einzubauen, daß ihre Achsen die Welle senkrecht
kreuzen. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß drei Kugellager die
Keilwelle an drei Umfangsstellen tragen, während zwei weitere Lager von gegenüberliegenden
Seiten an den Keil angreifen. Diese Kugellager ermöglichen eine sehr leichte Längsverschiebung
der Werkstückwelle.
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Die mit der Werkstückwelle zusammenarbeitende \'orsehubspinldell
übt ihren Druck auf die Werl;-stückwelle zweckmäßig über ein kugelförmiges Druckorgan
aus. Ein solches kugelförmiges Druckorgan ermöglicht eine weitgehende Unabhängigkeit
der Werkstückwelle von Ungenauigkeiten bei der Anordnung und Lagerung der Vorschubspindel.
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Insbesondere kann sich eine ungenügende axiale Ausrichtung zwischen
Welle und Spindel oder auch ein Unrundlaufen der Spindel nicht nachteilig auf die
Werkzeugwelle auswirken. Umgekehrt kommt die Unabhängigkeit auch der Vorschubspindel
zugute. da eine Verklemmung der Vorschubspindel in ihrer Führungsmutter praktisch
ausgeschlossen ist.
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Zwischen der Werkzeugwelle und der Vorschubspindel kann übrigens
eine Übersetzung ins Langsame vorgesehen sein, so daß der Werkstückvorschub gegenüber
dem Spindelvorschub beliebig weitgehend verringert werden kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird empfohlen, daß die Vorschubspindel
aus einem weniger harten Werkstoff als die Spindelmutter und die Welle selbst aus
einem weniger harten Werkstoff als die zugehörigen Lager bestehen und daß die Spindelmutter
sowie die Wellenlager nachstellbar ausgebildet sind. Auf diese Weise wird erreicht,
daß eine etwaige Abnutzung sich gleichmäßi;g auf die ganze Länge der Spindel bzw.
auf die ganze Länge tder Welle verteilt, während die Abnutzung der Gewindespindel
und der Lager äußerst gering gehalten wird. Die Nachstellbarkeit der Spindelmutter
und der Wellenlager bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die an stich bereits
stark verringrten Abnutzungen bequem und rasch auszugleichen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform
veranschaulicht; in der Zeichnung zeigt Fig. I eine Drehbank nach der Erfindung
in schematischer --und teilweise im Schnitt ausgeführter Darstellung, Fig. 2 die
Führungsmittel für die Welle in der Antriebsmuffe in Verbindung mit einer vergrößerten
Schnittdarstellung nach Linie A-B der Fig. I, Fig. 3 eine zu Fig. I gehörige Draufsicht
auf den mittleren Teil der Drehbank, Fig. 4 eine der Lagerschalen der Maschine in
größerem Maßstab.
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Das Maschinenbett I ist mit mehreren Lagerstühlen 2 versehen, welche
ihrerseits je einen Bügel 3 tragen; die Bügel sind durch Vermittlung von Zapfen
4 auf den Stühlen 2 schwenkbar gelagert. In den Bügeln 3 sind die Lagerschalen 5
mittels der zu Ideen Zapfen 4 senkrechten Zapfen 6-schwenkbar gelagert. Die Zapfen
4 und 6 können nach der Ausrichtung der Lagerschalen durch eine beliebige, nicht
dargestellte Vorrichtung festgeklemmt werden. Die Lagerschalen sind nachstellbar
ausgebildet und besitzen z. B. zu diesem Zweck einen Gewindekonus, auf welchen ein
Klemmring aufgeschraubt werden kann.
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Das Bett 1 trägt ferner den Werkzeughalterblock 7, in dem das Werkzeug
8 in üblicher Weise nach allen Richtungen einstellbar eingesetzt ist. Die Welle
g trägt den Zylinder 100, auf dem z. B. ein zu gravierendes Kupferblatt aufgespannt
ist.
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Die Welle g ist an ihrem linken Ende als Keil welle 9' mit einem
Keil 10 ausgebildet und wird mit diesem Ende in der Antriebsmuffe II gleitend geführt.
Die Muffe II trägt eine Riemenscheibe I2, über welche sie in Drehung versetzt werden
kann.
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Die Kraftübertragung von der Muffe II auf die Welle g' ist durch
fünf Kugellager I3, 14, I5, I6, I7 sichergestellt. Die Kugellager I3, I5, I6 tragen
die Keilwelle an drei Umfangsstellen, während die Kugellager I4, I7 von gegenüberliegenden
Seiten an dem Keil 10 angreifen. Durch diese Anordnung 5rirld jede Gefahr eines
Festlrlelmmens der Welle 9' 1 in der Muffe I I während der Kraftübertragung vermieden.
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Ein durch ein Gegengewicht 18 belastetes Zugmittel ist an dem linken
Ende der Welle 9 angeschlossen. Das Gegengewicht I8 ist so gewählt, daß es die axiale
Verschiebung der Welle g und des damit fest verbundenen Zylinders Ioo nahezu allein
bewirkt,
wenn sich die Welle und der Zylinder, von der Spindel 23 getrennt. mit ihrer normalen
Drehzahl drehen.
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An ihrem anderen Ende ist die Welle g mit einem Flansch 19 versehen,
der in seiner Mitte mit einer Aussparung zur Aufnahme einer Kugel 20 versehen ist.
Auf seinem Umfang ist der Flansch 19 ferner noch mit Antriebsteilen 2I, wie z. B.
Stiften, versehen, die eine Drehung ides mit der Spindel 23 fest verbundenen Flansches
22 bewirken. Der Flansch 22 ist ebenfalls mit einer axialen zur Aufnahme der Kugel
20 bestimmten Aussparung versehen. An ihrem anderen Ende greift die Spindel 23 in
eine Mutter 24 ein, die ebenfalls nachstellbar ist.
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Wie Fig. 4 zeigt, sind die Lagerschalen 5 mit Aussparungen 25 versehen,
von denen eine nach unten weist.
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Wie bereits erwähnt, bestehen die Lagerschalen 5 und die Mutter 24
aus Metallen, die härter sind als die Metalle, aus welchen die Welle g und die Spindel
23 gefertigt sind.
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Die dargestellte Drehbank arbeitet wie folgt: In der Fig. I ist die
Stellung der Teile am Ende des Arbeitshubes in voll ausgezogenen Linien gezeigt,
während die Ausgangsstellung strichpunktiert dargestellt ist. Nachdem das Werkzeug
8 gegenüber dem in seiner Ausgangsstellung befindlichen Zylinder 100 passend eingestellt
worden ist, wird die Welle g durch Vermittlung der Muffe I I, der Kugellager I3
bis 17 und des Keiles 10 in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird die Spindel 23 über
die Teile 2I angetrieben, so daß sie durch die Mutter 24 axial verschoben wird.
Die Spindel 23 überträgt ihre Schubbewegung über die Kugel 20 auf die Welle 9, die
ihrerseits in den Lagerschalen 5 und in der Muffe ii nach links gleitet, wobei die
Kugellager I3 bis I7 als Führung wirken. infolge der gleichzeitigen Drehbewegung
und Längsbewegung der Welle g schneidet das Werkzeug 8 im Zylinder 100 eine Nut
ein, deren Profil durch das Werkzeug 8 bestimmt wird, und deren Steigung in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel derjenigen der Spindel 23 entispricht.
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Wie bereits erwähnt, ist die Wirkung des Gegengewichtes I8 derart,
daß die Schubkraft, die die Spin 1 23 ausüben soll, auf ein Minldestmaß verringert
ist.
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Es ist noch zu bemerken, daß immer andere Teile der Welle g und der
Spindel 23 während des Betriebes der Drehbank in den Lagerschalen 5 und in der Mutter
24 zur Anlage kommen, so daß infolge der verschiedenen Härte der verarbeiteten Metalle
eine fortschreitende Gleitbewegung der Welle und der Spindel bei nur geringer Abnutzung
zustande kommt; die Abnutzung läßt sich übrigens durch die den Lagerschalen und
der Mutter zugeordneten Nachstell vorrichtungen leicht ausgleichen.
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Trotz der Wirkung des Gegengewichtes I8 würde die Schubkraft, die
von der Spindel 23 ausgeübt werden soll, ein gleichmäßiges Arbeiten der Maschine
verhindern, wenn die Welle g sich nicht gleichzeitig mit der axialen Bewegung drehen
würde; durch die Zusammenwirkung dieser beiden Bewegunlgen ist es möglich, die Längsverschiebbung
der Welle durch eine äußerst geringe Schubkraft zu bewirken.
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Es ist klar, daß bei der nur schematischen Darstellung der Maschine
auf die praktischen Größenverhältnisse keine Rücksicht genommen wurde.
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Zahlreiche bauliche Änderungen können an den einzelnen Teilen im Rahmen
der Erfindung vorgenommen werden. Solche Abänderungen sind z. B. dann nötig, wenn
die Maschine so aufgestellt wird, daß die Längsachse in Richtung zum Antriebsende
geneigt ist; in diesem Fall würde die Zugvorrichtung mit dem Gegengewicht wahrscheinlich
entbehrlich sein.
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Zwischen Welle g und Spindel 23 könnte noch eine Zahnradübersetzung
ins Langsame eingeschaltet werden, wobei die Spindel 23 jedoch stets in axialer
Richtung auf die Welle einwirken soll, um für den Zylinder einen Vorschub zu erhalten,
der nur einem Bruchteil des Spindelvorschubs entspricht.
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Im allgemeinen sollen sämtliche Teile reichlich bemessen werden und
ein hohes Gewicht erhalten, um die Standfestigkeit und die Belastbarkeit der Maschine
zu erhöhen.
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PATENTANSPRSCHE: I. Maschine zum Schneiden von Rillen in zylindrische
Flächen mit einem feststehenden Werkzeughalter und einer als Werkstückhalter dienenden
umlaufenden und längs verseh iebbaren Welle, dadurch gekennzeichnet, daß sich gleichachsig
zur Werkstückwelle (g) an diese nach ihrem einen Ende eine mit einem Drehantrieb
verbundene Keilwelle (g') mit Mitnehmerbuchse (I I) und nach ihrem anderen Ende
eine Vorschlubspsinldell (23), die von der Werkstückwelle lin Drehung versetzt wird,
anschließt.