Nachdem die Feilmaschine fertig ist, hier ein neues Projekt mit alten Teilen:

Die komplexe, manuelle Bearbeitung kleinster Teile auf der Fräsmaschine erfordert leichtgängige und doch präzise Schlittenführungen und möglichst geringe zu bewegende Massen. Die Schlitten einer Uhrmacherdrehbank erfüllen diese Bedingungen. Darüber hinaus sollten Werkstück und Werkzeug but beobachtbar sein.

Fräsmaschinen nach Art der Aciera oder Sixis 101 sind ideale Produkte zur komplexen Bearbeitung kleiner Teile, aber für meine Werkstatt immer noch zu groß (was auch den Preis einschließt). Konstruktiv ebenfalls interessant wären die Koordinatenbohr- und Fräsmaschinen der SIP (Société Genevoise d'Instruments de Physique), die aber heute außerordentlich rar sind. Alle Maschinen sind massive konstruiert und schwer, da die Massenträgheit Vibrationen verringert und somit präzisere Teile gefertigt werden können.


Aciera F1 Fräsmaschine (Quelle: http://www.lathes.co.uk/aciera/)


Sixis 101 Fräsmaschine (Quelle: http://www.lathes.co.uk/sixis/)


SIP Koordinatenbohrmaschine (Quelle: http://www.lathes.co.uk/sip/)

Ein besonderes Charakteristikum dieser Maschinen ist, daß der Tisch in x-Richtung nicht horizontal angebracht ist, sondern vertikal vor der Säule. Dies erlaubt die bequeme Einrichtung einer vierten und fünften Bearbeitungsachse. Allerdings hat diese Konstruktion aber auch den Nachteil, daß die Bewegung in der y-Achse nicht durch den Tisch, sondern durch den Spindelkopf erfolgen muß. Dies wiederum macht es zwar nicht zwingend notwendig, daß Spindel und Antriebsmotor eine Einheit bilden, aber es ist bequemer. Der klassische Antrieb über ein Riemenvorgelege ist schwieriger, weil sich der Winkel zwischen den Rollen beim Vorschub in y-Richtung und damit die Riemenspannung verändert. Die SIP-Koordinatenbohrmaschinen wurden deshalb auch mit einem Antrieb über eine biegsame Welle geliefert.

Eine Uhrmacherdrehbank wäre ein guter Ausgangspunkt hinsichtlich der Präzision der Führungen und lager, nur fehlt eben eine Achse der Bewegungsrichtungen. Inzwischen gibt es sogar Umbausätze für Uhrmacherdrehbänke aus chinesischer Fertigung mit denen man diese zu einer Vertikalfräsmaschine umrüsten kann. Allerdings ist bei diesen Maschinen der Tisch in konventioneller Weise angeordnet.


Umrüstung einer modernen chinesischen Uhrmacherdrehbank zu einer Vertikalfräsmaschine

In meinem Fundus haben sich über die Jahr(zehnt)e die Teile für mehrere Drehbänke mit D-Bett in allerdings in sehr unterschiedlichem Erhaltungszustand angesammelt. Mancher ‘Schrott’ wurde auch geziehlt erworben. Aus diesen Teilen soll nun mit möglichst wenig Aufwand eine Mikro-Fräsmaschine aufgebaut werden.

Als ‘Pflichtenheft’ habe ich mich auf folgende Dimensionen festgelegt: die Maschine soll Teile von bis zu 20 mm x 20 mm x 20 mm bearbeiten können. Dazu ist eine Bewegung in den x-, y- und z-Achsen von jeweils ca. 40 mm erforderlich. Darüberhinaus soll als vierte Achse eine Rotation um 360° ermöglichen und diese Drehung auch möglichst unter Belastung erfolgen können, um Rundfräsarbeiten durchführen zu können. Die Rotationsachse soll um 90° von der Vertikalen in die Horizontale geschwenkt werden können (5. Bewegungsachse). Alle diese Bewegungen sollten mit Teilen Uhrmacherdrehbank möglich sein, so daß es nicht nötig ist, Schwalbenschwanz-Schlitten o.ä. neu anzufertigen.
Das Rückgrat der Fräsmaschine ist ein spezielles Bett, das ich kürzlich erwerben konnte und das eigentlich für den Aufbau der Drehmaschinen als Bohrmaschine gedacht ist. Da eine Ende paßt in einen Drehbankfuß, der in diesem Fall vermutlich von einer Pultra-Drehbank (http://www.lathes.co.uk/pultra/page8.html) stammt.


Säule und Standfuß

Ein anderes Kernstück ist der Kreuzschlitten einer Lorch, Schmidt & Co.-Drehbank. Dieser stellt die x- und z-Achse der zukünftigen Fräsmaschine dar.


Kreuzschlitten für eine D-Bett Uhrmacherdrehmaschine

Die y-Achse der Fräsmaschine wird vom Unterschlitten eines Kreuzschlittens einer WW-Drehbank von Lorch, Schmidt & Co. gebildet, den ich als Schrott vor einiger Zeit günstig bekommen habe. Für diesen Schlitten muß die Zustellspindel samt Lagerung und Mikrometer neu angefertig werden. Eine Uhrmacherdrehbank-Supportschleifspindel für 6 mm-Spannzangen wird als Frässpindel dienen. Damit ist man etwas im maximalen Durchmesser der Fräser limitiert, aber die Maschine ist ohnehin nur für leichte Fräsarbeiten gedacht. Auf der anderen Seite habe ich vor Jahren eine Aufnahme für 6 mm-Fräser für die Drehbank gemach, um Fräsarbeiten mit Hilfe eines Vertikalschlittens durchführen zu können (bevor ich eine Fräsmaschine besaß).


Unterschlitten einer WW- Uhrmacherdrehmaschine und Supportschleifspindel


Zukünftige Disposition der y-Achse der Fräsmachine

Die vierte und fünfte Achse der Fräsmaschine wird durch den bereits vor längerer Zeit aus einer alten 6 mm-Supportschleifspindel gefertigten Teilapparat () gebildet. Dieser wird zunächst einfach auf den Support geschraubt werden, so wie das für eine Drehbank der Fall wäre. Das gibt eine Menge Flexibilität, da in jedem beliebigen Winkel zwischen parallel und senkrecht zur Frässpindel eingerichtet werden kann. Allerdings ist die Einstellung etwas zeitaufwendig und wird mit Winkellehren vorgenommen werden müssen.


Säule, Kreuzschlitten und Teilapparat zusammengebaut


Säule, Kreuzschlitten und Teilapparat zusammengebaut

Soweit die bereits vorhandenen Teile, die zu einem späteren Zeitpunkt noch etwas aufpoliert werden müssen.

Fortsetzung folgt ...

Ich finde Deine gebauten Maschinen sehr interessant, und verfolge die Berichte immer mit Interesse!

Weiter so! :-)

Lieber Gruss

Loris

Danke ....

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Um die y-Achse an der Säule befestigen zu können, wird ein Adapter gebraucht. Dieser besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Aluminium-Block mit einer Bohrung für die Säule, auf den der alte Unterschlitten der WW-Drehbank geklemmt werden kann. Die y-Achse läßt sich so um etwa 15 mm auf dem Adapter verschieben, um eine größere Ausladung zu erreichen. Eigentlich war eine rechteckige Paßfeder vorgesehen die verhindern sollte, daß sich der Block auf der Säule dreht. Es scheint aber, daß bereits die zwei Madenschrauben den Block ausreichend klemmen. Die Praxis wird zeigen, ob das tatsächlich der Fall ist. Zunächst wurde der Block genau winklig gefräst. Das 20 mm-Loch wurde auf einer Planscheibe in der Uhrmacherdrehbank genau senkrecht zur Ober- bzw. Unterfläche des Blocks gebohrt und dann auf leichten Pressitz ausgedreht.


Bohren des Adapters für die y-Achse

Der Aluminium-Block wurde mit 6 mm-Sechskantschrauben auf der Planscheibe befestigt. Zum Glück wurde eine entsprechende Bohrung für den Anzugsbolzen gebraucht. Weitere Schrauben verhindern ein Drehen des Blocks während der Bearbeitung und dienen dem Ausgleich der Unwucht.


Ausbohren des Adapters für die y-Achse

Auf der Fräsmaschine wurde dann eine genaue Passung für den Unterschlitten gefräst. Nachdem die funktionelle Bearbeitung fertig war, wurden noch einige Kanten der Ästhetik wegen mit einer Hohlkehle versehen. Für solche gelegentlichen Fräsarbeiten in Aluminium verwende ich billige Profilfräser für die Holzbearbeitung ...


Fräsen der Hohlkehlen


Der fertige Adapterblock

Fortsetzung folgt ....

Die Lorch, Schmidt & Co.-Frässpindel wird zwischen zwei Winkelprofilen geklemmt werden, die auf den Unterschlitten geschraubt werden. Die Klemmung erfolgt durch einen Exzenterhebel. Ich hatte gehofft, für die Winkelprofile die von einem Vorbesitzer des Unterschlittens eingebrachten Gewindebohrungen verwenden zu können. Diese paßten allerdings nicht mit den Winkelprofilen aus meinem Vorrat zusammen, so daß ich neue Gewindebohrungen einbringen mußte. Die gewalzten Winkelprofile wurden als Paar mit einem Schlagzahnfräser rechtwinklig gefräst.


Winklig-fräsen der Winkelprofile


Winkelprofile zur Klemmung der Frässpindel


Winkelprofile zur Klemmung der Frässpindel

Das folgende Bild zeigt, wie der motorisierte Fräskopf einmal aussehen wird. Der Supportschleifer meiner Uhrmacherdrehbank ist ähnlich aufgebaut und wurde zur Demonstration hier eingebaut.


Provisorischer Aufbau der motorisierten Frässpindel


Fortsetzung folgt ...

Wow, ich gebe zu, als Du Dich angemeldet hast war ich skeptisch ob sich da nicht ein Werkzeugsammler präsentieren will, der nur sammelt aber nichts damit macht. Mittlerweile wurde ich eines Besseren belehrt. Allererste Sahne was Du da zeigst!

Anerkennender und respektvoller Gruß
Norbert
* dem allerdings schon ein wenig das Herz blutet wenn ein Lorch Kreuzsupport verarbeitet wird ;) *

Es werden keine 'historischen' Teile 'verarbeitet' - alles ist reversibel. Das täte mir sonst auch in der Seele weh. Einzig der Lorch-WW-Kreuzschlitten, der ohnehin nur noch Fragment war, hat noch ein paar Löcher mehr bekommen.

Ist ja auch egal, gibt ja genug davon. ;)

Der Witz wird weitergesponnen ...

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Ich habe mich nun mit der Vorschubspindel für die y-Achse beschäftigt. Die meisten WW-Uhrmacherdrehbänke haben dort ein etwas ungewöhnliches Gewinde mit 4,5 mm Durchmesser und 1 mm Steigung. Dem alten Kreuzschlitten-Rest, den ich für die y-Achse verwende, fehlte die Spindel, so daß diese neu angefertigt werden muß. Die ursprüngliche Spindel muß aber dünner gewesen sein, so um die 4 mm Durchmesser, da die Bohrung im Schlitten nur 4,3 mm groß war. Da ich einen Gewindebohrer und ein Schneideisen für das 4,5 mm x 1 mm Linksgewinde habe, wurde die y-Achse für dieses Maß adaptiert.




Einrichtung der WW-Uhrmacherdrehbank für das Gewindeschneiden

Zunächst wurde die Spindel selbst hergestellt. Die Uhrmacherdrehbänke haben in der Regel nur Gleitlager (die allerdings sehr präzise hergestellt sind) für die Spindeln. Ich habe zwar solche Lager schon einmal für die Fräsmachine gemacht, aber so ganz seidenweich laufen diese nicht, da ich nicht über die entsprechenden Schleifeinrichtung verfüge. Daher wird die y-Achse zwei Miniatur-Druckkugellager bekommen. Für die Spindel bin ich von einem 5 mm-Präzisionsrundstab aus Stahl ausgegangen. Dieser wurde auf 4,5 mm abgedreht und dann die Drehbank für das Schneiden des Linksgewindes eingerichtet. Um das Durchbiegen der langen, dünnen Spindel während des Schneidens zu reduzieren, wurde sie möglichst dicht mit der festen Lünette abgestützt.


Die erste Zustellung


Das fast fertig geschnittene Gewinde

Für ein Linksgewinde muß in Richtung des Reitstocks gearbeitet werden. Da der Durchzug des Riementriebes an der WW-Drehbank zu gering ist, wurde das Gewinde von Hand geschnitten. Dazu hatte ich mir schon vor längerer Zeit einen Adapter für eine Handkurbel gemacht. Das Gewinde wurde mit vollen Schnitten ausgearbeitet, bis es zu etwa 90% fertig war.


Nachschneiden und Kalibrieren des Gewindes mit einem Schneideisen im Reitstock

Das Gewinde wurde mit einem Schneideisen im Reitstock fertig geschnitten und kalibriert. Letzteres schien notwendig, da die lange, dünne Spindel beim Schneiden mit einem Stahl doch etwas seitlich ausweicht und damit bauchig wird. Allerdings wurde schon bei den letzten Schnitten das Gewinde jeweils mehrfach ohne weitere Zustellung so lange überdreht, bis kein Span mehr abgenommen wurde.


Das fertige Spindelgewinde

Fortsetzung folgt ...

Danke ! Man tut was man kann ... Nach reisebedingten Unterbrechungen geht es mit einer Aufgabe weiter, an die ich mich bisher noch nie gewagt hatte:

Exkurs: Herstellung eines konkaven Rändelrädchens

Es ist heute nahezu unmöglich konkave Rändelrädchen zu bekommen, die man zur Herstellung der konvexen Rändrierung benötigt, wie man sie an vielen alten feinen Werkzeugmaschinen sieht. Wenn ja, dann auch nur zu einem Preis, der sich für die Hobby-Werkstatt verbietet. Daher habe ich mich entschlossen selbst ein solches Rändelrädchen herzustellen. Es gibt im Internet und auch hier im Forum dafür einige Beispiele. Die Rädchen haben normalerweise einen gewissen Durchmesser, um zu verhindern, daß die Bohrung bei der Belastung durch das Rändrieren zusammengedrückt wird. Ich habe mich aber entschlossen, dem Rädchen einen Durchmesser von nur 10 mm bei einer Bohrung von 6 mm zu geben, um seine Masse gering zu halten, da die Heizleistung meines Brenners für das nachfolgende Härten begrenzt ist. Außerdem hatte ich ein passendes Reststück von einem Schaublin-Spannzangenrohling, von dem ich annahm, daß es sich gut härten lassen würde.


Wälzfräsen des Rändelrädchens auf der Fräsmaschine

Im Internet wird vorgeschlagen, einen gewöhnlichen Gewindebohrer als behelfsmäßigen Wälzfräser zu verwenden. Das würde eigentlich zu einer schrägen Rändrierung oder Kordierung führen, aber bei einer Steigung von 0,4 mm z.B. bei einem M2-Gewindebohrer fällt die Schräge kaum auf und man kann damit leben. Der einfachste Weg den Rohling bei Wälzen zu halten schien natürlich der Rändrierhalter für die Uhrmacherdrehbank, den ich schon vor etlichen Jahren angefertigt hatte. Das bedeutete allerdings, daß das Wälzen nicht in der Drehbank vorgenommen werden konnte, da es schwierig gewesen wäre den Halter auf seine Seite zu montieren. Die Bearbeitung in der Drehbank hätte den Vorteil gehabt, daß der Gewindebohrer durch den Reitstock hätte abgestützt werden können. Eigentlich wäre die DIXI-Horizontalfräsmaschine die Ideale Maschine für den Zweck, aber diese hat keinen Gegenhalter. Am Ende war es am einfachsten, den Rändelhalter auf der Vertikalfräsmaschine einzuspannen.


Wälzfräsen im Detail

Der Rohling wurde gebohrt und auf 6 mm ausgerieben. Nach etwas zusätzlichem Polieren lief der Rohling leicht auf der Welle des Rändelhalters. Nun wurde ein älterer M2-Gewindebohrer möglichst kurz in die Spindel der Fräsmaschine gespannt und so zugestellt, daß das obere, der Spindel am nächsten gelegene Ende arbeitet. Anfangs wurde die Drehzahl der Spindel gering gehalten und der Gewindebohrer mit wenig Vorschub in den Rohling gefahren. Nach jeder Zustellung machte der Rohling mehrere Umdrehungen, bis kein Abtrag mehr sichtbar war. Nachdem sich das Muster ausgebildet hatte wurde die Spindeldrehzahl erhöht und der schrittweise Vorschub von 0,03 mm auf 0,05 mm erhöht. Dabei wurde reichlich WD40 aufgesprüht, um die Späne auszutragen, die dann abgewischt wurden. Der erste Versuch zeigt, wie wichtig der Späneaustrag ist, um ein sauberes Muster zu erzeugen. Der zweite Versuch am gleichen Rohling war dann erfolgreich.


Das fertige konkave Rändelrädchen


Nach der spanenden Bearbeitung wurde das Rändelrädchen gehärtet, indem es zur Rotglut erhitzt und dann in Eiswasser abgeschreckt wurde. Da mein Brenner keine sehr große Leistung hat, wurde es vorher mit dem Heißluft-Lötgerät auf 450°C vorgeheizt. Vor dem Härten wurde das Rädchen mit Seife abgerieben, um der Zunderbildung entgegenzuwirken. Nach Reinigung wurde es dann mit dem Heißluft-Lötgerät auf eine strohgelbe Farbe angelassen. Ein Test mit einer Feile zeigte, daß der Härtevorgang im Prinzip erfolgreich war. Wie hoch die Standzeit ist wird sich dann zeigen. Allerding werde ich für das gegenwärtige Projekt auch höchsten drei solcher Rändel anbringen müssen.


Rändelrädchen in seinem Halter für die Uhrmacher-Drehbank

Fortsetzung folgt ...

Zitat von wefalck im Beitrag #12

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Nach der spanenden Bearbeitung wurde das Rändelrädchen gehärtet, indem es zur Rotglut erhitzt und dann in Eiswasser abgeschreckt wurde

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Keine Ahnung was das für Stahl war. Ich habe keine große Auswahl und die Beschaffung bestimmter Stahlsorten in Kleinstmengen ist hier etwas schwierig.

Angesichts der geringen Masse und Wandstärke des Rädchens gehe ich davon aus, daß das Risiko der Rißbildung relativ gering war. Das Teil dürfte sich rasch bis zum Kern abgekühlt haben.

Die Gewindegänge sind bis zur vollen Tiefe geschnitten, da ich das Halbrund nicht vorgearbeitet hatte. Erstens war ich zu faul, mir einen Nutenstahl mit dem Kerndurchmesser des Gewindebohrers zu machen und zweitens habe ich genau das Problem befürchtet.