DE2439704B2

DE2439704B2 - Vorrichtung zum Anordnen und Ausrichten eines Werkstückes mit komplexen Flächen für die Bearbeitung mit einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine

Info

Publication number: DE2439704B2
Application number: DE2439704A
Authority: DE
Inventors: Henry G. New Orleans La. Constantine Ii (V.St.A.)
Original assignee: Avondale Shipyards Inc
Current assignee: Avondale Shipyards Inc
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-19
Publication date: 1980-07-17
Also published as: FR2241368B2; GB1485416A; NL163149B; NO138197C; NL7411129A; NO138197B; SE7410499L; NL163149C; DE2439704A1; ES429394A2; FR2241368A2; JPS5722698B2; GB1485417A; JPS5082687A; JPS5384287A; NO742860L; IT1046935B; DE2462598C2; DE2439704C3; DE2462598B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anordnen und Ausrichten eines Werksücks mit

^w komplexen Flächen, z. B. einer Schiffsschraube, für die Bearbeitung mit einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine unter Aufrechterhaltung einer im wesentlichen rechtwinkligen Lage der Achse des Fräskopfes der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine in bezug auf die

^v> Werkstückoberfläche, in der das Werkstück um eine vertikale Achse in einem Bereich bis zu 360° (C-Bewegung) sowie um eine horizontale Achse (ß-Bewegung) schwenkbar und in einer horizontalen Ebene verschiebbar ist (IV-Bcwegung), mit einem vertikal angeordneten Tragständer, der auf- und abbewegbar und für die C-Bewegung um seine vertikale Achse drehbar ist und einen U-förmigen oberen Teil aufweist, einem Spindelgehäuse, das um eine sich /wischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils

^hl erstreckende Achse zum Ausführen der ß-Bevegung verschwenkbar ist, und einer drehbar im Spindelgehäuse gelagerten Spindel, auf der das Werkstück zur Ausführung einer Bewegung um die Spindelachse

(4-Bewegung) festlegbar isunach Patent Nr, 22 29 048,

Mit dieser Vorrichtung nach dem Hauptpatent wird erreicht, daß sehr komplex geformte und auch besonders große Werkstücke jn jede beliebige Arbeitsstellung übergeführt und mit einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine bearbeitet werden können, deren Arbeitsbereich wesentlich kleiner ist als die zu bearbeitende Werkstückoberfläche.

Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist die weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung nach dem Hauptpatent, insbesondere im Hinblick auf die Erzielung einer Konstruktion, die trotz der zu beherrschenden großen Beanspruchungen mit Rücksicht auf das einwirkende Gewicht der Werkstücke bei gleichzeitig angestrebter hoher Bearbeitungsgenauigkeit baulich sehr einfach und dementsprechend mit relativ geringem Aufwand herstellbar ist

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei der diese Aufgabe gelöst ist, ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine horizontale Tragplattform mit einer öffnung, durch die hindurch sich der Tragständer nach abwärts erstreckt, und mit einem der öffnung zugeordneten, an der Unterseite der Tragplattform festgelegten und sich von unten her in dtn hohlen Tragständer hinein erstreckenden Tragständerführungsglied, das sich so weit nach unten erstreckt wie der Tragständer in seiner untersten Lage.

Diese Konstruktion zur Führung des Tragständers zeichnet sich durch große Stabilität und Führungsgenauigkeit auch in ausgefahrendem Tragständerzustand sowie gleichzeitig durch bauliche Einfachheit aus. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in weiterer Ausgestaltung das Tragständerfiihrungsglied über eine sich koaxial zur öffnung der Tragplattform erstreckende zylindrische Tragsäule sowie Versteifungsstreben fest mit der Tragplattform verbunden ist.

Eine besonders gedrungene Ausbildung läßt sich erreichen, wenn der der Auf- und Abbewegung (K-Bewegung) des Tragständers dienende Hubmechanismus durch eine innerhalb des Tragständerführungsgliedes angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit gebildet ist, die sich auf einer unteren Bodenplatte des Tragständerführungsgliedes abstützt, eine öffnung in der oberen Deckwand des Tragständerführungsgliedes durchsetzt und am oberen Ende des Tragständers angreift.

Als sehr platzsparend und übersichtlich hat sich in weiterer Ausbildung der Vorrichtung das Kennzeichen herausgestellt, wonach sich die Tragplattfonn im Mündungsbereich einer Grube befindet, in die hinein sich die Tragsäule für das Tragständerführungsglied erstreckt.

In sehr zweckmäßiger Weise ist die Tragplattlorm mitsamt dem Tragständer zur Erzielung der C-Bewegung um die Tragständerachse auf einem Tisch drehbar gelagert, wobei für den Drehantrieb der Tragplattform auf dem Tisch ein Antriebsmotor vorgesehen ist. Der Antriebsmotor steht dabei zweckmäßigerweise über eine auf seiner Welle sitzende Schnecke mit einem an der Tragplattform festgelegten Zahnkranz in Eingriff.

Als in funktioneller Hinsicht sehr günstig hat es sich erwiesen, wenn der Tragständer mit der Tragplattform axial verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar verbunden ist. Der Tragständer läßt sich dann nämlich ohne weiteres in bezug auf die Tragplattform auf- und abbewegen, nimmt jjdoch dennoch an Drehbewegungen der Tragplattform teil. In baulich sehr zweckmäßiger Weise wird dies dadurch erreicht, daß der Tragstander an seiner Außenseite mit einem sich achsparallel erstreckenden Keil verbunden ist, der in eine an der Tragplattform ausgebildete Keilnut eingreift,

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Tisch mitsamt der Tragplattform und der Tragsäule zur Erzielung der Verschiebbarkett (W-Bewegung) auf sich in Richtung der Fräskopfspindel erstreckenden Gleitschienen gelagert Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Gleitschienen beiderseits der Grube auf Bodenniveau an den beiden Seitenflächen erstrecken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemäß konstruierten Vorrichtung mit einer auf ihr horizontal angeordneten zu bearbeitenden Schiffsschraube,

F i g. 2 eine Rückansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 mit in Bearbeitungsstellung befindlkiier Schiffsschraube,

Fig.3 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 mit vertikal 2ί angeordneter Schiffsschraube,

Fig. !- eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 mit unmittelbar an einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine in vertikaler Stellung angeordneter Schiffsschraube und
«ι F i g. 5 eine teilweise im Schnitt veranschaulichte Draufsicht auf die Vorrichtung nach F i g. 1 mit einer Rechtsschraube, die in einem Winkel zur Mittellinie zwischen der Vorrichtung nach F i g. 1 und der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine so angeordnet ist, ]5 daß der untere Flügel im wesentlichen parallel zur horizontalen X-Achse, in der die Fräsmaschine arbeitet. Hegt,

F i g. 6 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht auf eine Anordnung ähnlich derjenige*-* nach ■»o Fig.5 mit der Ausnahme, daß eine Linksschraube dargestellt ist, die von der Mittellinie in der entgegengesetzten Richtung gedreht ist,

Fig. 7, 8, 9 und 10 perspektivische Ansichten von Teilen der Vorrichtung nach F i g. 1,
■f> F i g. 11 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach F i g. I zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten,

Fig. 12 einen Querschnitt der Vorrichtung in einer Ebene 12-12in Fig. 11,

Fig. 13 einen Querschnitt entsprechend Fig. 12 mit ^r>o in ausgefahrener Stellung dargestelltem Tragständer und in vertikaler Stellung befindlicher Werkstückmontage-Stirnplatte, deren horizontale Stellung strichpunktiert eingezeichnet ist,

Fit,. M in vergrößertem Maßstab einen in Fig. 12 ^r'^r> mit »14« bezeichneten Querschnittsteil und

Fig. 15 einen Querschnitt in einer Eben« 15-15 in Fig. 12.

Wie aus Fig. I bis 6 ersichtlich, dient die veranschaulichte Ausführungsform der erfir.ungsgemäßen Vorrich^wl tung 10 im gezeigten Beispiel dem Anordnen und Ausrichten einer Schiffsschraube zum Bearbeiten der Schraubenflächen. Die Vorrichtung 10 iimfaßi einen vertikalen säulenförmigen Tragständer H mit einem U-förmigen oberen Teil 12. eine sich zwischen den ^fv"> Schenkeln des U-förmigen Teils 12 erstreckende horizontale Achse 13, deren Enden in Lagern 23 in den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils 12 angeordnet sind und ein auf der Achse 13 eelaeertes und mit ihr

drehbares (A -Bewegung) Spindelgehäuse 24, das gesondert in Fig. 7 veranschaulicht ist. In Lagern innerhalb des Spindelgehäuses 24 ist eine Spindel 28 drehbar gelagert und wird dort unter Verwendung geeigneter Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise eines Flansches, gehalten. Diese Spindel 28 ist gesondert in Fig. 8 dargestellt. Am äußeren Teil der Spindel 28 ist eine Stirnplatte 14 zum Montieren einer Schiffsschraube oder eines anderen Werkstücks vorgesehen. An den Seiten des Spindelfgehäuses 24 sind zwei Hebelarme 15 montiert, mit denen jeweils das eine Ende von zwei hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16 durch Befestigungsmittel, wie etwa Gabelkopfbolzen, verbunden ist. An dem anderen Ende sind die Kolben-Zylinder-Einheiten 16 mit einem Anguß 25 versehen, der mit dem vertikalen Tragständer 11 verbunden ist. Wie genauer in Fig. 12 dargestellt ist, sitzt jeder der Angüsse 25 an einem von zwei horizontalen Armen 32. die beispielsweise mittels Schrauben sn d?rn. Tr?.^ps*ändc^r 11 befestigt sind. Einer der Hebelarme 15 ist getrennt in F i g. 9 dargestellt. Der Befestigung der Stirnplatte 14 an der Spindel 28 sowie der Hebelarme 15 am Spindelgehäuse 24 dienen Bolzen und Muttern. Eine zu bearbeitende Schiffsschraube 18 kann auf der Stirnplatte 14 beispielsweise durch einen Dorn 29, wie in F i g. 10 gezeigt, oder aber durch eine hydraulisch arbeitende oder eine übliche Mutter- und Bolzeneinheit befestigt werden.

Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, umfaßt der vertikale Tragständer 11 eine langgestreckte hohle zylindrische Säule, die an ihrem oberen Ende 12 gabelförmig in Armen ausläuft und an ihrem unteren £/ide in einen Flansch 30 übergeht. Die beispielsweise durch Anschrauben an der Oberfläche des Tragständers 11 befestigten horizontal abstehenden tragenden Arme 32 sind am unteren Ende der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16 mit Hilfe der Angüsse 25 angelenkt. Die Tragarme 32 sind so bemessen, daß sich dann, wenn sich der Hebelarm 15 und die mit ihm verbundenen Teile einschließlich der Stirnplatte 14 im wesentlichen in der horizontalen Stellung nach Fig. 12 befinden, die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 16 in der in dieser Figur gezeigten, im wesentlichen vertikalen Stellung befindet.

Wie aus Fig. 11 und 12 hervorgeht, fußt der Ausrichtständer in einer Grube 36. Auf Bodenniveau 34 angeordnet und an den beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 38 der Grube 36 montiert, befindet sich jeweils eine eine Gleitfläche aufweisende Gleitschiene 40 aus Gußeisen, in deren innerer oberer Kante ein Einschnitt 42 (Fig. 14) für die Aufnahme einer langgestreckten Zahnstange 44, die sich im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Gleitschine 40 erstreckt, ausgebildet ist.

Auf den Gleitschinen 40 ist ein Tisch 46 von praktisch quadratischer Form bewegbar. Diese »/-Bewegung ist durch Pfeile in F i g. 4 und 6 angedeutet. Vom Tisch 46 stehen in Anpassung an die Schienenflächen zwei geschlitzte Seitenabschnitte 48 nach unten ab (Fig. 12,14). Die Innenflächen der Seitenabschnitte 48 sind mit abschnittsweisen Ausschnitten 50 für die Aufnahme von Lagern 52 versehen, die außerdem in entsprechenden Ausschnitten 58 in nach unten abstehenden Lippen 56 einer der drehbaren Lagerung des Tragständers 11 dienenden Tragplattform 54 mit einer Deckplatte 60 angeordnet sind.

Wie insbesondere in Fig. 14 erkennbar ist, hat die Tragplattform 54 eine in' ?re vertikale Seitenwand 62

und eine äußere vertikale Seitenwand 64. Integral mit der äußeren vertikalen Seitenwand 64 ist ein sich nach innen erstreckender Flansch 66 und integral mit der inneren vertikalen Seitenwand 62 ist ein sich nach außen erstreckender flansch 68 gebildet. Die Flansche 66 und 68 liegen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene. Die drehbare Tragplattform 54 ist mit je einem Schlitz 65 für jede Kolben-Zylinder-Einheit 16 versehen,durch den sie sich jeweils hindurch erstrecken. Diese Schlitze sind groß genug, um eine gewisse horizontale Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheiten bei der Drehung der Hebelarme 15 von der horizontalen in die vertikale Stellung zu ermöglichen.

Über dem Boden der Grube 36 befindet sk h eine Bodenplatte 70. auf der beispielsweise durch Schraubung eine zylindrische äußere Tragsäule 72 befestigt ist, die ihrerseits beispielsweise durch Schraubung mit einem unteren Flansch 76 eines zylindrischen inneren TragMänderfiihmngsglipde« 74 unrl außerdem mil dem unteren Flansch 68 der Tragplattform 54 verbunden ist. Mit der Tragsäule 72 und dem Flansch 66 sind beispielsweise durch Schraubung etwa sechs Versleifungsstreben 73 fest verbunden. Das innere Tragständerführungsglied 74 ist hohl, hat eine obere, horizontale Deckwand 78 mit einer Öffnung 80 und an ihrer Unterseite den sich anschließenden unteren Flansch 76. der an der Bodenplatte 70 befestigt ist. Die Tragsäule 72 dient der Versteifung und Führung des Tragständers 11 sowie der Schaffung eines zusätzlichen Trägers für die sehr schweren Belastungskräfte, die vom Tragständer übertragen werden, und zwar aufgrund des hohen Gewichts des Werkstücks 18 und des Tragständers 11 selbst und aufgrund der erheblichen Kräfte, die auf den Tragständer während der Bearbeitung des Werkstücks übertragen werden.

Der Tragständer 11 ist gleitend auf dem inneren Tragständerführungsglied 74 angeordnet. Die Dimensionstoleranz zwischen dem Außendurchmesser des Führungsgliedes 74 und dem Innendurchmesser des Tragständers 11 beträgt dabei etwa ΙΟΟμιτι. Der Tragständer 11 ist mit der Tragplattform 54 durch einen Keil 82 drehschlüssig verbunden, der mit dem Tragständer 11 starr verbunden ist und in eine in der Tragplattform 54 gebildete Keilnut 84 eingreift.

Innerhalb des inneren Tragständerfühmngsgliedes 74 befindet sich eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 90, zu der ein hydraulischer Zylinder 92 und ein hydraulischer Kolben 94 gehören. Die Unterseite des Zylinders 92 läßt sich etwa durch Schraubung an der Bodenplatte 70 festlegen. Die Oberseite der Kolbenstange des Kolbens 94 kann, etwa durch Schraubung an der angrenzenden Fläche des vertikalen Tragständers 11 montiert sein. Die Kolbenstange erstreckt sich durch die Öffnung 80 in der oberen Deckwand 78 des Tragständerführungsgliedes 74. Der hydraulische Zylinder 92 weist eine Höhe von etwa 5,5 m und einen Durchmesser von etwa 40 cm auf. Die Kolbenstange mit einer Länge von angenähert 5,8 m und einem Durchmesser von 20 cm ermöglicht ein Ausfahren des Tragständers 11 etwa auf etwa 4 m bei ausreichender baulicher Festigkeit für die Bewegung im Betieb der Vorrichtung.

Wie F i g. 11, 12 und 14 zeigen, ist um den gesamten Umfang der Tragplattform 54 an deren unterer äußerer Kante an der Schnittlinie der äußeren vertikalen Seitenwand 54 mit dem Flansch 65 ein Zahnkranz 100 angeordnet, der an der Tragplattform 54 des Ständers durch Schrauben befestigt ist. Aus F i g. 11 ist ersichtlich.

daß am Tisch 46 ein Antriebsmotor 104 montiert ist. der über eine in fest auf dem Tisch 46 montierten Lagersäulen 108 drehbar gelagerte Antriebswelle 106, mit einer Schnecke HO. die in den Zahnkranz 100 eingreift, die Tragplattfrom 54 verdrehen kann (C-Bewegung). Der Antriebsmotor 104 ist vorzugsweise durch steuerbare Siliziumgleichrichter gesteuert und ist verändi-r.ich in der Drehzahl, dem Drehmoment, der Beschleunigung, im Hub und im Energiebedarf.

Wie F i g. 11 zeigt, sind auf dem Tisch 46 zwei Lager 114 zur Aufnahme einer Welle 116 befestigt, die mit dem Antriebsmotor 118 starr verbunden ist und von ihm angetrieben wird. Der Motor 118 sitzt auf einer Plattform 120, die beispielsweise durch Schraubung mit dem Tisch 46 verbunden ist. Auf der Welle 116 sitzen zwei Zahnräder 122, die zwecks Bewegung des gesamten Tragständers 11 in Richtung der Fräskopfspindel (W-Bewegung) entlang der Länge der Zahnstange 44 mit dieser in Eingriff sicheri. Der gesamte Tragständer Il IaBt sich folglich in der Grube 36 zur Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 hin und von ihr wegbewegen, um das Anbringen und Entfernen des Werkstücks am Ständer und außerdem die Benützung der Fräsmaschine 30 für andere Zwecke, wenn der Ständer nicht in Gebrauch ist. zu ermöglichen und außerdem die maximale Nähe des Ständers zur Frässpindel zum Aufrechterhalten der optimalen Stellung der Frässpindel zum Werkstück für eine maximale Materialabnahmegeschwindigkeit mit minimaler Vibration zu erzielen. Die Länge der Grube 36 beträgt näherungsweise 7.6 m, so daß ein optimaler Raum für die Verwendung der Fräsmaschine 30 für andere Zwecke als das Bearbeiten von Schiffsschrauben zur Verfügung steht, wenn sich der Ständer 11 in einer Stellung entfernt von der Fräsmaschine befindet.

Gemäß Fig. 15 ist mit dem Spindelgehäuse 24 ein Tragkörper 130 beispielsweise durch Schraubung fest verbunden. Am Tragkörper 130 ist ein Antriebsmotor 132 starr montiert, der ein über Siliziumgleichrichter gesteuerter drehzahlveränderlicher Motor ist und eine Ausgangswelle 134 aufweist, die in am Tragkörper 130 befestigten Lagern 136 angeordnet ist und eine Schnecke 138 aufweist, die mit einem um den gesamten Umfang der Spindel 28 herum fest angeordneten kreisförmigen Zahnkranz 140 in Eingriff steht. Mit Hilfe dieser Antriebsvorrichtung wird eine Drehung der Spindel 28 über 360° in beiden Drehrichtungen ermöglicht (A -Bewegung).

Die allgemeinen Abmessungen bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung zum Bearbeiten von Schiffsschrauben bis 10 m Durchmesser und bis 80 Tonnen Gewicht sind wie folgt: Die Stirnplatte 14 hat einen Durchmesser von angenähert 2,6 m. wobei jedoch auch größere Stirnplatten verwendet werden können, um die Vorrichtung an die Behandlung größerer Werkstücke anzupassen, und der vertikale Tragständer 11 hat eine Höhe von angenähert 73 m und einen Durchmesser von angenähert 1,8 m. Die Tragplattform 54 besitzt einen Durchmesser von angenähert 6,1 m; die Grube 36 ist angenähert 6,7 m tief und 7,6 m lang. Der durch die Zahnstange 44 gegebene Schienenweg mißt angenähert i0 m.

Die hydraulischen Charakteristiken der KoJben-Zylinder-Einheiten 16 und 90 sind wie folgt: Jede wird durch Pumpen von 18,7 kW, die einen Druck bis zu 140 bar erzeugen, mit geeignetem hydraulischen Strömungsmedium versorgt. Der Strömungsdurchsatz des Strömungsmittels in die Hydraulikzylinder und aus diesen heraus kann in bekannter Weise geeignet gesteuert werden, um einen weichen und genauen Bewegungs/uwachs der jeweiligen hydraulischen Kolben zu erzielen.

Im Betieb wird der Tragständer längs der Schienen 40 anfänglich aus derjenigen Stellung heraus vorbewegt, in der er am weitesten von der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 entfernt ist. Dies erfolgt mit Hilfe der Zahnstangen 44 und der Zahnräger 122 auf die

hi Betätigung des Antriebsinotors 118 hin. Zunächst befinden sich die Hebelarme 15 in der Stellung nach Fig. 12, so daß die Stirnplatte 14 eine horizontale Lage einnimmt. Die Schraube oder ein anderes Werkstück werden dann mit Hilfe eines Krans oder eines anderen Lademechanismus auf die Oberseite der Stirnplatte 14 aufgebracht und an ihr so montiert, daB sie auf ihr starr festgelegt sind. Das Werkstück wird dann aus der Montagestellung nach den Fig. 1 und 12 heraus in die vertikale Sieüung nach Fig. 4 uriü Ί3 uücr in eine

2π Zwischenstellung gebracht, um mit der Bearbeitung zu beginnen. Dies geschieht durch das Einführen von Hydraulikmedium in den hydraulischen Zylinder der Einheit 16, wodurch der Hebelarm 15 bis zu 90° aus der Stellung nach Fig. 12 heraus angehoben wird. Wenn

y> sich das Werkstück in der Stellung befindet, in der die Bearbeitung beginnen soll, wird der thyristorgesteuerte Motor 118 eingeschaltet, um die gesamte Vorrichtung zur Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 zu verlagern.

)(> Die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 ist von üblicher Konstruktion. Sie läßt sich längs einer Schiene in Richtung X (Fig.5) bewegen. Der Fräser 31 ist vertikal in Richtung Y beweglich (Fig.4) sowie horizontal in Richtung Z vor- und zurückbewegbar, wie

)ί an sich bekannt.

Wenn sich das Werkstück nahe an der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 befindet, erfolgt dessen Ausrichtung. Dabei ist es mit Hilfe der Kolben-Zylmder-Einheit 90 in V-Richtung heb- und senkbar. Mit Hilfe des

4f) Motors 104, der die am Zahnkranz 100 angreifende Schnecke 110 antreibt, ist eine Drehbewegung des Werkstücks und des Tragständers um die vertikale Achse des Ständers 10 (C-Bewegung) erreichbar. Eine weitere laufende Steuerung der jeweiligen Stellung des

■»5 Werkstücks in bezug auf die Frässpindel (-4-, B- und IV-Bewegung) kann durch geeignete Betätigung der vorstehend beschriebenen Antriebsmechanismen durchgrführt werden. Die zur Verfugung stehenden Größen und Formen von Zahngetrieben und elektrisehen Motoren sowie die hydraulischen Steuerungen ermöglichen eine extrem genaue Ausrichtung, so daß eine Genauigkeit von etwa 100 μΐη erzielt werden kann. Eine zusätzliche Steuerung der Stellung der Säule des Bohrfräskopfs und seiner Spindel kann erreicht werden, indem die drei Bewegungsrichtungen des Fräsers 31 in den Richtungen»X«_T»Y«und »Z«ausgenützt werden.

Beim Betrieb der Vorrichtung ist es wichtig, daß der Fräskopf der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine mit einer Achse stets im wesentlichen rechtwinkelig zu der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks liegt, damit stets ein Flattern vermieden werden kann und eine maximale Kraftübertragung von der Maschine auf das Werkstück und damit der höchste Wirkungsgrad, die höchste Materialabhebungsgeschwindigkeit und die höchste Schnittgenauigkeit erzielt werden. Diese Anordnung wird durch geeignete Steuerung der entsprechenden Betätigungsmechanismen zum Bewegen des Werkstücks (A-, B-, C-, W- und V-Bewegung)

und durch geeignetes Bewegen der Bearbeiiungsmaschine (A"-, Y- und Z-Bewegung) erreicht. Wegen der erheblichen Variation von Stellungen, in die das Werkstück verbracht werden kann hat der Fräser 31 der Bohrfräsmaschine 30 Zugang zum Bearbeiten von ί andernfalls unzugänglichen Stellen des Werkstücks, wie etwa der Schit'fsschraubennabe, der Ränder, der voreilenden und nacheilenden Kanten jedes Flügels usw.

Insbesondere ist es erwünscht, den kürzestmöglichen in Abstand zwischen der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 und dem das Werkstück bildenden Schiffs-Schraubenflügel einzuhalten, da der Fräser 31 so wenig wie möglich ausgefahren werden sollte, um seine Steifigkeit zu erhalten und so eine präzise Fräsung i> sicherzustellen. Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht es, mit Hilfe des Tragständers U die Schraube 18 in ihre optimale Stellung zum Bearbeiten der Schraubenflächen zu bringen. Wie erwähnt, ist dies iusbesuikicre deshalb wichtig, uainii zur Erzielung hi optimaler Geschwindigkeit, Wirksamkeit und Genauigkeit der Materialabhebung die Spindel der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine ständig im wesentlichen rechtwinklig zur zu bearbeitenden Fläche gehalten wird. Häufig wird der untere Flügel der Schraube 18 zuerst bearbeitet, und der Bearbeitungsvorgang beginnt durch eine Bewegung des Fräsers 31 über die Breite des Flügels. F i g. 5 und 6 zeigen für Rechts- bzw. Linksschrauben die Stellung des unteren Flügels 26 und des oberen Flügels 27, wobei sich die unteren Flügel in «> der Stellung zum Bearbeiten durch die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 befinden. Zweckmäßig ist es, als Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 eine Dreiachsen-Kontur-Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine zu wählen, die gleichzeitig Bewegungen in der >~> X-Achse, der K-Achse und der Z-Achse durchführen kann und für numerische Steuerungsvorgänge eingerichtet ist. Die Bewegungsrichtung dieser drei Achsen ist mit aufeinander senkrechten Richtungen dreidimensional, wie in F i g. 4, 5 und 6 gezeigt ist. Es kann -to geschnitten werden, indem man einem gegebenen Radius der Schiffsschraube 18 mit der Bewegung des Fräsers 31 in drei Achse*; folgt und so den Fräserweg in einem festen Abstand vom Zentrum der Schraubennabe 19 hält. Alternativ kann die K-Achse festgehalten « werden und der Fräser läuft nur mit Bewegungen in der X- und der Z-Achse über den Schraubenflügel. Dieses letztere Verfahren wird häufig bevorzugt, außer in der Nähe der Stelle, an der der Flügel in die Nabe übergeht. Von der äußeren Spitze 20 des unteren Flügels können w die Schneidgänge über die Flügelfläche entweder mit aufeinanderfolgenden Schneidgängen in entgegengesetzten Richtungen, beispielsweise von links nach rechts und dann von rechts nach links, durchgeführt werden, oder es können alle Schneidgänge in derselben Richtung durchgeführt werden, wobei es sich erwiesen hat, daß dabei der Fräser-Rückwärtszug auf der Schraubenflügelfläche vermindert wird. Ein für diesen Vorgang häufig verwendeter Fräser ist ein Stirnfräser mit einem Durchmesser von etwa 30 cm. Die Schnitte können vom ω Rand bis hinauf zum dicksten Teil Hes Flügels durchgeführt werden.

Beim Bearbeiten der Schraubenflächen ist es vorteilhaft, eine maximale Fräserstirnbreite in Berührung mit der Schraubenflügelfläche zu halten, damit der & Fräser mit optimaler Wirksamkeit hinsichtlich des Abhebens von Metall zum Flügel arbeiten kann. Indem ein solcher Kontakt zwischen der Schraubenfläche und dem Fräser aufrechterhalten wird, kann eine maximale Materialmenge Sei jedem Überstreichen der Fläche durch den Fräser abgehoben werden. Außerdem werden glatte und sehr genaue Flächen ohne die für bekannte Bearbeitungsweisen charakteristischen Gipfel und Täler erzeugt. Um diese Beziehung zwischen der Fräserfläche und der Flügelfläche aufrechtzuerhalten, kann die Schiffsschraube 18 bei der Drehbewegung C um einen Winkel verdreht werden, der in Abhängigkeit vom Absland des Fräsers von der Schraubennabe 19 veränderlich ist. Diese Möglichkeit, die Schraube mit der Drehbewegung C zu verdrehen, dien·, auch dazu, einen Fräser-Rückzug zu vermeiden und damit die an der Zwischenfläche zwischen dem Fräser und der Schraubenfläche entstehende Wärme zu vermindern. Die Abweichung des geforderten Verdrehungswinkels von der Mittellinie weg beruht auf dem Ansteigen d'.i Helixwinkels des Schraubenflügels bei zunehmender Annäherung von der Flügelspitze 20 zur Nabe 19. So kann beispielsweise die Flügelfläche in drei Zuiien unterteilt werden, wobei die End- oder Spitzenzone in einem Abstandsbereich von 0,8/? bis 1,0/?, die Mittelzone von 0,8/? bis 0,6/? und die Nabenzone von 0,6/? bis OJR liegt, wobei R der Radius der Schiffsschraube 18 oder der Abstand vom Zentrum der Nabe 19 zur Außenspitze 20 des Flügels ist. Wird eine vierflüglige Schiffsschraube mit einem Durchmesser von etwa 7 m bearbeitet, so stellen sich gute Ergebnisse ein, wenn beispielsweise die Schiffsschraube 18 bei der Drehbewegung C um einen Winkel von 22°24' verdreht wird, während der Teil der Druckfläche in der Spitzenzone bearbeitet wird; der Winkel wird im Hinblick auf die Mittellinie zwischen dem Tragständer Il und der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 gemessen. Dieser Winkel von 22°24' entspricht dem Helixwinkel bei 0,9/?, dem mittleren Radius der Spitzenzone. In der Mittelzone kann die Schraube in einem Winkelbereich von 28°24' gedreht werden, dem Helixwinkel bei 0,7/?, während in der Nabenzone zum maximal aufgrund der herausstehenden Seitenflügel zulässigen Winkel verdreht werden kann, oder etwa zu 32° bis 35°. Eine absichtliche Änderung von etwa 3° bis 5° zwischen der Anordnung der Bewegungsachse C und dem tatsächlichen Schraubenwinkel vermindert die Fräserwegschritte.

Hat der Fräser 31 die Schraubennabe 19 erreicht, so ist die Bearbeitung der Druckfläche eines der Flügel vollendet. Es kann dann der Umfang des Flügels geschnitten werden, wobei Fräser wie etwa Schälfräser mit einem Durchmesser von etwa 15 cm verwendet werden können. Bevor man beginnt, die Umfangslinie der Flügel zu schneiden, wird die Schiffsschraube 18 zweckmäßigerweise mit der Drehbewegung Cverdreht, um die Außenlinienfläche in geeignete Beziehung zur .Y-Achse zu bringen. Der Fräser 31 wird dann am Mittelpunkt der Flügelspitze 20 angesetzt und entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegt, um bei seinem Weg entlang dem vorderen Rand des Rügeis zur Nabe 19 der Flügel-Umfangslinie zu folgert. Dieser Vorgang wird für den hinteren, nacheilenden Rand wiederholt, wobei wiederum an der Mitte der Flügelspitze 20 begonnen wird und in entgegengesetzter Richtung zur Nabe 19 gefahren wird. Für den Flügelrand sind im allgemeinen zwei Schneidgänge erforderlich, nämlich ein Grobschnitt, dem unter Verwendung eines Fräsers, der mit ■;ngcn Toleranzen bearbeiten kann, ein Feinschnitt folgt Eine Hand-Obersteuerung der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschinen-Zuführgeschwindigkeiten kann als in

Il

den Bereichen um die Nabe 19 erforderlich angewandt werden, sowie in Bereichen, in denen unregelmäßiges Gießen erfolgt oder wo übermäßig viel Metall vorhanden ist.

Die beschriebenen Bearbeitungsgänge vervollstindi- ■-, gen die Maschinenarbeit im Hinblick auf die Druckfläche und die Umfangslinie des einen Flügels. Bei Vollendung dieses Schrittes wird der Fräser 31 in der Z-Achse zurückgezogen, und der Tragständer 11 bewegt sich in der W-Achse entlang dem horizontalen m Gleis, so daß sich die Schraube 18 von der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 löst und die Schraubenflügel gedreht werden können, um den nächsten Flügel in die Stellung zum Bearbeiten zu bringen, wis es in F i g. 4 dargestellt ist. Der Tragständer ι -, 11 kehrt dann in die Stellung nahe der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 zurück, und die Schneidarbeitsgänge werden zum Bearbeiten der Druckfläche und der Flügclumfangslinie des nächsten Flügels wiederholt. Dieser Arbeitsgang wird so oft wiederholt, ais zum >n Bearbeiten der Druckfläche und der Flügelumfangslinien jedes Flügels der Schiffsschraube 18 erforderlich ist.

Sind die Druckflächen und die Flügelumfänge jedes Flügels fertig, so wird der Fräser 31 in der Z-Achse ,r> zurückgezogen und der Tragständer 11 wird entlang der W-Achse zurückgezogen. Die Schiffsschraube 18 wird mit der Drehbewegung C in eine Mittellinienstellung mit einem Helixwinkel O verdreht. Der Tragständer wird dann entlang der W-Ache in die Frässtellung zurückgebracht und die Schiffsschraube 18 wird wieder so nahe wie möglich an die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 herangefahren, so daß der Fräser 31 so starr wie möglich bleiben kann und eine genaue Fräsung sichergestellt ist. Der Fräser 31 folgt dann dem r> gesamten Umfang der Schraubennabe 19 entlang der X- und der V-Achse, wobei er sich nach Bedarf in der Z-Achse bewegt, wenn er sich der Naben-Auskehlung am voreilenden Rand nähert, wo der Flügel mit der Nabe am nächsten am Nabenende verbunden ist. Dieser Arbeitsgang führt dazu, daß bei Erreichen des Außendurchmessers der Nabe 19 eine Drehung erfolgt. Die Bewegung des Fräsers 31 auf dem Kreispfad wird bei Erreichen des Schraubenflügels unterbrochen und es beginnt eine hin- und hergehende Fräsertätigkeit mit -es Zirkularbewegung, die auf den Quadrant der Nabe 19 zwischen den Flügeln begrenzt ist. Es kann geschnitten werden, indem abwechselnd von links nach rechts, dann von rechts nach links bewegt wird, mit Bewegungen entlang der X-Achse und der K-Achse und einer 5« Zwischenbewegung entlang der Z-Achse während einer kurzen Verweilzeit, die einem Wechsel der Bewegungsrichtung vorangeht. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die maximale Tiefe zwischen den Flügeln erreicht ist, die durch die FlügelOberlappung begrenzt ist Nach « diesem Muster wird in jedem Zwischenraum zwischen benachbarten Hügeln wiederholt vorgegangen. Es ist nicht erforderlich, die Schraubenflügel zu drehen, um dieses Fräsen der Nabe 19 durchzuführen.

Als alternatives Verfahren kann der Ständer entlang tier Bewegungsachse C zurückgedreht werfen, um so dsn Schraubenflügelrand nahezu parallel zur Bohrfrässpinde! zu bringen. Auf diese Weise kann der Fräser entlang einem Fräserpfad nahe dem Zentrum des Fliigelrandradius laufen und die Zeit verkürzen, während die Qualität des geschnittenen Randes verbessert wird.

Mit der Bearbeitung der Nabe 19 ist die gesamte Bearbeitungstätigkeit auf der Druckseite der Schiffsschraube 18 vollendet. Der Fräser 31 der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 wird in Richtung der Z-Achse und die gesamte Vorrichtung 10 mit der auf dem Tragständer 11 montierten Schiffsschraube 18 in der W-Achse zurückgezogen. Die Hebelarme 15 werden dann zum Zurückbringen der Schraube IB in die Montage- und Abnahmestellung gemäß Fig. I in Tätigkeit gesetzt. Um die gegenüberliegende oder Saugseite der Schiffsschraube 18 zu bearbeiten, wird die Schraube 18 von der Stirnfläche 14 abgenommen unc mit der Saugseite nach oben wieder montiert. Eine Wiederholung der beim Bearbeiten der Druckseile der Schiffsschraube 18 aufeinanderfolgenden Schritte führt zur Fertigstellung der Saugseite.

Mit der Bearbeitung der Saugseite der Schiffsschraube 18 ist das gesamte Maschinenwerk beendet und es verbleibt nur mehr eine geringfügige Nachbearbeitung der Schiffsschraube von Hand. Nach Überführung in die Stellung nach Fig. 1 kann sie von der Stirnfläche 14 abgenommen werden.

Eine genaue Anordnung des Werkstücks kann manuell oder durch die Verwendung von manuell betätigten Steuerungen der drei Elektromotoren und der beiden hydraulischen Systeme in an sich bekannter Weise erfolgen, die die fünf Bewegungsachsen der gesamten Vorrichtung 10 '.rgeben. Geeignete Feinjustierungsmarkierungen wie etwa Feineinstellmarkierungen können an den entsprechenden Teilen des Ausrichtständers angebracht sein, beispielsweise an der vertikalen Fläche der Tragplattform an der Seif nwand 64 mit einer geeigneten Nullmarkierung an einem benachbarten verhältnismäßig stationären Teil wie etwa dem Seitenabschnitt 48 des Tisches 46, um so immer eine Feinablesung der genauen Stellung des Werkstükkes zu haben und eine genaue Steuerung der Stellung des Werkstücks zu ermöglichen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die fünf motorischen und hydraulischen Steuerungen automatisch durch ein entsprechendes Rechnerprogramm unter Verwendung numerischer Steuerungen und Techniken, die an sich bekannt sind, vorzunehmen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung mm Anordnen und Ausrichten eines Werkstücks mit komplexen Rächen, z, B. einer Schiffsschraube, für die Bearbeitung mit einer Horizontal-Bohr-und Fräsmaschine unter Aufrechterhaltung einer im wesentlichen rechtwinkligen Lage der Achse des Fräskopfes der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine in bezug auf die Werkstückoberfläche, in der das Werkstück um eine vertikale Achse in einem Bereich bis zu 360° (C-Bewegung) sowie um eine horizontale Achse (ß-Bewegung) schwenkbar und in einer horizontalen Ebene verschiebbar ist (W-Bewegung), mit einem vertikal angeordneten Tragständer, der auf- und abbewegbar und für die C-Bewegung um seine vertikale Achse drehbar ist und einen U-förmigen oberen Teil aufweist, einem Spindelgehäuse, das um eine sich zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils erstreckende Achse zum Ausführen der B-Bewegung verschwenkbar ist, und einer drehbar im Spindelgehäuse gelagerten Spindel, auf der das Werkstück zur Ausführung einer Bewegung um die Spindelachse (/^-Bewegung) festlegbar ist, nach Patent Nr. 22 29 048, gekennzeichnet durch eine horizontale Trjgplattform (54) mit einer öffnung, durch die hindurch sich der Tragständer (11) nach abwärts erstreckt, und mit einem der öffnung zugeordneten, an der Unterseite der Tragplattform (54) festgelegten und sich von unten her Li den hohlen Tragständer hinein erstreckenden Tragstftnderfehrungsglied (74), das sich so weit nach 'inten erstreckt wie der Tragständer in seiner untersten! ige.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragständerführungsglied (74) über eine sich koaxial zur öffnung der Tragplattform (54) erstreckende zylindrische Tragsäule (72) sowie Versteifungsstreben (73) fest mit der Tragplattform verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Auf- und Abbewegunj (V-Bewegung) des Tragsländers (II) dienende Hubmechanismus durch eine innerhalb des Tragständertührungsgiiedes (74) angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit (90) gebildet ist, die sich auf einer unteren Bodenplatte (70) des Tragständerführungsgliedes (74) abstützt, eine öffnung (80) in der oberen Deckwand (78) des Tragständerführungsgliedes durchsetzt und am oberen Ende des Tragständers (11) angreift.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tragplattform (54) im Mündungsbereich einer Grube (36) befindet, in die hinein sich die Tragsäulen (72) für das Tragständerführungsglied (74) erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplattform (54) mitsamt dem Tragständer (11) zur Erzielung der C- Bewegung um die Tragständerachse auf einem Tisch (46) drehbar gelagert ist, und daß für den Drehantrieb der Tragplattform auf dem Tisch (46) ein Abtriebsmotor (104) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (104) über eine auf seiner Welle (106) sitzende Schnecke (110) mit einem an der Tragplattform (54) festgelegten Zahnkranz

(100) in Eingriff steht,

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragständer (11) mit der Tragplattform (54) axial verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar verbunden ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragständer (11) an seiner Außenseite mit einem sich achsparallel erstreckenden Keil (82) verbunden ist, der in eine an der Tragplattform (54) ausgebildete Keilnut (84) eingreift

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Tisch (46) mitsamt der Tragplattform (54) und der Tragsäule (72) zur Erzielung der Verschiebbarkeit (VV-Bewegung) auf sich in Richtung der Fräskopfspindel erstreckenden Gleitschienen (40) gelagert ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet daß sich die Gleitschienen (40) beiderseits der Grube (36) auf Bodenniveau (34) an den beiden Seitenflächen (38) erstrecken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Gleitschienen (40) jeweils eine dem Verschiebeantrieb dienende Zahnstange (44) zugeordnet ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Tragplauform (54) mit Schlitzen (65) iür die Hindurchführung der der Werkstückverschwenkung um die horinzontale Achse (ß-Bewegung) dienenden Kolben-Zylinder-Einheiten (16) versehen ist

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Tragständer (11) über einen Tragkörper (130) ein Antriebsmotor (132) für den Drehantrieb der das Werkstück (18) aufnehmenden Spindel (28) um die Spindelachse (>4-Bewegung) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (28) um ihren Umfang herum mit einem kreisiur.nigen Zahnkranz (140) versehen ist, mit dem eine auf der Welle (134) des Antriebsmotors (132) sitzende Schnecke (138) in Eingriff steht.