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Fräsmaschinen

[159] Fräsmaschinen (milling-machines; machines à fraiser; fresatrici, limatrici) Werkzeugmaschinen zur Ausführung jener Arbeit an Werkstücken, bei der mit Schneidkanten versehene Werkzeuge in der Weise durch Drehung zur Wirkung gelangen, daß die einzelnen Schneiden nacheinander einen gleichgroßen Angriff ausüben, wobei die entfallenden Späne in der Regel hintereinander liegen oder sich kreuzen.

Das Fräsen bietet gegenüber dem Arbeitsvorgang beim Hobeln, Stoßen und Drehen den Vorteil, daß die gewünschte Arbeitsfläche mittels eines nur einmaligen Übergehens durch das Werkzeug – die Fräse – hergestellt werden kann, wenn die Schneidkanten der Fräse dem Profil der gewünschten Fläche entsprechen und die Nachstellbewegung längs der Leitlinie dieser Fläche erfolgt. Hierbei kann das Werkzeug oder das Werkstück nach einer Lehre (Schablone) geführt werden.

Da das Profil der Fräse von beliebigen geraden und krummen Linien, sofern diese keine Unterschneidung enthalten, zusammengesetzt und die Leitlinie ebenfalls eine gerade oder beliebige krumme Linie sein kann, so ist es möglich, mittels der Fräsarbeit die mannigfaltigsten Formen (ebene Flächen, Schlitze und Nuten verschiedener Form, profilierte, aus gekrümmten und ebenen Teilen zusammengesetzte Flächen, Zähne von Rädern u.s.w.) auf sehr einfache Weise mit großer Genauigkeit herzustellen.

Die Fräsarbeit findet daher vorteilhaft auch in solchen Fällen Anwendung, in denen es auf die Herstellung einer Anzahl vollkommen übereinstimmender Werkstücke ankommt.

Bestandteile jeder F. sind der Ständer und der Tisch für die Befestigung oder Auflage des Werkstücks. Im Ständer ist eine Welle (die Frässpindel) gelagert, die zur Befestigung des Werkzeugs dient und durch die Antriebsvorrichtung in Umdrehung gesetzt wird.

Das Fräsen wird zur Bearbeitung der verschiedenartigsten Materialien angewendet.

A. Fräsen von Metallen. Erst durch die Anwendung des Schmirgelschleifrads beim Herstellen und Schärfen der Fräsen ist die Fräsarbeit, die bis dahin auf Metalle nur in ganz beschränktem Maß angewendet wurde, zu der Wichtigkeit gelangt, die sie heute sowohl als vorzügliches Mittel zur Massenerzeugung,[159] als auch für allgemeine Zwecke in den Werkstätten besitzt.

Beim Fräsen kann eine sehr vollkommene Arbeit erreicht werden, so daß Nacharbeiten, wie sie die Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen anderer Art erfordert, oft ganz entbehrlich sind.

Überdies sind bei der Fräsarbeit größere Schnittgeschwindigkeiten anwendbar, da gewöhnlich nur ein Teil des Fräsenumfangs im Eingriff mit dem Werkstück steht, jede Schneide also Zeit hat, sich während ihres Leergangs abzukühlen.

Ausgedehntesten Gebrauch finden Spezialfräsmaschinen in den verschiedensten Industrien bei Herstellung von Werkzeugen, Armaturbestandteilen u.s.w. Im allgemeinen Maschinenbau tritt die F. häufig an Stelle der Hobelmaschine und Stoßmaschine.

In vielen Fällen werden auch anderweitige Werkzeugmaschinen mit Einrichtungen versehen, die es ermöglichen, sie zeitweilig für Fräsarbeit zu verwenden.

Nachstehend sollen einige, hauptsächlich in den Eisenbahnwerkstätten zur Verwendung[160] gelangende Arten von F. für Metalle behandelt werden.

Doppelte Bohr- und Fräsmaschine zum Bohren von Treib- und Kuppelstangen und zum Abdrehen der Lager-Seitenflächen, für Kopflagerentfernungen von 960 bis 3000 mm (Abb. 119).

Das Bett der Maschine besitzt prismatische Führungen, auf denen die beiden Frässupporte von Hand für die Kopflager-Entfernungen genau feststellbar sind.

Die aus Tiegelgußstahl geschmiedeten Spindeln werden selbsttätig vorwärts gesteuert. Jede Bohrspindel wird für sich, unabhängig von der anderen angetrieben; der rasche Rückzug erfolgt von Hand. Die Bohrspindeln sind mit Flanschensupporten zum Abdrehen der Lager-Seitenflächen bis 200 mm Durchmesser versehen.

An der Vorderseite des Bettes sind zwei Konsoltische mittels Zahnstangengetriebes der Länge nach vertikal und quer gegen das Bett von Hand verstellbar und tragen je einen Reitstock und Parallelschraubstock zum Einspannen der Arbeitsstücke, ferner je eine Lünette als Gegenlager für die Bohrstange.

Doppelte Mutterzapfen-Fräsmaschine (Abb. 120) zum Bearbeiten der Zapfen von Kuppelmuttern für die Kuppeln der Eisenbahnwagen.

Der Antrieb der Maschine erfolgt durch einen Elektromotor, der mittels Schneckenradübersetzung eine im Innern des Bettes gelagerte Welle antreibt. Von dieser Welle werden die beiden Frässpindeln mittels Zahnradübersetzung angetrieben. Jede dieser Frässpindeln ist selbsttätig verschiebbar gelagert und werden die Messerköpfe mit verschiedenen Geschwindigkeiten gegen das Werkstück vorgeschoben, selbsttätig abgestellt und rasch zurückgezogen.

Die Einspannvorrichtung besteht aus einem lünettenartigen Körper mit aufklappbarem Deckel, der mittels einer Schraube niedergehalten wird. Nach dem Lüften der Mutter dieser Schraube kann letztere zurückgeschlagen und der Deckel abgehoben werden, so daß das Werkstück in kürzester Zeit zentrisch eingespannt werden kann.

Der Vorschub der Messerköpfe und ihr rascher Rücklauf geschieht selbsttätig und wird von der Antriebswelle abgeleitet.

Das Werkstück wird in der Art bearbeitet, daß zuerst die zylindrischen Zapfen in achsialer Richtung von je zwei diametral im Messerkopf eingespannten Messern egalisiert werden. Diese Messer sind so geformt, daß sie auch die Flächen plandrehen können, an denen die Zapfen sitzen. Das Egalisieren der Zapfen geschieht mit einem viel größeren Vorschub als das Plandrehen der Fläche, weshalb zwei verschiedene Zahnradübersetzungen im Vorschubmechanismus eingebaut sind, die in dem Augenblicke, als das Egalisieren der Zapfen beendet ist, selbsttätig umgeschaltet werden. Während des Plandrehens der Flächen werden deren Kanten von besonderen Messern abgeschrägt und auch die Kugelflächen an den Stirnseiten der Zapfen angedreht. Sind diese Arbeiten beendet, so wird der Vorschub selbsttätig unterbrochen. Mittels Handhebel kann das rasche Rückziehen der Messerköpfe eingeschaltet werden. Stellbare Anschläge bewirken selbsttätig die Abstellung. Die Schneckenräder, die die Zahnstangengetriebe zum Vorschub der Messerköpfe antreiben, können mittels Friktionskupplung durch Handgriffe ein- und ausgekuppelt werden, so daß jeder Messerkopf unabhängig von dem anderen eingestellt werden kann.

Vertikale Fräsmaschine (Abb. 121).

Die Maschine hat starken Ständer mit angegossenem Bett für den Tisch und starke Prismen für den Frässchlitten. Der Frässchlitten ist sowohl von Hand mittels Griffrades als auch selbsttätig zum Bohren und Fräsen in die Tiefe verschiebbar. Er ist[161] durch ein im Ständer angebrachtes Gegengewicht ausbalanziert und durch einen verstellbaren Anschlag genau auf Höhe einstellbar. Die Frässpindel läuft in langen konischen Lagern aus Phosphorbronze, ist achsial nachstellbar und stützt sich gegen eine verstellbare Gegenspitze.

Neben dem in der Mitte des Tisches befindlichen Rundsupport ist seitlich je eine Aufspannfläche derart angeordnet, daß hiedurch ein großer rechteckiger Aufspanntisch entsteht. Dieser hat Handverstellung und selbsttätige, reversierbare Längs- und Querbewegung. Der Mittelsupport besitzt überdies selbsttätige Rundsteuerung. Alle zur Bedienung erforderlichen Handräder, Hebel und Kurbeln sind so angeordnet, daß sie vom Standorte des Arbeiters leicht zu erreichen sind.

Die Maschine ist auch zum Fräsen nach Schablone eingerichtet.

Beim Fräsen nach der Schablone wird (s. Abb. 124 u. 125, die eine ähnliche Maschine darstellen) auf der Führung des Fußgestells der Kopierrollenträger f₁ befestigt, gegen dessen Rolle die am Querschlitten q befestigte Lehre (Schablone) e_x durch die Wirkung des Gewichtshebels A, beständig angepreßt wird. Schaltet man nun die zur Bewegung des Längsschlittens p dienende Spindel t aus und gibt dem Querschlitten q befestigte Lehre (Schablone) e₁ durch die Wirkung des Gewichtshebels h₁ beständig angepreßt wird. Schaltet man nun die zur Bewegung des Längsschlittens p dienende Spindel t aus und gibt dem Querschlitten q eine Bewegung, so wird das mit q verbundene Arbeitsstück nach der durch das Profil der Schablone bestimmten Linie an der Fräse vorübergeführt werden.

Diese Maschinen finden im Lokomotivbau eine ausgedehnte Verwendung bei Herstellung von Kurbeln, Leit- und Kuppelstangen, Lagergehäusen, Lagerschalen, Kreuzköpfen, Steuerungsbestandteilen, Dampfschiebern u.s.w.

In Abb. 124 u. 125 ist das Fräsen einer Steuerungskulisse nach der Lehre zur Darstellung gebracht.

Achslagerbohrmaschine (Abb. 122).

Die Maschine besitzt in der Längsrichtung selbsttätigen, vertikal und quer von Hand verstellbaren Supporttisch mit stellbaren Anschlägen.

Der Aufspanntisch besteht aus einem Schlitten, der an dem Bett in Prismen lang geführt ist, der darauf vertikal verstellbaren Konsole und dem eigentlichen Aufspanntisch. Die Steuerung des Tisches erfolgt durch Stufenscheibe, fallende Schnecke, Schneckenrad und Spindel. Sie löst sich auf eingestelltem Anschlag selbsttätig aus.

Der Spindelstock ist sehr breit gehalten, damit die Lagerung eine vollkommen zuverlässige wird. Das rückwärtige Lager reicht weit in den Konus hinein.

Diese Bauart ermöglicht die selbsttätige Abstellung der Tischbewegung auf bestimmte Tiefe durch stellbaren Anschlag.

Fräsmaschine mit einer horizontalen und zwei vertikalen Frässpindeln (Abb. 123).

Die Maschine ist für alle Arbeiten geeignet, die bisher auf Hobelmaschinen durchgeführt wurden, ihre Leistungsfähigkeit ist jedoch größer als bei[162] diesen. Sie ist besonders für forcierten Betrieb und Verwendung von Werkzeugen aus Schnelldrehstahl gebaut.

Das Bett der Maschine hat in seinem oberen Teile gehobelte Führungen für den Tisch. Es ruht mit seiner ganzen Grundfläche auf dem Fundament auf.

Der Tisch ist lang und nachstellbar geführt und gegen das Abheben durch untergreifende Leisten gesichert.

Die Verschiebung des Tisches erfolgt durch Leitspindel, und zwar entweder von Hand oder selbsttätig in 4 verschiedenen Geschwindigkeitsgrößen. Durch stellbare Anschläge wird der Vorschub des Tisches selbsttätig abgestellt. Außerdem ist noch eine rasche Verschiebung des Tisches bei größeren Transporten ermöglicht.

Die zwei vertikalen Frässchlitten sind auf der Traverse sowohl von Hand als auch selbsttätig mit 4 verschiedenen Geschwindigkeiten zu verschieben und können beide entweder zusammen oder auch nur einer allein gesteuert werden.

In vertikaler Richtung sind die Frässpindeln durch Schnecke und Schneckenrad, sowie Zahnstangengetriebe für eine genaue Einstellung der Fräser verstellbar.

Der Schlitten der horizontalen Frässpindel auf dem rechten Ständer ist gemeinsam mit der Lünette am linken Ständer von Hand verstellbar. Der Schlitten und die Lünette sind durch Gegengewicht ausbalanciert und können an den Ständern in beliebiger Höhe festgeklemmt werden. Die horizontale Frässpindel ist ebenfalls von Hand durch Schnecke und Schneckenrad, sowie Zahnstangengetriebe in horizontaler Richtung einstellbar.

Der Antrieb der Maschine erfolgt vom Vorgelege aus auf einen Räderkasten, in dem Räderpaare von verschiedenem Übersetzungsverhältnis eingebaut sind, durch deren Einkupplung 4 verschiedene Umdrehungsgeschwindigkeiten der Spindeln zu erreichen sind.

Für die horizontale Frässpindel ist außerdem ein doppelt auslösbares Rädervorgelege vorgesehen, so daß sie mit 8 verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten kann, während die vertikalen Frässpindeln nur 4 davon haben. Die Achsen der horizontalen und der vertikalen Spindeln liegen in derselben Ebene. Durch Ein- und Auskuppeln entsprechender Antriebsorgane kann entweder mit allen Spindeln, oder nur mit den beiden vertikalen Spindeln, oder mit der horizontalen Spindel allein gearbeitet werden.

Der Vorschub des Tisches und der zwei vertikalen Frässchlitten wird durch einen Räderkasten eingeleitet, wodurch 4 verschiedene Geschwindigkeiten für diese Bewegung möglich sind.

Die Maschine ist mit Pumpe, Leitung und Spritzhahn ausgerüstet.

Universal-Fräsmaschine (Abb. 126) mit längs und quer selbsttätigem Tisch.

Der kräftige Hohlgußständer ist mit der als Öltasse ausgebildeten Fußplatte aus einem Stück gegossen. Auch das Führungslager für den Lünettenarm ist mit dem Ständer zusammengegossen.[163]

Die Frässpindel ist der ganzen Länge nach durchbohrt und achsial nachstellbar; der Gegendruck wird durch einen gehärteten Stahlring aufgenommen.

Der Antrieb der Frässpindel erfolgt durch zweifaches, doppeltes, exzentrisch auslösbares Rädervorgelege und Stufenkonus, so daß die Durchzugskraft des Riemens eine kräftige ist.

Die Schraubenspindel zum Heben und Senken des Tisches läuft auf einem Kugelring, wodurch die Bewegung sehr leicht bewerkstelligt werden kann.

Der Aufspanntisch gleitet in prismatischen Führungen. An seinen Seiten und Enden sind Sammelkasten zum Auffangen des Kühlwassers angeordnet.

Das Drehteil hat eine kreisrunde Form von großem Durchmesser, wodurch eine breite Aufsitzfläche geschaffen und das Festspannen gesichert wird. Die Verdrehung des Obertisches geschieht durch Gradeinteilung.

Die Verschiebung längs, quer und vertikal kann von Hand, die Längs- und Querbewegung auch selbsttätig erfolgen und durch stellbare Anschläge abgestellt werden. Der Vorschub erfolgt von der Hauptspindel aus durch Kegelräderübersetzung und eine Nortonkasten-Einrichtung, so daß die Vorschubgeschwindigkeiten leicht nach 12 verschiedenen Größen abgestuft werden können.

Der Antrieb der Tischspindel geschieht vom Drehungsmittel des Tisches aus und ist man hierdurch imstande, diesen nicht nur um 45 Grade schräg zu stellen, sondern auch vollständig herumzudrehen.

Der Universal-Teilkopf wird durch Wechselräder beim Spiralnuten-Fräsen von der Tischspindel angetrieben und ist mit Teilscheibe versehen.

Der Reitstock hat einen mittels Spindel verstellbaren Schieber, der vorne einen doppelspitzigen, in der Höhe verstellbaren Körner trägt. Die eine der Körnerspitzen ist oben abgeflacht, so daß der Fräser bis nahe an das Mittel der Arbeitsstücke heranfräsen kann.

Die für besondere Arbeiten benutzten Spezialfräsmaschinen zeigen meist wesentlich einfachere Bauart als die für allgemeine Arbeit bestimmten Maschinen. Von den in Bahnwerkstätten verwendeten Maschinen mögen nachfolgende Erwähnung finden:

Mutterfräsmaschinen dienen zum Bearbeiten der Sechskantflächen von Schraubenmuttern und Schraubenköpfen.

Trägerfräsmaschinen finden im Wagenbau Verwendung zum Fräsen der Endflächen von Trägern, Rahmenstücken u.s.w., wovon immer eine größere Anzahl gleichzeitig bearbeitet wird.

Schienenfräsmaschinen dienen zum Schneiden von Eisenbahnschienen auf genaue Länge. Die gleiche Arbeit kann indes auch mit Kaltsägen vorgenommen werden.

Transportable Schieberflächenfräsmaschinen dienen zur Regelung der Schieberspiegel von Lokomotiven, wenn ein Abnehmen der Dampfzylinder nicht vorgenommen wird. Die Maschinen können für Handbetrieb oder Schnurbetrieb eingerichtet sein.

Fräsenschneidmaschinen zur Herstellung von nicht hinterdrehten Fassonfräsen finden ebenfalls häufig Anwendung. Teilvorrichtung und Fräsapparat dieser einfachen Maschinen sind auf einem kastenförmigen Ständer montiert. Die Frässpindel ist in einem schwingenden Rahmen gelagert und wird von Hand geführt.

B. Fräsen von Holz. Eine ausgedehnte Anwendung findet das Fräswerkzeug bei den zur Holzbearbeitung dienenden Hobelmaschinen, Fräsmaschinen, Zapfenschneidmaschinen, Kopiermaschinen, Zinkenfräsmaschinen und den Universalholzbearbeitungsmaschinen.

Der Arbeitsvorgang ist bei allen diesen Maschinen der für das Fräsen eigentümliche und beruht auf der Wirkung der in schnelle Drehung versetzten Messer, die feine Späne unter großer Geschwindigkeit abnehmen. Die in den Eisenbahnwerkstätten Verwendung findenden Fräswerkzeuge und F. für Holz sind gleicher Bauart wie jene, die allgemein in Holzbearbeitungswerkstätten in Anwendung kommen.

Spitzner.

Abb. 119.

Abb. 120.

Abb. 121.

Abb. 122.

Abb. 123.

Abb. 124.

Abb. 125.

Abb. 126.