DE903521C - Maschine zum Bearbeiten beliebig gewoelbter Flaechen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. FEBRUAR 1954

E 1785 Ib 149b

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Bearbeiten beliebig gewölbter Flächen, insbesondere von Kaplanturbinenschaufeln, Flügeln von Schiffsund Luftschrauben u. dgl.

Es sind verschiedene Verfahren und Maschinenbauarten bekannt, um gewölbte Flächen mittels Finger-, Schaft- oder Scheibenfräser im Kopierverfahren zu bearbeiten. Dabei wird die Modellfläche von einem Fühler für gewöhnlich zeilenartig abgetastet und die Werkstücksfläche vom Fräser entsprechend zeilenartig bearbeitet, wobei der Zeilenvorschub je nach dem Grad der geforderten Flächenfeinheit mehr oder weniger fein zu wählen ist. Falls stark gewölbte oder verwundene 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. Zwischen den einzelnen Zeilenschnitten bleiben zudem am Werkstück Werkstoffreste, sogenannte Kämmer, übrig, die nachträglich weggearbeitet werden müssen. Meistens werden hierzu Schleifgeräte benutzt. Auf alle Fälle bedingt aber das Entfernen der Kämme einen großen Arbeitsaufwand.

Im weiteren ist schon vorgeschlagen worden, die Schaufeln von Kaplanturbinenrädern auf einer Drehbank mit Fühlersteuerung für den Stahl zu bearbeiten. Bei solchen Bearbeitungsmaschinen ist jedoch die Kopiergenauigkeit nicht so groß wie beim Fräsen. Das hängt damit zusammen, daß die Schnittgeschwindigkeit des Drehstahls, um nicht

zu große Bearbeitungszeiten zu bekommen, möglichst groß gewählt werden muß. Es ergeben sich dann für die gesteuerten Elemente entsprechend große Geschwindigkeiten, so daß sich die bewegten Massen dieser Elemente nicht mehr genügend genau steuern lassen und die Kopierarbeit daher, im Gegensatz zum Arbeiten mit durch Fühler gesteuerten Fräsern, ungenau ausfällt. Dieser Nachteil läßt sich wohl dadurch wenigstens teilweise ίο beheben, daß die Drehbank langsamer 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.

Zweck der Erfindung ist nun, eine Maschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die vorstehend angeführten Mängel behoben sind und ferner sich bedeutend kürzere Arbeitszeiten als bei *o den bisher gebauten Maschinen mit durch Fühler gesteuertem Werkzeug erzielen lassen. Erreicht werden diese Vorteile dadurch, daß das durch Fühler gesteuerte Werkzeug, welches z. B. als Planfräser oder Schleifscheibe ausgebildet sein as kann, gemäß der Erfindung um seine Spindelachse allseitig schwenkbar ist. Dabei kann der das Modell abtastende Fühler zweckmäßig sowohl eine die Bewegung des Werkzeuges in senkrechter Richtung beherrschende Steuerungseinrichtung als auch zwei weitere Steuerungseinrichtungen beeinflussen, die die Schwenkbewegungen des Werkzeuges in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen beherrschen.

In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt
Fig. ι die Vorderansicht und Fig. 2 eine Seitenansicht einer Kopierfräsmaschine, 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 veran-♦5 schaulicht 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 gezeigten Schnitt nahezu senkrecht steht, und zum Teil noch weitere Elemente;

Fig. 5 zeigt in größerem Maßstab eine Ansicht in Richtung des Pfeiles O der Fig. 7 der Fuhlerscheibe und der an derselben angebrachten Elemente, wobei auch ein Teil des Modells im Schnitt gezeigt ist;

Fig. 6 ist eine in Richtung des Pfeiles P der

Fig. 5 gesehene schaubildliche Ansicht, welche vor allem das Aufliegen der Fuhlerscheibe 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 dargestelltes, zu bearbeitendes Werkstück, 1 ein als Planfräser ausgebildetes Werkzeug und 2 eine dem Fräserwerkzeug 1 in der Form entsprechende Fühlerscheibe. Letztere wird durch nicht dargestellte Mittel veranlaßt, gegen das Kopiermodell A anzuliegen. Das Modell A und das Werkstück B sind auf dem gleichen Schlitten 64 aufgespannt, dem durch der Einfachheit halber nicht veranschaulichte Mittel eine Vorschubbewegung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. r erteilt wird.

Die Fuhlerscheibe 2 ist in der in den Fig. 5 und 6 in größerem Maßstab dargestellten Weise über ein Kugelgelenk 25 ¹, 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 erforderliche Einstellung der Fühlerscheibe 2 in bezug auf die zu bearbeitende Fläche des Modells A erfolgt mit Hilfe zweier verstellbarer 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 go eines verhältnismäßig großen Bogenstückes M-N auf dem Modell A 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 (Fig. 4) verbunden ist. Die Steuerschieber 43 und 53 sind ebenfalls verschiebbar im erwähnten Steuergehäuse 18.

Im weiteren bezeichnen 5 und 6 zwei Ständer, die am oberen Ende durch einen Querträger 7 starr miteinander verbunden sind. An diesen Ständern 5 und 6 sind senkrechte Gleitbahnen 8 vorgesehen, die zum Führen eines schlittentragenden Querbalkens 9 dienen. Letzterer wird durch eine weiter unten noch näher beschriebene, an sich bekannte Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 in senkrechter Richtung verschoben. Ein auf dem Querbalken 9 längs Führungen 10 beweglicher Schlitten 11 wird durch eine Gewindespindel 12, die von einem Motor 13 angetrieben wird, in waagerechter Richtung verschoben. 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 Schwenkbewegungen werden hervorgerufen, wenn iao sich der Kolben 63 (Fig. 4) eines am Schlitten 11 befestigten Servomotors 15 (Fig. 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, kreisbogenförmiges Zahnsegment 17 ein-

greift. Der Zu- und Abfluß von Druckflüssigkeit zu ■ bzw. aus den Räumen zu beiden Seiten des Servomotorkolbens 63 wird in einer weiter unten näher beschriebenen Weise von dem schon erwähnten Steuerschieber 53 in Abhängigkeit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 beherrscht. Der Balken 14 trägt seinerseits das schon erwähnte Steuergehäuse 18 und ferner einen in bezug auf die Quermittelebene des Schlittens 11 symmetrisch dazu angeordneten Kasten 19, der das Werkzeug 1 trägt. Das Steuergehäuse 18 ist in einer Segmentführung

22 und der Kasten 19 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 (Fig. 3) eines durch Druckflüssigkeit betätigten Servomotors 20, der am Balken 14 befestigt ist. Dieser Servomotorkolben 44 ist nämlich starr mit einer Zahn-

ao stange 21 verbunden, welche sowohl mit der als kreisbogenförmiges Zahnstangensegment ausgebildeten Führung 22 am Steuergehäuse 18 als auch mit der als kreisbogenförmiges Zahnstangensegment ausgebildeten Führung 23 am Kasten 19 zusammen-

i>5 arbeitet. Der Zu- und Abfluß von Druckflüssigkeit in bzw. aus den Räumen zu beiden Seiten des Servomotorkolbens 44 wird in Abhängigkeit von den Bewegungen der Fühlerscheibe 2 vom Steuerschieber 43 beherrscht.

Mit Hilfe der erwähnten drei Steuerschieber 32, 43 und 53, die alle im Steuergehäuse 18 untergebracht sind, lassen sich drei hydraulisch gesteuerte Bewegungsrichtungen 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 Richtung des Pfeiles H (Fig. 4) oder entgegengesetzt dazu und 3. eine vom Steuerschieber 43 beherrschte und vom Servomotor 20 hervorgebrachte Schwenkbewegung des Steuergehäuses 18 und des Kastens 19 in Richtung des Pfeiles G oder entgegengesetzt dazu. Dabei werden die Bewegungen nach 1 mittels 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. Nachstehend werden noch der Aufbau der betreffenden Steuerungseinrichtungen und deren Wirkungsweise eingehender beschrieben, wobei in erster Linie auf 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 Ringraum 47 durch eine Leitung 46 auch in den Ringraum 30 einer zur Führung des Steuerschiebers 32 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 eingetragenen Pfeiles K verschoben, so bedingt das eine Verschiebung der Fühlerscheibe 2 nach oben; diese Bewegung wird über die Stange 24 auch auf den Steuerschieber 32 übertragen, der infolgedessen in Richtung des in Fig. 3 eingetragenen Pfeiles 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 3-4 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 Schlitten 9, mit dem er mittels des Balkens 41 verbunden ist, samt Balken 11, 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 unterbrochen wird. Wenn der Steuerschieber 32 aus seiner Mittellage nach abwärts verschoben wird, so spielen sich die Steuervorgänge in umgekehrter Weise ab, wobei der Schlitten 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 angeordnet. 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 angelenkt ist, um dieselben Beträge gehoben, so daß der Steuerschieber 43 relativ zur Büchse 42 keine Verschiebung erfährt und daher auch keine Steuerungsvorgänge einleitet. Dasselbe trifft für den Steuer- schieber 53, der vermittels der Stange 28 an der Scheibe 2 angelenkt ist, und ferner für eine zur Führung dieses Schiebers 53 dienende Büchse 69 zu, die ebenfalls starr mit der Stange 24 verbunden ist.

Sobald jedoch die das Modell A abtastende Fühlerscheibe 2 so geschwenkt wird, daß sie eine Relativbewegung zwischen Büchse 42 und Steuerschieber 43 hervorbringen kann, werden dann auch die Bewegungen des Servomotorkolbens 44 hervorgerufen. Wird die Fühlerscheibe 2 z. B. entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn im Kugelgelenk 25, 25¹ 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 Büchse42 geförderte 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 Raum 66 links vom Kolben 44 durch einen Schlauch 67, einen dritten Ringraum 49 der Büchse 42 und eine Leitung 39¹ in die Ableitung 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 Pfeiles G verschwenkt werden. Dabei wird aber auch eine Rückführbewegung zwischen Steuerschieber 43 und Büchse 42 eingeleitet, in deren Verlauf die Verbin-

dung zwischen den Ringräumen 47 und 48 durch den Schieber 43 wieder unterbrochen und dadurch der Steuervorgang beendet wird. Wird dagegen die j Fühler scheibe 2 im Uhrzeigerdrehsinn um den Punkt j 25 geschwenkt, so spielen sich die beschriebenen I

Steuervorgänge im umgekehrten 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 28 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

ao mit dem Ringraum 56 verbunden wird, so daß Druckflüssigkeit durch einen Schlauch 57 in den Raum 50 links vom Kolben 63 des Servomotors 15 gelangen kann. Gleichzeitig kann jetzt Druckflüssigkeit aus dem Raum 59 nach rechts vom Kolben 63

durch einen Schlauch όο, den Raum 62 oberhalb des Steuerschiebers 53 und die Leitung 62¹ in den Behälter 29¹ abfließen. Der Servomotorkolben 63 und die starr damit verbundene Zahnstange 16 werden daher in Richtung des in Fig. 4 eingetragenen Pfeiles L bewegt, und diese Bewegung wird über das Zahnsegment 17 in eine Schwenkbewegung des Balkens 14, welcher den Kasten 19 mit Werkzeug ι und das Ventilgehäuse 18 trägt, in Richtung des Pfeiles H, also im Uhrzeigerdrehsinn, übergeleitet. Dadurch wird aber auch eine Rückführbewegung des Steuerschiebers 53 in bezug auf die Büchse 69 hervorgerufen, wodurch die Verbindung zwischen den Ringräumen 55 und 56 wieder unterbrochen und damit der Steuer Vorgang beendet wird.

Bei der beschriebenen Maschine werden somit dem Steuergehäuse 18 und dem das Werkzeug 1 tragenden Kasten 19 genau gleiche Bewegungen erteilt, und es ergibt sich daher auch eine genaue Übertragung der durch die Modellfläche hervor-

gerufenen Verschiebungen der Fühlerscheibe 2 auf das das Werkstücks 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 ermöglicht. Ersteres hängt vor allem mit dem Umstand zusammen, daß das durch einen Fühler allseitig gesteuerte Werkzeug die Flächen des Werkstückes in bedeutend breiteren 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 entstehen, d. h. die zwischen den einzelnen Zeilen verbleibenden Werk-Stoffreste oder Kämme fallen verschwindend klein aus, so daß daher höchstens nur noch geringe Schleifnacharbeit benötigt wird.

Anstatt die verschiedenen Steuerbewegungen mit Hilfe hydraulisch betätigter Servomotoren hervorzubringen, können zu diesem Zweck auch elektrisch, durch Druckluft u. dgl. betätigte Mittel vorgesehen werden.

Es besteht die Möglichkeit, durch einen zweiten Fühler, der ebenfalls das Modell A abtastet, die Querverstellung des Schlittens 11 zu beeinflussen. Erforderlichenfalls kann auch dafür gesorgt werden, daß die Höhen- und die Querverstellungen in verschiedenen, jedoch gleichen Verhältnissen zueinander gesteuert und Modell und Werkstück im gleichen 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 verwenden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Maschine zum Bearbeiten beliebig gewölbter Flächen, insbesondere von Kaplanturbinenschaufeln, Flügeln von Schiffs- und Luftschrauben u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das durch Fühler gesteuerte Werkzeug um seine Spindelachse allseitig schwenkbar ist.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Modell abtastende Fühler- go organ (2) sowohl eine die Bewegungen des Werkzeuges (1) in senkrechter Richtung beherrschende Steuerungseinrichtung (31, 32) als auch zwei weitere Steuerungseinrichtungen (425 43 bzw. 53, 69) beeinflußt, die Schwenkbewegungen des Werkzeuges (1) in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen beherrschen.
3. 3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Werkzeuges (1) in bezug auf die zu bearbeitende gewölbte Fläche des Werkstückes (B) durch entsprechende Einstellung des Fühlerorgans (2) mittels Einstellelementen (3, 5) relativ zum Modell (A) erfolgt,
4. 4. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) der Maschine als Planfräser ausgebildet ist.
5. 5. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) der Maschine als Schleifscheibe ausgebildet ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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