DE1053347B - Vorrichtung zum Herstellen gekruemmter Flaechen durch spanabhebende Bearbeitung bei relativer Drehbewegung zwischen Werkstueck und Drehzentrum eines rotierenden Werkzeuges - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen gekrümmter Flächen durch spanabhebende Bearbeitung bei relativer Drehbewegung zwischen Werkstück und Drehzentrum eines rotierenden Werkzeuges, insbesondere eine Schleifvorrichtung, bei der das Drehzentrum wenigstens angenähert in der jeweiligen Normalen des zu bearbeitenden Flächenteiles gehalten wird, indem ihm und bzw. oder dem Werkstück in zwei vorzugsweise senkrecht zueinander sowie auch senkrecht zur Achse der relativen Drehbewegung zwischen Werkstück und Werkzeugmittel liegenden Richtungen Komponenten einer Beistellbewegung zugeführt werden, die sich zu der relativen Beistellbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug zusammensetzen.

Vorrichtungen der oben erwähnten Art sind für die Herstellung von Profilkörpern, z. B. Steuernocken, Unrundprofilen od. dgl. bekannt. Das Halten oder Führen des Werkzeugdrehzentrums in einer solchen Lage, daß dieses Drehzentrum jeweils in der Normalen des herzustellenden Flächenteiles liegt, erreicht man in an sich bekannter Weise durch entsprechende Formung der die Komponenten der Beistellbewegung liefernden Steuernocken oder -kurven. Bei der Erzeugung langgestreckter Profile werden das Werkzeug oder das Werkstück relativ zueinander in Richtung der Achse des Werkstückes verschoben, so daß das Profil über die gesamte Länge des Werkstückes stets das gleiche bleibt.

Die Erfindung hat den Zweck, eine Vorrichtung zum Herstellen gekrümmter Flächen an Werkstücken zu schaffen, deren Form sich in der Achsenrichtung des Werkstückes stetig ändert. Werkstücke mit derartigen, sich stetig ändernden Profilen sind z. B. Turbinenschaufeln und Propellerflügel, bei denen es darauf ankommt, die Werkstückflächen auf Grund mathematisch oder zeichnerisch durchgeführter Ermittlungen mit großer Genauigkeit derart zu bearbeiten, daß ein stetiger, stufenloser Übergang zwischen unterschiedlichen, in Richtung der Werkstückachse nebeneinanderliegenden Werkstückprofilquerschnitten erzielt wird.

Bisher hat man für die Herstellung solcher Werkstücke Kopiermaschinen eingesetzt, bei denen man die Beistellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges von einem Werkstückmuster ableitet und gegebenenfalls durch zusätzliche Steuermittel Korrekturen dieser Beistellbewegung durchführt.

Bei diesen bekannten Maschinen, bei denen im wesentlichen nur eine einzige Steuerwalze oder nur ein Musterwerkstück zur Steuerung der Beistellbewegung des Werkzeuges verwendet wird, ergeben sich große Schwierigkeiten, wenn mehrfach, d.h. in Richtung aller drei Raumkoordinaten gekrümmte Flächen am Werkstück bearbeitet werden müssen. Es läßt sich meist

Vorrichtung zum Herstellen

gekrümmter Flächen durch spanabhebende Bearbeitung bei relativer Drehbewegung zwischen Werkstück und Drehzentrum

eines rotierenden Werkzeuges

Anmelder:
Dr.-Ing. Robert Musyl, Wien

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 25. Oktober 1952

Dr.-Ing. Robert Musyl, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

z5 nicht verhindern, daß die zum Abtasten der Steuerwalze oder des Musterwerkstückes benutzten Tastorgane stellenweise schleifend (nach Art eines schleifenden Schnittes) mit den Steuerflächen zusammenwirken. Durch solche schleifenden Bewegungen zwischen Steuerwalze bzw. Musterwerkstück und den Abtastorganen können kleinste Fehler schon grobe Abweichungen in den Abmessungen der zu bearbeitenden Flächen ergeben, insbesondere dann, wenn der Durchmesser einer als Abtastorgan benutzten Rolle nicht mit dem Arbeitskreisdurchmesser des Werkzeuges übereinstimmt.

Um diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen oder Maschinen zur Herstellung gekrümmter Flächen durch spanabhebende Bearbeitung zu beseitigen, soll gemäß der Erfindung, bei der in an sich bekannter Weise zwei Komponenten der Beistellbewegung auf das Werkzeug oder das Werkstück übertragen werden, für die Ableitung jeder der zwei Komponenten der Beistellbewegung je eine besondere, in Abhängigkeit von der relativen Drehbewegung zwischen Werkstück und Werkzeugdrehzentrum gedrehte Steuerwalze Verwendung finden, längs derer das Werkzeug oder das Werkstück verschiebbar ist, wobei diese Steuerwalze in Schraubenlinien von den die Beistellbewegungskomponenten an das Werkzeug und bzw. oder Werkstück weiterleitenden Tastorganen abgetastet werden. Die Abmessungen bzw. die Form der abzutastenden Mantelflächen der Steuerwalzen lassen sich rechnerisch oder auf geometrischem Wege aus den durch die Be-

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arbeitung zu erzeugenden Oberflächenformen des Werk- die Abtastrolle 33 stets in Eingriff mit ihrer Steuerstückes ableiten, wobei lediglich die Bedingung zu walze 22 zu halten, ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich, eine beachten ist, daß das Drehzentrum des Werkzeuges Feder 39 vorgesehen. Durch passende Ausbildung der relativ zu dem Werkstück stets — wenigstens ange- Steuerwalzen 21 und 22 läßt sich mit dem beschrienähert — auf der Normalen zur jeweils bearbeitenden 5 benen Mechanismus eine Bearbeitung des Werkstückes Werkstückoberfläche geführt wird. 16 durchführen, bei der das Drehzentrum des BeWenn diese Bedingung genau eingehalten wird, sind arbeitungswerkzeuges (Schleifscheibe 15) stets in der Selbst größere Unterschiede in dem Durchmesser der Kurvennormalen, also stets senkrecht zu den Tangendie Steuerwalzen abtastenden Organe, z. B. der Abtast- ten in den einzelnen Profilpunkten des Werkstückes rollen und dem Arbeitskreisdurchmesser des sich io liegt. Eine solche Bearbeitung in der Kurvennormalen drehenden Werkzeuges, ohne Einfluß auf die Be- ist an sich bekannt; sie hat den Vorteil, daß Ändearbeitungsgenauigkeit. rungen des Schleifscheibendurchmessers (ζ. Β. infolge

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Aus- Abnutzung) keine Fehler am herzustellenden Werkführungsform als Schleifmaschinebeispielsweise—zum stück bedingen.
Teil schematisch — dargestellt. 15 Nach der Beschreibung des Aufbaues der Maschine

Fig. 1 zeigt die Schleifmaschine im Grundriß; kann nun der Vorgang bei Herstellung eines Werk-

Fig. 2 veranschaulicht die wesentlichen Teile dieser Stückes 16 erläutert werden. Die in Fig. 1 links dar-

Maschine im Aufriß, teilweise geschnitten; gestellte Zusatzeinrichtung (Planetengetriebe), die

Fig. 3 und 4 stellen die beiden Steuerkörper und später erklärt wird, ist zunächst ausgeschaltet. Das

deren Antrieb in einander zugeordneten Rissen dar, 20 Werkstück 16 ist in üblicher Weise zwischen einem

zum Teil ebenfalls im Schnitt; Reitstock und einem Spindelstock gelagert und wird

Fig. 5 läßt den Mechanismus zum Antrieb und zur durch den Motor 41 angetrieben. Die Drehzahl des

Steuerung der Schleifscheibe erkennen; dieser Mecha- Motors 41 steht für einen bestimmten Bearbeitungsfall

nismus ist im Schleifbock vorgesehen; zur Drehzahl des Motors 23, der die Steuerwalzen 21

Fig. 6 und 7 zeigen Schnitte nach den Linien VI-VI 25 und 22 antreibt, in einem konstanten Verhältnis. Die

bzw. VII-VII der Fig. S; in den beiden Motoren 41 und 23 lauf en z. B. synchron. VoIl-

Fig. 8, 9 und 10 ist in einander zugehörigen Rissen führen die Steuerwalzen 21 und 22 eine Umdrehung,

eine Zusatzeinrichtung veranschaulicht. so läuft auch das Werkstück 16 einmal um. In einem

Wie man aus den Fig. 1 und 2 ersieht, besitzt die einzigen Querschnitt des Werkstückes 16, also z. B. in Schleifmaschine einen Sockelteil 1, auf dem der quer 30 dem Querschnitt, der in der Zeichenebene der Fig. 5 verschiebbare Schlitten 2 in Führungen 11 gleiten liegt, erfolgt dann am Umfang die angestrebte Profikann. Zum Durchführen derartiger Gleitbewegungen lierung. Derselbe Querschnitt ist in Fig. 1 z. B. an der ist ein Handrad 12 vorgesehen, dessen Schrauben- Stelle 42 vorhanden. Das Werkstück 16 ist aber nicht spindel 13 in einem mit Muttergewinde versehenen nur an der Querschnittsstelle 42 zu bearbeiten, sondern Auge 14 des Schlittens 2 läuft. Es sei vorweggenom- 35 auch an allen anderen dazu parallel liegenden Quermen, daß durch Betätigen des Handrades 12 dieSchleif- schnittsstellen. Dazu wird der Schleifbock 3 mit seinem scheibe 15 gegenüber dem herzustellenden Werkstück in Fig. 5 veranschaulichten Mechanismus in Richtung 16 verstellbar ist, um z. B. die abzuschleifende Spann- des Pfeiles 43 (Fig. 1) nach rechts verschoben. Die stärke einstellen zu können (Beistellung). Steuerwalzen 21 und 22, die in dem Schlitten 2 axial

Auf dem Schlitten 2 sitzt der Schleifbock 3. Er ist 40 unverschiebbar gelagert sind, behalten ihre räumliche

in Führungen 17 parallel zur Längsachse des Werk- Lage bei. Es verschieben sich also die Rollen 33 und 35

Stückes 16 verschiebbar. Diese Verschiebung wird z. B. in Richtung der Pfeile 44 ebenfalls nach rechts,

durch einen Motor 18 über die Schraubenspindel 19 wie aus den Fig. 6 und 7 zu ersehen ist. Wie man er-

und das mit Muttergewinde versehene Auge 20 be- kennt, werden dabei die sich drehenden Walzen 21 und

wirkt, das am Schleifbock 3 befestigt ist. 45 22 von den Rollen 33, 35 längs Schraubenlinien abge-

Gemäß den Fig. 3 und 4 umgibt der Schleifbock 3 tastet, deren Steigung beliebig klein gewählt werden die beiden Steuerwalzen 21 und 22, die auf dem Schiit- kann. So erfolgt also eine praktisch vollständige Abten 2 drehbar gelagert sind. Die Steuerwalzen 21 und tastung der gesamten Mantelfläche der Steuerwalzen 22 werden von einem Motor 23 angetrieben, der eben- und eine entsprechende räumliche Bearbeitung, d. h. falls auf dem Schlitten 2 befestigt ist. Die Steuerwalze 50 Profilierung des Werkstückes 16. Die Steigung der 21 wird dabei über zwei Schnecken 24 und ein Schnek- Abtastschraubenlinien ist durch die Umdrehungszahl kenrad25 angetrieben; mittels zweier Zahnräder 26 des Motors 23, das Übersetzungsverhältnis des Schnekerfolgt gleichzeitig der Antrieb der zweiten Steuer- kentriebes 24,25 sowie durch die Drehzahl des Motors walze 22. Die Wellen 27 und 28, auf denen diese 18 gegeben. Nach Änderung der Drehrichtung des Walzen 21 und 22 sitzen, sind zu beiden Seiten der 55 Motors 18 kann der Schleifbock 3 mit der Schleif-Walzen in der dargestellten Weise verlängert, so daß scheibe 15 mittels des Handrades 12 gegen das Werksich der Schleifbock 3 nach links und rechts (Fig. 3) stück vorgeschoben werden, so daß beim Rücklauf des verschieben kann und die Wellen 27 und 28 jeweils Schleifbockes 3 bei sonst gleicher Steuerung des in in Eingriff mit den Wandungen des Schleifbockes 3 Fig. 5 dargestellten Mechanismus wiederum ein Span bleiben. 60 abgenommen wird, usw.

Am Schleifbock 3 ist der in Fig. 5 dargestellte In der beschriebenen Weise lassen sich Werkstücke

Mechanismus fest angeordnet. Er besteht im wesent- in jeder gewünschten Form erzeugen. Allerdings wer-

lichen aus einem Motor 31, der über die Riemen 32 die den bei komplizierten Profilen die Steuerwalzen 21 und

Schleifscheibe 15 in Drehung versetzt. Die Steuerung 22 ebenfalls kompliziert.

der Schleifscheibe 15 erfolgt in horizontaler Richtung 65 Soll nun z. B. ein Werkstück 16 erzeugt werden, das

durch die Steuerwalze 22 über die Abtastrolle 35 und nach Art eines Propellers in ganz bestimmter Weise

die Stange 34, in vertikaler Richtung durch die Steuer- profilierte und schraubenförmig verwundene Flächen

walze 21 über die Abtastrolle 35 und die beiden Hebel besitzt, so kann von einer Zusatzeinrichtung Gebrauch

36 und 37. Der Hebel 36 ist bei 38 um die Achse der gemacht werden, wie sie in den Fig. 8 bis 10 abgebildet

Motorwelle des Motors 31 schwenkbar gelagert. Um 70 ist. Die dazugehörigen Steuerwalzen 21 und 22 können

Claims (5)

dann entsprechend einfacher gestaltet werden. Durch diese Zusatzeinrichtung wird der Drehbewegung des Werkstückes 16, das von dem Motor 41 angetrieben wird, eine weitere Drehbewegung durch ein Planetengetriebe überlagert. Es ist dazu die Spindel 19, die den Schleifbock 3 hin- und herführt, über Kardangelenke 46 mit einem Zahnrad 47 verbunden, das mit einem weiteren Zahnrad 48 kämmt. Das Zahnrad 48 dreht sich lose auf der Hülse 49 und trägt zwei Zahnräder 50 und 51. Diese stehen in Eingriff mit den beiden Rädern 52 und 53. Das zuletzt genannte Rad 53 ist auf der Antriebswelle 54 des Werkstückes 16 aufgekeilt; dieses Rad 53 dreht sich also stets mit der Drehzahl des Werkstückes 16, die im allgemeinen durch den Motor 41 festgelegt ist. Erfolgt bei 46 keine Kupplung und wird das Rad 47 festgehalten, so läuft die Welle 54, die dann nur durch den Motor 41 angetrieben wird, mit der gleichen Drehzahl wie das Werkstück 16 um. Die Übertragung erfolgt dann vom Motor 41 über die gewissermaßen eine starre Getriebekupplung bildenden Teile 56, 57, 52, 50, 51 und 53 auf 54. In diesem Falle ist das Planetengetriebe ausgeschaltet. Erfolgt jedoch eine Kupplung über die Kardangelenke 46 und hebt man gleichzeitig die Sperre des Zahnrades 47 auf, so wird über das Planetengetriebe der Drehbewegung der Welle 54, wie sie soeben beschrieben wurde, eine vom Motor 18 über die Welle 19 kommende zusätzliche Drehbewegung überlagert, wodurch sich die angestrebte Verwindung des Werkstückprofile ergibt. Durch jeweils passendes Abstimmen der Übersetzungsverhältnisse an der Zusatzeinrichtung kann die Verwindung des herzustellenden Profilkorpers beliebig variiert werden. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausf ührungsbeispiel beschränkt. Wenn man den Schlitten 2 bzw. seine Führung zur Achse des Werkstückes 16 winkelig anordnet, kann das Werkstück 16 bei sonst beliebiger Profilierung im ganzen konisch ausgebildet werden. Selbstverständlich können die Steuerwalzen 21 und 22 durch Anordnung eines Zivischenrades zwischen den Zahnrädern 26 auch in demselben Sinne umlaufen. Sieht man in der Zusatzeinrichtung gemäß Fig. 8 z. B. zwischen dem Kardangelenk 46 und dem Zahnrad 47 ein Geschwindigkeitswechselgetriebe vor, so lassen sich die angestrebten, verwundenen Profile mit variabler Steigung der verwundenen Flächen ausführen; so kann z. B. am Werkstück nach einer Seite hin die Verwindung in einem vorgegebenen Maß stets flacher werden usw. Werden Reitstock und Spindelstock selbst um die Längsachse des Werkstückes 16 drehbar angeordnet, so kann man die Zusatzeinrichtung nach Fig. 8 auf den Reitstock und Spindelstock einwirken lassen. Gegebenenfalls kann die gesamte Anordnung auch so getroffen werden, daß bei einer Umdrehung der Steuerwalzen21 und22 das Werkstück nur eine Teilumdrehung ausführt. Schließlich ist es auch möglich, daß die drei Steuerbewegungen nicht allein vom Werkzeug, sondern ganz vom Werkstück oder sowohl vom Werkstück als auch vom Werkzeug ausgeführt werden. Die Führung des Werkzeugdrehzentrums in der Normalen zu dem jeweils zu bearbeitenden Flächenabschnitt des Werkstückes ist nur dann unbedingt erforderlich, wenn eine höchste Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden muß. Bei Werkstücken, die größere Toleranzen aufweisen dürfen, kann man von diesel Bedingung in gewissem Umfange absehen und dadurch die Herstellung der Steuerwalzen vereinfachen bzw. den Bewegungsmechanismus des Werkzeuges, wie er in der Fig. 5 dargestellt ist, durch einen anderen, einfacheren Bewegungsmechanismus ersetzen. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen gekrümmter Flächen durch spanabhebende Bearbeitung bei relativer Drehbewegung zwischen Werkstück und Drehzentrum eines rotierenden Werkzeuges, insbesondere Schleifvorrichtung, bei der das Drehzentrum wenigsten« angenähert in der jeweiligen Normalen des zu bearbeitenden Flächenteiles gehalten wird, indem ihm und bzw. oder dem Werkstück in zwei vorzugsweise senkrecht zueinander sowie auch senkrecht zur Achse der relativen Drehbewegung zwischen Werkstück und Werkzeugmittel liegenden Richtungen Komponenten einer Beistellbewegung zugeführt werden, die sich zu der relativen Beistellbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug zusammensetzen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ableitung jeder der zwei Komponenten der Beistellbewegung je eine besondere, in Abhängigkeit von der relativen Drehbewegung zwischen Werkstück (16) und Werkzeugdrehzentrum gedrehte Steuerwalze (21, 22) vorgesehen ist, längs derer das Werkzeug (15) oder das Werkstück (16) verschiebbar ist, und daß diese Steuerwalzen in Schraubenlinien von Tastorganen (33, 35) abgetastet werden, die die Beistellbewegungskomponenten an das Werkzeug und bzw. oder das Werkstück weiterleiten (Fig. 1, 5).

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, mit beweglicher Lagerung der Schleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerwalzen (21, 22) an der Beistellvorrichtung (2, 11 bis 14) für die Schleifscheibe gelagert sind, und der am Schleifbock (3) angeordnete Schleifscheibenantrieb (31 bis 38) mit den Tastorganen (33, 35) durch eine Schraubenspindel (19) und Mutter (20) an den Steuerwalzen (21, 22) hin- und herführbar ist (Fig. 2, 5,6).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (27, 28) der Steuerwalzen (21, 22) über die Lagerstellen bzw. ihre Antriebszahnräder (26) bis in die Seiten wandungen des Schleifbockes (3) verlängert sind (Fig. 3).

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer zusätzlichen Drehbewegung des Werkstückes (16) ein mit der Antriebswelle (19) für die Hin- und Herbewegung des Schleifbocks (3) kuppelbares Planetengetriebe (47 bis 53) vorgesehen ist (Fig. 8 bis 10).

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (47 bis 53) zwischen den Antrieb (41, 56, 57) der Werkstückspindel (54) und die Werkstückspindel (54) selbst geschaltet und von dem Antrieb (41, 56, 57) der Werkstückspindel (54) angetrieben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 656 739, 829 411,
599;
USA.-Patentschrift Nr. 2 606 406.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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