Werkzeugmaschine zum Bearbeiten gewölbter Flächen. Die Erfindung betrifft eine Werkzeug maschine zum Bearbeiten gewölbter Flächen, insbesondere von Kaplanturbinenschaufeln, Flügeln von Schiffs- und Luftschrauben.
Es sind verschiedene Verfahren und Ma schinenbauarten bekannt, um gewölbte Flä- eben mittels Finger-, Schaft- oder Scheiben fräser im Kopierverfahren zu bearbeiten. Dabei wird die Modellfläche von einem Fühler für gewöhnlich zeilenartig abgetastet und die Werkstückfläche vom Fräser ent sprechend zeilenartig bearbeitet, wobei der Zeilenvorschub je nach dem Grad der gefor derten Flächeneinheit mehr oder weniger fein zu wählen ist.
Falls stark gewölbte oder ver wundene Flächen zu bearbeiten sind, so muss dann der Wölbungsradius der Fräserschneide verhältnismässig klein gewählt werden, was zur Folge hat, dass der Abstand zwischen den vom Fräser beschriebenen Zeilen auch klein ausfällt und die stark gewölbte Schneidfläche im Werkstück tiefe Spuren hinterlässt. Zwi schen den einzelnen Zeilenschnitten bleiben dabei am Werkstück Werkstoffreste, so- genannte Kämme, übrig, die nachträglich weggearbeitet werden müssen. Meistens wer den hierzu Schleifgeräte benutzt. Auf alle Fälle bedingt aber das Entfernen der Kämme einen grossen Arbeitsaufwand.
Im weiteren ist schon vorgeschlagen wor den, die Schaufeln von Kaplanturbinenrädern auf einer Drehbank mit Fühlersteuerung für den Stahl zu bearbeiten. Bei solchen Bearbei tungsmaschinen ist jedoch die Kopier genauigkeit nicht so gross wie beim Fräsen. Das hängt damit zusammen, dass die Schnitt geschwindigkeit des Drehstahls, um nicht zu grosse Bearbeitungszeiten zu bekommen, möglichst gross gewählt werden muss.
Es er geben sich dann für die gesteuerten Elemente entsprechend grosse Geschwindigkeiten, so dass sich die bewegten Massen dieser Ele mente nicht mehr genügend genau steuern lassen und die Kopierarbeit daher, im Gegen satz zum Arbeiten mit durch Fühler ge steuerten Fräsern, ungenau ausfällt. Dieser Nachteil lässt sich wohl dadurch wenigstens teilweise beheben, dass die Drehbank lang- sanier laufen gelassen wird, was aber eine entsprechend längere Bearbeitungszeit ergibt. Ähnliche Verhältnisse liegen bei den für die Bearbeitung gewölbter Flächen auch schon verwendeten Hobelmaschinen mit durch Fühler gesteuertem Stahl vor.
Die Erfindung ermöglicht es nun, eine Werkzeugmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die vorstehend ange führten Mängel behoben sind und ferner sich bedeutend kürzere Arbeitszeiten als bei den bisher gebauten Maschinen mit durch Fühler gesteuertem Werkzeug erzielen lassen. Die Erfindung besteht darin, dass die Werkzeug spindel mit dem Werkzeug durch einen Fühler allseitig schwenkbar gesteuert ist.
Dabei kann der das Modell abtastende Fühler zweckmässig sowohl eine die Bewe gungen des Werkzeuges in senkrechter Rich tung beherrschende Steuerungseinrichtung, als auch. zwei weitere Steuerungseinrichtun gen beeinflussen, wobei die letzteren die Schwenkbewegungen des Werkzeuges in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen be- herrschen.
Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Er findungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 die Vorderansicht und Fig. 2 eine Seitenansicht einer Kopier fräsmaschine, und ' Fig. 3 zeigt, zum Teil in vereinfachter Darstellungsweise, die Wirkungsverbindung verschiedener Elemente dieser Fräsmaschine, wobei diese Elemente der Deutlichkeit halber auseinandergezogen und in verschiedenen Massstäben veranschaulicht sind.
Fig. 4 zeigt zum Teil dieselben Elemente wie Fig. 3, und zwar teilweise in einem Schnitt, der in bezug auf den in Fig. 3 ge zeigten Schnitt nahezu senkrecht steht, und zum Teil noch weitere Elemente.
Fig. 5 zeigt in grösserem Massstab eine Ansich in Richtung des Pfeils 0 der Fig. 7 der Fühlerscheibe und der an derselben ange brachten Elemente, wobei auch ein Teil des Modelles im Schnitt gezeigt ist. Fig. 6 ist eine in Richtung des Pfeils P der Fig. 5 gesehene schaubildliche Ansicht, welche vor allem das Aufliegen der Fühler scheibe längs eines verhältnismässig grossen Bogenstückes auf dem Modell zeigt, und Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 5, wobei das Modell der Deutlichkeit-halber weggelassen ist.
In den Figuren bezeichnet A ein im Schnitt dargestelltes Kopiermodell, B ein in den Fig. 1 und 2 ebenfalls im Schnitt dar gestelltes, zu bearbeitendes Werkstück, 1 ein als Planfräser ausgebildetes Werkzeug und 2 eine dem Fräserwerkzeug 1 in der Form ent sprechende Fühlerscheibe. Letztere wird durch nicht dargestellte Mittel veranlasst, gegen das Kopiermodell A anzuliegen. Das Modell<I>A</I> und das Werkstück<I>B</I> sind auf dem gleichen Schlitten 64 aufgespannt, dem durch der Einfachheit halber nicht veran schaulichte Mittel eine Vorschubbewegung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 er teilt wird.
Die den Fühler bildende Fühlerscheibe 2 ist in der in den Fig. 5 und 6 in grösserem Massstab dargestellten Weise über ein Kugel- gelenk 25', 25 mit einer Stange 24 allseitig beweglich verbunden. Die Stange 24 ist ihrerseits starr mit einem Steuerschieber 32 (Fig. 3 und 4), von dem weiter unten noch ausführlicher die Rede ist, verbunden, und dieser Steuerschieber 32 ist verschiebbar in einem Steuergehäuse 18 angeordnet. Die er forderliche Einstellung der Fühlerscheibe 2 in bezug auf die zu bearbeitende Fläche des Modelles A erfolgt mit Hilfe zweier verstell barer, Einstellorgane bildender Schrauben 3 und 4 (Fig. 5, 6 und 7).
Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, lässt sich die Scheibe 2 mittels dieser Schrauben 3, 4 so einstellen, dass sie längs eines verhältnismässig grossen Bogenstückes Jl-N auf dem Modell<I>A</I> aufliegt, wobei dieses Bogenstück als dritter "Auflagepunkt" der Fühlerscheibe 2 angesehen werden kann. Mit der Fühlerscheibe 2 sind ferner zwei Stangen 27 und 28 gelenkig verbunden, von denen die Stange 27 starr mit einem Steuerschieber 43 (Fig. 3) und die Stange 28 starr mit einem Steuerschieber 53 (Fug. 4) verbunden ist. Die Steuerschieber 43 und 53 sind ebenfalls ver schiebbar im erwähnten Steuergehäuse 18.
Im weiteren bezeichnen 5 und 6 zwei Ständer, die am obern Ende durch. einen Querträger 7 starr miteinander verbunden sind. An diesen Ständern 5 und 6 sind senk rechte Gleitbahnen 8 vorgesehen, die zum Führen eines schlittentragenden Querbalkens 9 dienen. Letzterer wird durch eine weiter unten noch näher beschriebene, an sich be kannte Steuerungseinrichtung in Abhängig keit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 in senkrechter Richtung verschoben. Ein auf dem Querbalken 9 längs Führungen 10 beweglicher Schlitten 11 wird durch eine Ge windespindel 12, die von einem Motor 13 an getrieben wird, in waagrechter Richtung ver schoben.
Der Motor 13 kann in bekannter Weise elektrisch gesteuert sein. Der Schlitten 11 trägt einen über dessen unteres Ende hinausragenden Balken 14, der in Richtung der in die Fig. 2 und 4 eingetragenen Pfeile H und ferner auch in der entgegengesetzten Richtung verschwenkbar ist. Solche Schwenk bewegungen werden hervorgerufen, wenn sich der Kolben 63 (Fug. 4) eines am Schlitten 11 befestigten Servomotors 15 (Fug. 2 und 4) unter der Einwirkung einer Druckflüssigkeit verschiebt, da dieser Kolben 63 starr mit einer Zahnstange 16 verbunden ist, welche in ein am Balken 14 angebrachtes, kreisbogen förmiges Zahnsegment 17 eingreift. Der Zu- und Abfluss von Druckflüssigkeit zu bezw.
aus den Räumen zu beiden Seiten des Servo motorkolbens 63 wird in einer weiter unten näher beschriebenen Weise von dem schon erwähnten Steuerschieber 53 in Abhängig keit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 beherrscht. Der Balken 14 trägt seinerseits das schon erwähnte Steuergehäuse 18 und ferner einen in bezug auf die Quermittel ebene des Schlittens 11 symmetrisch dazu angeordneten gasten 19, der das Werkzeug 1 trägt. Das Steuergehäuse 18 ist in einer Segmentführung 22 und der gasten 19 ist in einer Segmentführung 23 in Richtung der in die Fig. 1 und 3 eingetragenen Pfeile G schwenkbar.
Das Steuergehäuse 18 und der Kasten 19 erhalten den Antrieb für ihre Schwenkbewegungen von dem Kolben 44 (Fug. 3) eines durch Druckflüssigkeit be tätigten Servomotors 20, der am Balken 14 befestigt ist. Dieser Servomotorkolben 44 ist nämlich starr mit einer Zahnstange 21 ver bunden, welche sowohl mit der als kreis bogenförmiges Zahnstangensegment ausgebil deten Führung 22 am Steuergehäuse 18 als auch mit der als kreisbogenförmiges Zahn stangensegment ausgebildeten Führung 23 a m Kasten 19 zusammenarbeitet. Der Zu- und Abfluss von Druckflüssigkeit in bezw.
aus den Räumen zu beiden Seiten des Servo- motorkolbens 44 wird in Abhängigkeit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 vom Steuerschieber 43 beherrscht.
Mit Hilfe der erwähnten drei Steuerein richtungen 31, 32, 42, 43 und 53, 69, die alle im Steuergehäuse 18 untergebracht sind, lassen sich drei hydraulisch gesteuerte Bewe gungsrichtungen erhalten, nämlich: 1. Eine vom Schieber 32 gesteuerte und von einem Servomotor 26 hervorgebrachte Bewegung des Schlittens 11 in senkrechter Richtung, 2. eine vom Steuerschieber 53 beherrschte und vom Servomotor 15 hervorgebrachte Schwenkbewegung des Balkens 14 in Rich tung des Pfeils H (Fug. 4) oder entgegen gesetzt dazu, und 3. eine vom Steuerschieber 43 beherrschte und vom Servomotor 20 her vorgebrachte Schwenkbewegung des Steuer gehäuses 18 und des Kastens 19 in Richtung des Pfeils G oder entgegengesetzt dazu.
Dabei werden die Bewegungen nach 1. mit tels der Stange 24, die Bewegung nach 2. mittels der Stange 28 und die Bewegung nach 3. mittels der Stange 27, alle von der Fühlerscheibe 2 abgenommen. Die Steuer einrichtungen 42, 43 und 53, 69 beherrschen die Schwenkbewegungen des Werkzeuges in zwei zueinander senkrechter Ebenen.
Nachstehend wird noch der Aufbau der betreffenden Steuerungseinrichtungen und deren Wirkungsweise eingehender beschrie ben, wobei in erster Linie auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen wird. In diesen Figuren bezeichnet 29 eine Pumpe, die aus einem Behälter 291 angesaugtes Druckmittel dauernd durch einen Schlauch 45 in einen Ringraum 47 einer Büchse 42 und über diesen Ring raum 47 durch eine Leitung 46 auch in den Ringraum 30 einer zur Führung des Steuer schiebers 23 dienenden Büchse 31 presst. In letzterer sind zwei weitere Ringräume 33 und 37 vorgesehen.
Wird nun beispielsweise das Modell A in Richtung des in Fig. 3 einge tragenen Pfeils K verschoben, so bedingt das eine Verschiebung der Fühlerscheibe 2 nach oben; diese Bewegung wird über die Stange 24 auch auf den Steuerschieber 32 übertra gen, der infolgedessen in Richtung des in Fig. 3 eingetragenen Pfeils F verschoben wird, so dass nun Druckflüssigkeit aus dem Ringraum 30 in den Ringraum 33 gelangen kann.
Aus letzterem strömt das Druckmittel durch einen Schlauch 34 in den Raum 35 unterhalb des Kolbens 40 des Servomotors 26. Gleichzeitig ist der Raum 36 über dem Kolben 40 durch einen Schlauch 65 mit dem Ringraum 37 der Büchse 31 verbunden, der jetzt auch mit einer Ableitung 39 verbunden ist, die in den Behälter 291 ausgiesst, aus welchem die Pumpe 29 ansaugt. Bei der beschriebenen Lage des Steuerschiebers 32 bewegt sich daher der Kolben 40 des Servomotors 26 nach oben und nimmt dabei den Querbalken 9, mit dem er mittels des Bolzens 41 verbunden ist, samt Schlitten 11, Balken 14, Steuergehäuse 18 und Kasten 19 mit.
Dadurch wird eine Rückführbewegung zwischen Büchse 31 und Steuerschieber 32 hervorgebracht, so dass die Verbindung zwischen den: Ringräumen 30 und 33 durch den Schieber 32 wieder unter brochen wird. Wenn der Steuerschieber 32 aus seiner Mittellage nach abwärts verscho ben wird, so spielen sich die Steuervorgänge in umgekehrter Weise ab, wobei der Quer balken 9 nach abwärts bewegt wird.
Die zur Führung des Steuerschiebers 43 dienende Büchse 42 (Fig. 3), in welcher drei Ringräume 47, 48 und 49 angebracht sind, ist starr mit der Stange 24 verbunden und verschiebbar im Steuergehäuse 18 angeord- net. Bei der erwähnten Verschiebung der Fühlerscheibe 2 nach oben werden die Büchse 42 und der Steuerschieber 43, der ja über die Stange 27 an der Scheibe 2 aasgelenkt ist, um dieselben Beträge gehoben, so dass der Steuer schieber 43 relativ zur Büchse 42 keine Ver schiebung erfährt und daher auch keine Steuerungsvorgänge einleitet.
Dasselbe trifft L zu für den Steuerschieber 53, der vermittels der Stange 28 an der Scheibe 2 aasgelenkt ist, und ferner für eine zur Führung dieses Schiebers 53 dienende Büchse 69, die eben falls starr mit der Stange 24 verbunden ist.
Sobald jedoch die das Modell A ab tastende Fühlerscheibe 2 so geschwenkt wird, dass sie eine Relativbewegung zwischen Büchse 42 und Steuerschieber 43 hervor bringen kann, so werden dann auch Bewe gungen, des Servomotorkolbens 44 hervor gerufen. Wird die Fühlerscheibe 2, z. B. in Fig. 3, entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn im Kugelgelenk 25, 25' geschwenkt, so wird der Steuerschieber 43 aus seiner Mittellage nach unten verschoben.
Es kann jetzt von der Pumpe 29 durch den Schlauch 45 dauernd in den Ringraum 47 der Büchse 42 geför derte Druckflüssigkeit in den Ringraum 48 der Büchse 42 und aus diesem durch den Schlauch 51 in den Raum 52 rechts vom Kolben 44 des Servomotors 20 gelangen. Gleichzeitig kann Druckflüssigkeit aus dem Raume 66 links vom Kolben 44 durch einen Schlauch 67, einen dritten Ringraum 49 der Büchse 42 und eine Leitung 391 in die Ab leitung 39 abfliessen. Der Servomotorkolben 44 und die damit verbundene Zahnstange 21 werden daher nach links bewegt, so dass das Steuergehäuse 18 und der das Werkzeug 1 tragende Kasten 19 in Richtung des Pfeils G verschwenkt werden.
Dabei wird aber auch eine. Rückführbewegung zwischen Steuer schieber 43 und Büchse 42 eingeleitet, in deren Verlauf die Verbindung zwischen den Ringräumen. 47 und 48 durch den Schieber 43 wieder unterbrochen und dadurch der Steuer vorgang beendet wird. Wird dagegen die Fühlerscheibe 2 im Uhrzeigerdrehsinn um den Punkt 25 geschwenkt, so spielen sich die beschriebenen Steuervorgänge im umgekehr ten Sinne ab.
Eine Schwenkbewegung der Fühlerscheibe 2 im Uhrzeigerdrehsinn im Kugelgelenk 25, 251 hat auch zur Folge, wenn auf Fig. 4 Bezug genommen wird, dass, die Stange 2,8 mitsamt dem Steuerschieber 53 nach abwärts bewegt wird, so dass letzterer relativ zur Büchse 69 und der darin angebrachten drei Ringräume 55, 56, 61 so verschoben wird, dass der über den Schlauch 45 ebenfalls von der Pumpe 29 ständig mit Druckflüssigkeit gespeiste Ringraum 55 mit dem Ringraum 56 verbunden wird, so dass Druckflüssigkeit durch einen Schlauch 57 in den Raun 58 links vom Kolben 63 des Servomotors 15 ge langen kann.
Gleichzeitig kann jetzt Druck flüssigkeit aus dem Raum 59 rechts vom Kolben 63 durch einen Schlauch 60, den Raum 62 oberhalb des Steuerschiebers 53 und die Leitung 621 in den Behälter 291 ab fliessen. Der Servomotorkolben 63 und die starr damit verbundene Zahnstange 16 werden daher in Richtung des in Fig. 4 eingetrage nen Pfeils L bewegt, und diese Bewegung wird über das Zahnsegment 17 in eine Schwenkbewegung des Balkens 14, welcher den Kasten 19 mit Werkzeug 1 und das Ventilgehäuse 18 trägt, in Richtung des Pfeils H, also im Uhrzeigerdrehsinn, über geleitet.
Dadurch. wird aber auch eine Rück führbewegung des Steuerschiebers 53 in bezug auf die Büchse 69 hervorgerufen, wo durch die Verbindung zwischen den Ring räumen 55 und 56 wieder unterbrochen und damit der Steuervorgang beendet wird.
Bei der beschriebenen Maschine werden somit dem Steuergehäuse 18 und dem das Werkzeug 1 tragenden Kästen 19 genau gleiche Bewegungen erteilt, und es ergibt sich daher auch eine genaue Übertragung der durch die Modellfläche hervorgerufenen Ver schiebungen der Fühlerscheibe 2 auf das das Werkstück B bearbeitende Werkzeug 1.
Dabei lässt sich der Planfräser 1, wie in Fig. 6 gezeigt, mit einem möglichst grossen Bogenstück seines Aussenumfanges jeder zu bearbeitenden gewölbten oder verwundenen Fläche anpassen, was die Bearbeitung einer solchen Fläche in bedeutend kürzerer Zeit und mit grösserer Genauigkeit als bisher er möglicht. Ersteres hängt vor allem mit dem Umstand zusammen, dass das durch einen Fühler allseitig gesteuerte Werkzeug die Flächen des Werkstückes in bedeutend brei teren Zeilen, in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 6 betrachtet, als bisher zu bearbeiten gestattet, und zwar ohne dass dabei z.
B. tiefe Frässpuren ent stehen, das heisst die zwischen den einzelnen Zeilen verbleibenden Werkstoffreste oder Kämme fallen verschwindend klein aus, so dass daher höchstens nur noch geringe Schleifnacharbeit benötigt wird. Die Werk zeugspindel mit dem Werkzeug ist, wie er sichtlich, allseitig schwenkbar gesteuert.
Anstatt die verschiedenen Steuerbewegun gen mit Hilfe hydraulisch betätigter Servo motoren hervorzubringen, können zu diesem Zwecke auch elektrisch, durch Druckluft lind dergleichen betätigte Mittel vorgesehen werden.
Es besteht die Möglichkeit, durch einen zweiten Fühler, der ebenfalls das Modell l9. abtastet, die Querverstellung des Schlittens 11 zu beeinflussen. Erforderlichenfalls kann auch dafür gesorgt werden, dass die Höhen- und Querverstellungen in verschiedenen, jedoch gleichen Verhältnissen zueinander ge steuert und Modell und Werkstück im glei chen Verhältnis verstellt werden, so dass Modell und Werkstück von verschiedener Grösse sein können.
Als Werkzeug lässt sich an Stelle eines Fräsers z. B. auch eine Schleifscheibe ver wenden.