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Verfahren zum Bearbeiten von drei- und mehrflügeligen Propellernabenkörpern
Es ist bekannt, profilierte, im Verhältnis zu ihrer Länge schmale und dazu unrunde
Werkstücke, z. B. die Flügelblätter von Metalluftschrauben nach dem Kopierverfahren
zu bearbeiten. Die für diesen Zweck bekannten Maschinen sind so gebaut, daß Musterform
und Werkstück achsparallel angeordnet sind, so daß die Möglichkeit geboten wird,
mit ein und derselben Musterform gleichzeitig eine Mehrzahl achsparallel zu ihr
angeordneter Werkstücke zu bearbeiten. Die an der Musterform in Anlage gehaltene
Tastrolle und die Gegentastrolle werden von einem Schlitten aufgenommen, der gleichzeitig
auch die Bearbeitungswerkzeuge für -die Werkstücke trägt. Diese für die Bearbeitung
von Luftschraubenblättern übliche Verfahrensweise läßt sich indessen nicht auf die
Bearbeitung der Luftschraubennabenkörper anwenden. Handelt es sich bei den Luftschraubenblättern
um im Verhältnis zu ihrer Länge zwar schmale und unrunde Werkstücke, so weichen
sie doch nicht allzu stark von der Rotationsform ab. Dies ist indessen nicht der
Fall bei den drei-und mehrflügeligen Luftschraubennabenkörpern, die von schweren
im Gesenk geschmiedeten Rohlingen mit einem verhältnismäßig hohen Gewicht (etwa
150 kg) gebildet werden, für welche sich infolge ihrer stark von der Rotationsform
abweichenden Gestalt die Anwendung der bekannten
Kopierfräsverfahren
für den Fachmann bisher von selbst verbot. Man half sich deshalb bei der Bearbeitung
dieser Werkstücke bislang so, daß man die zylindrischen Teile der Nabenfüße auf
der Drehbank bis dicht an das Nabenmittelstück heran und dann die zylindrischen
Teile des letzteren beiderseits bis dicht an die Nabenfüße heran bearbeitete. Die
. Spanabnahme der Kehlpartien zwischen den Nabenfüßen und der Nabenachse wurde hierauf
mittels eines Fingerfräsers durchgeführt, dessen Eingriff durch eine einfache Kopiervorrichtung
von Hand gesteuert wurde. Bei dengroßen Spanabnahmen ist die Durchführung dieser
Verfahrensweise nicht nur für den damit beschäftigten Arbeiter sehr mühsam und zeitraubend,
sondern das Werkstück weist auch danach infolge der Einwirkung des Fingerfräsers
derartig ungleichmäßige und tiefe Rillen auf, daß die zum Glätten und Polieren der
Oberfläche erforderliche Nachschleifarbeit, die mittels Handschleifmaschinen durchgeführt
werden muß, einen unverhältnismäßig hohen Arbeitszeitaufwand je -Nabe in Anspruch
nimmt. Aus diesem Grund suchte man das Ausfräsen der Kehlpartien unter Zuhilfenahme
anderer vorhandener Werkzeugmaschinen wenigstens teil-,veise zu vereinfachen. Ausgehend
von der Erwägung, daß die Durchdringungskonturen zweier benachbarter Nabenfüße auf
der Nabenachse sich nicht berühren, sondern noch einen Zwischenraum freilassen,
der von einem parallel zur Nebenachse geführten Hobelstahl ausgenommen werden kann,
spannte man das Werkstück auf eine Hobelmaschine auf und hobelte jeweils eine Kehlpartie
so weit aus, wie es durch allmähliches Schrägstellen des Werkstückes zur Bahn des
Stahles zulässig war, so daß man wenigstens die Hälfte der Fläche der Kehlpartie-
maschinell bearbeiten konnte; die Randpartie beiderseits dieser so entstandenen
Hobelfurche mußte man dann wieder mit dem Fingerfräser fertig bearbeiten. Der Aufwand
an rein körperlicher Arbeitskraft des Arbeiters wurde nach diesem Verfahren zwar
auf die Hälfte herabgesetzt, aber in Anbetracht der - Umstände des zweimaligen Bearbeitungsplatzwechsels
keine nennenswerte Arbeitszeitersparnis gewonnen.
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Das Fehlen eines wirtschaftlichen Bearbeitungsverfahrens des Nabenkörper-Mittelstückes
tritt in der Reihenfertigung um so störender in Erscheinung, als sowohl die Innenbearbeitung
der Nabenhohlräume als auch die Außenbearbeitung der Nabenfüßenden. auf Spezial-Karusseldrehbänken
einwandfrei und schnell vonstatten geht und deshalb in der Fertigung eine Zeit und
Raum beanspruchende Lagerhaltung Ihfertiger Nabenkörper . erforderlich ist, die
mitunter die volle Leistungsfähigkeit der übrigen Spezialmaschinen hemmt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die oben
angeführten umständlichen Bearbeitungsvorgänge beim Bearbeiten drei- und mehrflügeliger
Propellernäbenkörper zu vereinfachen. Weiterhin soll nicht nur die spanabnehmende
Arbeit rascher und gleichmäßiger durchgeführt werden können, sondern auch die Nachschleifarbeit
auf einen ganz geringen Bruchteil der früher dafür aufgewandten Arbeitszeit herabgesetzt
werden.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das öder die Werkstücke
- nacheinander um die Achsen der Flügellagerungsstutzen umlaufend - nach der achsparallel
zu den Werkstücken angeordneten und. bewegten Musterform bearbeitet werden und daß
die Musterform an den von der Rotationsform stark abweichenden Stellen mit wulstartigen
Erweiterungen zum Zwecke der Fräserführung versehen ist.
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Die Erfindung sieht weiterhin eine Schablone für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, die derart ausgebildet ist, daß die Stirnflächen
des mittleren tonnenförmigen Teiles des Nabenkörpers, welcher die Flügellagerungsstutzen
trägt, mit Kugelkalotten versehen sind, und daß in den Ecken zwischen dem mittleren
tonnenförmigen Teil und den Flügellagerungsstutzen Auflaufstege angeordnet sind,
um ein Abheben der Fräser zu bewirken, sobald dieselben beim Vorschub in den Schwenkbereich
der von der Rotationsform .stark abweichenden Stellen gelangen.
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Als weitere Einzelheit der Erfindung wird für die Ausgestaltung einer
Maschine zur Durchführung des Verfahrens vorgeschrieben, daß ein-oder beiderseits
eines Maschinenständers eine Musterform sowie ein oder mehr Werkstückaufnehmer angeordnet
sind, in welchen die Werkstücke um die Achse des mittleren tonnenförmigen Teiles
des Nabenkörpers schwenkbar gehalten und jeweils. um eine der Achsen der Flügellagerungsstutzen
gemeinsam gedreht werden, während die Fräswerkzeuge auf quer zur Längserstreckung
des Maschinenständers hin und her beweglichen Supporten angeordnet sind, so daß
die Fräser den Axialvorschub und die Werkstücke den Radialvorschub ausführen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. r zeigt eine schematische Darstellung des Erfindungsgedankens,
Fig. 2 eine teilweise nach den neuen Verfahren bearbeitete dreiflügelige Propellernabe,
Fig. 3 die Maschine zur Durchführung des Verfahrens im Mittenlängsschnitt mit teilweiser
Seitenansicht, Fig. q. einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 mit teilweiser
Stirnansicht und Fig. 5 eine teilweise Draufsicht auf Fig. q. mit schematischem
Horizontalschnitt einer Kopiereinrichtung und schematisch dargestelltem Schaltplan.
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Nach Fig. z soll eine zweiflügelige Propellernabe a, deren Nabenfüße
b und Nabenenden c bereits auf einer Drehbank bearbeitet worden sind, im
Nabenmittelstück von einem Fräser d mittels der Kopiereinrichtung nach der Erfindung
bearbeitet werden. Zu dieser gehört ein als Schablone dienendes Musterstück
e, das mit dem Werkstück a
mit gleicher Drehzahl in gleichem Drehsinn
und
analog um die gleiche Achse geschwenkt wird und eine mit dem
Fräser zwangsbeweglich verbundene Kopierrolle f.
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Der Anpreßdruck des Fräsers d auf das Werkstück a läßt sich zweckmäßig
den jeweiligen Erfordernissen des zu verarbeitenden Werkstoffes entsprechend durch
Druckluft steuern. Das geschieht dadurch, daß diese einerseits auf einen Kolben
:g einwirkt und dadurch eine damit verbundene Gegendruckrolle h der Kopierrolle
f gegenüber an das Musterstück drückt und andererseits das mit der Kopierrolle
f und dem Fräser d verbundene Gehäuse i im entgegengesetzten Bewegungssinn
beeinflußt. Dadurch wird das Musterstück zwischen den beiden Rollen f und
h wie in einer Zange gehalten.
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Die Rollen f und h sind nach der dem Muster zugekehrten
Seite hin flachkegelig ausgebildet und wälzen sich bei der Umdrehung des Musters
zunächst an der Mantelfläche des Nabenfußes des Musters ab. Sobald ßie jedoch bei
ihrem Vorschub in den Schwenkbereich des senkrecht zum Nabenfuß gerichteten zylinderförmig
gestalteten Nabenmittelstückes hineingeraten, vermitteln zwei kehlförmige Stege
ei, die in den beiden Ecken der senkrecht zueinander verlaufenden Längsschnittebenen
des Mittelstückes und des Nabenfußes angeordnet sind und zwei halbkugelförmige Abdeckungen
e2 an den Stirnflächen des Nabenmittelstückes ein gleichmäßiges Abwälzen in Längsrichtung
des letzteren. Dadurch wird der ebenso große und zweckmäßig ebenso geformte Fräser
d so gesteuert, daß er die gesamte Durchdringungspartie zwischen dem Nabenfuß, um
dessen Achse sich das Werkstück dreht, und dem Nabenmittelstück genau bearbeitet
mit Ausnahme eines vernachlässigbar kleine dreieckförmigen Zipfels beim Beginn der
Durchdringungskurve, der beim Nachschleifen des Werkstückes mit entfernt wird. Kopierrolle
und Fräser werden bei der Bearbeitung um eine Nabenfußachse jeweils so weit vorgeschoben,
bis sie sich in einer Schwenkebene des Nabenmittelstückes befinden, die ungefähr
die Mitte zweier gegenüberliegender Kehlpartien schneidet. Eine dreiflügelige Propellernabe
hat dann nach Durchführung dieses Fräsverfahrens um eine Nabenfußachse das Aussehen
nach Fig. 2 mit gleichmäßig in einer Richtung verlaufenden Fräsrillen h. Nach Wiederholung
dieses Vorganges um alle Nabenfußachsen ist dann das gesamte Mittelstück der Nabe
gleichmäßig bearbeitet. Zur Kopiereinrichtung gehört noch ein mit dem Musterstück
verbundenes Kontaktglied m, das jeweils den Stromkreis eines die Schwenkbewegungen
beschleunigenden. Motors schließt, um das überwandern der Stirnflächen des zylindrischen
Nabenmittelstückes durch die Kopierrolle bzw. den Fräser zu beschleunigen.
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Die in Fig. i schematisch veranschaulichte Umlaufbewegung von Werkstück
und Muster und die anderen Bewegungsvorgänge sind in der Konstruktion der Maschine
nach den Fig.3 bis 5 den Gesichtspunkten untergeordnet, möglichst viele Werkstücke
gleichzeitig und schnell bearbeiten zu können. Dementsprechend sind in einem Maschinengehäuse
i mehrere Wellen 2 und eine Welle 2a nebeneinander drehbar gelagert, die durch Schneckenradantriebe
3 von einer gemeinsamen, längs durch das Gehäuse hindurchführenden Antriebswelle
q. in gleichem Drehsinn in langsamen Umlauf versetzt werden. Der Antrieb der Welle
erfolgt über ein Stirnrädergetriebe.5, ein Differentialgetriebe 6 und ein stufenlos
regelbares Getriebe? von einem Elektromotor 8 aus, der mit dem stufenlos regelbaren
Getriebe 7 durch einen Keilriemen 9 verbunden ist. Die Einstellung des jeweils erforderlichen
Untersetzungsverhältnisses des . Regelgetriebes 7 erfolgt von einem Regelmotor io
aus.
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Die Welle 2a und die Wellen 2 ragen beiderseits aus dem Gehäuse i
heraus und sind hier mit entsprechenden Einspannvorrichtungen zur Aufnahme der Muster-
bzw. Werkstücke fest verbunden. Die Einspannvorrichtungen iia der Wellen 2a dienen
zur Aufnahme von zwei Musterstücken i2a, die in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
dreiflügelige Propellernaben darstellen. Sie sind entsprechend den Ausführungen
zu Fig. i mit Auflaufstegen und an den Stirnflächen des Nabenmittelstückes, um dessen
Achse sie in einer Gabel der Einspannvorrichtung i ia gelagert und in der erforderlichen
Stellung durch Spannbacken 13a gehalten sind, mit kugelschalenförmigen Verkleidungen
i2b zum besseren Ablaufen der Kopierrolle versehen, die die Einspannvorrichtungen
an den Lagerstellen des Musters überdecken. Der eine in Richtung der Achse 211 verlaufende
Nabenfuß einer der beiden Musternaben 12,1, die ihre Stellung für die Bearbeitung
aller Nabenfüße stets beibehalten, ist außerdem noch mit einem elektrischen Schaltglied
i2e verbunden, dessen Wirkungsweise später erläutert wird. Genau so wie die Musterstücke
i2a sind auch die Werkstücke 12 in Gabeln der Einspannvorrichtungen i i um das Nabenmittelstück
schwenkbar gelagert und werden durch Spannbacken 13 in der erforderlichen
Arbeitslage gehalten.
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Den beiden Längsseiten des Gehäuses i gegenüber sind Supporte 1q.
und iq.a quer zum Gehäuse verschiebbar angeordnet, die auf Rollen 15 auf der Maschinengrundplatte
16 und um zwei das Maschinengehäuse quer durchdringende Holme 17 zwangläufig geführt
sind. Auf ihren in Rollenlagern leicht längs verschiebbaren, im Querschnitt kastenförmigen
Tischplatten 18 sind den Werkstücken entsprechend gegenüber die Fräsaggregate i9
in Schwalbenschwanzführungen 2o einstellbar befestigt. Jedes Fräsaggregat besteht
aus einem Elektromotor und einem auf dessen Welle befestigten Fräser 2i. Die Aggregate
i9 können auch um ihre senkrechte Achse 22 geschwenkt werden, um gegebenenfalls
die Fräserachse schräg zur Werkstückdrehachse einstellen zu können.
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Die Längsbewegung der Supporttische i8 wird durch die Kopiereinrichtungen
gesteuert, die im Prinzip dem Schema nach Fig. i entsprechen. Wird in den Raum 23
- s. Fig. 5 - des Zylinders 24.
Druckluft eingelassen, so werden
die Gegendruckrollen 25 und die Kopierrollen 26 an dem Muster und die samt der Kopierrolle
und dem Zylinder auf der Tischplatte befestigten Fräsaggregate mit den Fräsern 21
an den Werkstücken zur Anlage gebracht.
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Der Vorschub der Supporte in Richtung auf das Gehäuse i zu erfolgt
durch Drehung zweier im Unterteil des Gehäuses i unverschiebbar gelagerter Schraubenspindeln
28, die mit in den Supportgehäusen unverschiebbar gelagerten Mutterkörpern 29 in
ständigem Eingriff stehen. Der stark untersetzte Antrieb der Spindeln 28 erfolgt
im Gehäuse i über zwei Schneckenantriebe 30, je ein Schneckengetriebe 31 und 32
über ein stufenlos regelbares Getriebe 33 von einem auf dem Gehäuse i gebetteten
Elektromotor 34 aus. -Die Wahl des jeweils erforderlichen Untersetzungsverhältnisses
des Regelgetriebes 33 wird durch einen Regelmotor 35 bewirkt.
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Da derjenige Teil des Vorschubweges -der Fräser, in der diese Arbeit
leisten, sehr kurz ist, die Supporte jedoch zwecks Einspannens bzw. Umschwenkens
der sehr schweren Werkstücke ganz ausgefahren werden müssen, und da ferner die Fräser
nur an dem mittleren Teil des Nabenkörpers zum Eingriff kommen, während des übrigen
Teils einer einmaligen Umdrehung aber in abgehobener Stellung vom Nabenlängsumfang
vorbeilaufen, so ist sowohl für die Vorschubbewegung der Supporte als auch für die
Umlaufbewegung der Werkstücke die Möglichkeit der Einschaltung einer jeweils größeren
Geschwindigkeit vorgesehen.
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Für die Vorschubbewegung der Supporte geschieht das dadurch, daß die
Mutterkörper 29 mit einer Schneckenradverzahnung 36 versehen sind, in die je eine
Schnecke 37 eingreift, die leide auf einer im Supportgehäuse gelagerten Welle 38
befestigt sind. Ein mit der Welle 38 verbundenes Stirnrad 39 steht im Eingriff mit
einem Ritzel 40 eines Supportmotors 41. Diese Anordnung bewirkt, solange der Motor
41 stillsteht, die Mutterkörper 29 selbstsperrend undrehbar im Supportgehäuse zu
halten, sobald der Motor 41 jedoch in Tätigkeit gesetzt wird, die Mutterkörper 3
r zu drehen, wodurch die Supporte je nach dem Drehsinn der Supportmotore 41 im Eilgang
auf das Gehäuse i zu oder davon weg bewegt werden.
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Die Umlaufbewegung der Werkstücke wird innerhalb einer Umdrehung zweimal
beschleunigt, und zwar durch Drehung des Gehäuses des Differentials 6, das über
ein Schneckenradgetriebe 42 -Lund ein Stirnradgetriebe 43 von einem auf dem Gehäuse
i sitzenden Motor 44 angetrieben wird Dadurch laufen das Planetenradgetriebe 5 und
dadurch die Werkstücke mit erhöhter Geschwindigkeit um. Sobald der Motor 44 wieder
stillgesetzt wird, sperrt das Schneckenradgetriebe 6 und die Werkstücke drehen sich
wieder in Arbeitsgeschwindigkeit. Der Motor 44 wird durch ein an einem der beiden
Musternaben befestigtes Schaltglied i2c eingeschaltet, an dessen Mantelfläche ein
hinter der Kopierrolle federnd gelagerter Schleifkontakt 45 ständig anliegt. Der
Stromkreis der in Fig. 5 punktiert gezeichneten Leitung v des Eilantriebsmotors
44 ist geschlossen, solange der Kontakt 45 die Kontaktstellen i2d des Schaltgliedes
i2c berührt'und wird jeweils beim Hinüberwechseln auf die freien Stellen des Schaltgliedes
unterbrochen.
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Die Wirkungsweise der übrigen Schaltvorgänge der Maschine wird im
nachfolgenden an Hand der Fig. 5 wie folgt beschrieben: Nachdem die Werkstücke und
die Musterstücke auf jeder Seite eingespannt sind und die Supporte 14 und i4a sich
in ihrer ausgefahrenen Stellung befinden, wird jeder Support einzeln durch Betätigung
eines Schaltknopfes 46 im Eilgang in seine Arbeitsstellung gefahren. Das ist aber
nur möglich, wenn der Druckluftschalthebel 47 die Stellung einnimmt, bei der die
Druckluft im Raum 27 des Zylinders 24 wirkt, wodurch die Tastrolle 25 an dem am
Supportgehäuse angeordneten Anschlag 48 anliegt und die Kopierrolle 24 im entgegengesetzten
Bewegungssinn vom Musterstück abgehoben wird, denn nur dann ist die strichpunktiert
gezeichnete Leitung w des Supportmotors 41 bei w1 geschlossen.
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Sobald ein am Supportgehäuse angeordneter Schleifkontakt 49 die Leitung
w bei w2 unterbrochen hat, wird dadurch der Motor 41 wieder stillgesetzt, der Eilvorlauf
des betreffenden Supportes ist damit beendet.
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Nachdem jeder der beiden Supporte so in seine Arbeitsstellung gebracht
worden ist, wird durch Betätigung je eines Schalters So und 51 der Antriebsmotor
8 und der Vorschubmotor 34 eingeschaltet. Das Einschalten des letzteren ist wiederum
nur möglich, nachdem vorher der Schalthebel 47 in die gezeichnete Stellung gebracht
worden ist, denn nur dann ist die langgestrichelte Leitung x bei xi geschlossen.
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Sobald ein Fräsvorgang beendet ist, betätigt ein an einem der Supportgehäuse
angebrachter Kontaktknopf 52 einen Relaisschalter 53. Dadurch werden die langgestrichelte
Leitung x des Vorschubmotors 36 und die dünn gezeichnete Leitung :q des Hauptantriebsmotors
8 unterbrochen und die Umlaufbewegung der Werkstücke und der Vorschub der Supporte
stillgesetzt, während gleichzeitig eine kurz gestrichelte Leitung z geschlossen
wird, wodurch die Süpportmotore 41 im umgekehrten Drehsinn zum Einleiten des Eilrücklaufes
geschaltet werden. Da in der Leitung z an jedem Support ein Elektromagnet 54 eingeschaltet
ist, der in Wirkungsverbindung mit dem Druckluftschalter 47 steht, wird dieser beim
Leitungsschluß im Sinn des Abhebens der Fräser von deri Werkstücken bzw. der Kopierrollen
von den Musterstücken beeinflußt.
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Berührt ein an einem der Supporte angebrachter Schaltknopf 55 einen
Kontakt 56, wird die Leitung z unterbrochen, die Motore 41 sind dadurch wieder stillgesetzt,
der Eilrücklauf und damit eine Arbeitsfolge sind beendet.
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Nach dem Umschwenken der Werkstücke zur Bearbeitung des nächsten Nabenfußes
bzw. nach
dem Auswechseln bereits fertiggestellter Naben kann der
Arbeitsvorgang wieder von neuem eingeschaltet werden.