-
Verfahren zur Herstellung von Rotationsflächen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Rotationsflächen wie Antennenspiegeln, insbesondere
ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflächen, bei denen eine Rückfederung
der Rotationsflächen vermieden wird.
-
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Rotationsflächen bedenen sich
eines Formstücks, das gegen das Metall geprellt oder gewalzt wird, wobei die verwendeten
Formstücke sehr teuer sind.
-
Um verschiedene Formen herzustellen, sind viele verschiedene Formstücke
notwendig.
-
Es wurde versucht, Rotationsflächen durch Rotation ohne die Verwendung
von Halterungs- oder Formstücken herzustellen. Da jedoch die obere und die untere
Oberfläche des bearbeiteten lllechs eine Zug- beziehungsweise Driieksliannung aufwiesen,
war eine Tendenz zum Ausbeulen oder Rückfedern vorhanden. Derartige instabile Fl=icheri
sind für Anwendungen, die eine holte Genauigkeit erfordern, wie Antennenspiegel,
nicht geeignet.
| Es ist datier Aufgabe der hrf indung, eire Verfahren ziir Her- |
| stellung von llotationsfliichen ohne die Verwendung von I'or-uistiicl:en |
| anzugeben. We i_ ter soll ein Verfahren tiir die ha 1 t liearbe
i turig e i ries |
| Teils des verformten Teils einer Rotatiorisfliche arigegelien
werden, |
um die Form zu erhalten, während der unverformte Teil kalt bearbeitet
wird. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer Rotationsfläche durch Rotation
angegeben werden, die fester und stabiler als die mittels der bekannten Rotationsverfahren
erzeugten Flächen ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer festeren
Rotationsfläche angegeben werden, die ein geringeres Gewicht, aber die gleiche Festigkeit
wie die Flächen hat, die mit bekannten Verfahren hergestellt werden.
-
Gemäß einem Ausfiihrungsbeispiel des Verfahrens wird eine Rotationsfläche
hergestellt, indem ein zu verformendes Metallblech an seinem Außenrand in eine Einspannvorrichtung
eingespannt und das Blech um seinen Mittelpunkt gedreht wird. Ein Bearbeitungselement
wie eine Rolle wird spiralenförmig vom Außenrand zum Mittelpunkt des Blechs nach
innen bewegt und nach innen und unten in einer programmierten Weise gelenkt, zum
Beispiel durch eine Schablone oder einen nummerisch gesteuerten Kopf. Das Bearbeitungselement
kann so gesteuert werden, daß das Blech stärker als notwendig in die gewunschte
Flächenlage gedrückt wird, um die im Material vorhandene elastische Nachwirkung
zu kompensieren. Das Bearbeitungselement ist proportional einem Krümmungsradius
von einem zum anderen Ende, um die Ansammlung von Material zu vermeiden, wenn es
zu klein ist, oder eine zu große Berührungsfläche, wenn es zu groß ist, und einen
Teil der schon verformten Fläche kalt zu bearbeiten, während die restliche Fläche
kalt bearbeitet wird, um seine Form aufrecht zu erhalten. Die Art der Befestigung
asä Blechs und der Verformung mittels nach unten gerichteteui Druck erzeugt in den
beiden Oberflächen des Blechs eita_e solche Spannung, daß das Zurückspringen reduziert
wird.
-
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es
zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung fär
die Durchführung des Verfahrens der Erfindung, das eine Bohrmaschine und eine Leitschablone
verwendet; Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Einspannring für die Halterung des
Materials, wie er in Fig. 1 verwendet werden kann;, und Fig. 3 einen Querschnitt
durch eine typische Rolle durch ihren Mittelpunkt von einem Ende zum anderen.
-
In Fig. 1 ist ein drehbarer Bohrmaschinentisch 10 gezeigt, auf dem
ein Einspannring 12 mittels der Stützen 14 montiert ist. Ein Blech 16, das zu einer
Rotationsfläche verformt werden soll, wird im Ring 12 mittels oberer Ringsegmente
18 eingespannt. Dieses Einspannverfah ren ist am besten in Fig. 2 zu sehen,
wo ersichtlich ist, daß der Ring 12 eine Nut 20 aufweist, in die ein gebogenes Kantenteil
22 des.Bleelis 16 eingeführt werden kann, um das Blech 16 am Ausreißen aus dem Einspannring
12 zu hindern. Das obere Ringsegment IS kann dann an das 131ech 16 an der
Innenseite und der Ring 12 an der Außenseite zum Beispiel durch eine Schraube 211
angedrückt werden.
-
Die Bearbeitung des Blechs 16 kann dann durch Driclien nach unten
eines Bearbeitungselements oder einer Rolle 26 von Fig. 1. gegen das Blech 10 vorgenommen
werden, wobei sich die ]tolle ani:inglich in der Nähe des Ringes 12 befindet, so
daß sich, wenn der Tisch 10
aedrelit wird, die Polle `.'_6, die durch einen
Aufbau 2- gehaltert wird, auf dem Blech in einer sich verengenden Spiralbalin uni
seinen Mittelpunkt bewegt. Die Rolle 26 bleibt in einer Ebene, die durch die Rotationsachse
des Ti sches 10 und die Bahn ihrer nach innen zum ",litielpunlii ües ]3lechs
16 gerichteten Bewegung als auch durch die Bewegunusbaliii dei- Molle zum
Blech. liestiiii:nt wird. Die durch das Drdixggverfahren erreu-i - hriimmung wird
durch eine Schablone 30 bestimmt, mit der ein Schab i onenabiaster U zusammenwirkt,
dessen Radius der iiolle eiii.siii@g i; t. ,;nd der tau einem lndikaf:or jj befestigt
ist, um das
Ausmaß der nach unten gerichteten Bewegung des
Halterungsaufbaus 28 zu bestimmen, während er sich nach innen zum Mittelpunkt des
Blechs 16 entlang einer Schraubenspindel 34 in einer genauen vorherbestimmten Weise
bewegt.
-
Beim Betrieb wird die Rotationsachse der Rolle 26 im wesentlichen
senkrecht zur Rotationsachse des Blechs 16 gehalten. Die Fixierung der Achsen in
einer fegten gegenseitigen räumlichen Lage während der Bewegung auf einer kontinuierlich
abnehmenden Spiralbahn der Rolle zum Mittelpunkt des Blechs erlaubt die gewünschte
kalte Bearbeitung, wodurch das-Blech verformt wird. Insbesondere erfüllt die Bearbeitungsfläche
der Rolle, wie sie durch einen Krümmungaradius 35 begrenzt wird, während der kombinierten
Rollenbewegung zwei verschiedene Funktionen. Das Gebiet der Bearbeitungsfläche,
das anfänglich das Blech berührt, erzielt die Verformung im wesentlichen durch die
Kaltbearbeitung, die durch Abfahren der Gebiete entlang der gleichen gewölbten Fläche
erfolgt. Auf diese
Weise hat die Rolle einen anfänglichen Kontakt mit unverformten
Teilen des Blechs an verschiedenen Punkten entlang der gewölbten
Bearbeitungsfläche,
wenn sie sich nach innen auf einer Spiralbahn bewegt. Die gleichzeitige Kaltbearbeitung,
die in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird, hilft das Zurückspringen
zu verhindern oder zu verringern, das sonst im verformten Teil des Werkstücks auftreten
könnte, so daß die programmierte Form genau reproduziert wird.
-
Die kombinierte Bewegung der Rolle wird dadurch erreicht, daß das
Element durch eine Steuereinrichtung auf einer Bahn zur Rotationsachse des am Außenrand
gehaltenen Blechs bewegt wird, während es sich auch über eine getrennte Steuereinrichtung
fortlaufend auf einer Bewegungsbahn zum Blech bewegt. Die Steuereinrichtung für
die nach @@%eg ,gier achtete Bewegungsbahn hat im
-Ausführungsbeispiel
eine Schraubenspindel 34, während die davon
getrennte Steuereinrichtung für
die nach unten gerichtete Be-
wegungsbahn eine Schablone 30 zusammen mit einem
Abtastelement 32
und einem Indikator 33 hat. Die resultierende Bahnkurve
der Rolle
wird so eingestellt, daß sie mit einer vorherbestimmten Kurve zu-
sammenfällt.
Durch die Kombination der beiden einzelnen Bewegungs-
bahnen in dieser vorherbestimmten
Weise können verschiedene Formen
des Werkstücks einschließlich eines Kreisbogens,
einer Ellipse,
einer Parabel und dergleichen erzeugt werden. Wie in dem obigen
Ausführungsbeispiel
wird die Bewegungsbahn zur Rotationsachse des
Werkstücks mit einer vorherbestimmten
Rate oder Gesdhwindigkeit durchlaufen. Die getrennt gesteuerte, nach unten
gerichtete Be-
wegungsbahn steht senkrecht auf der nach innen gerichteten
Be-
wegungsbahn bei einem nichtlinearen Geschwindigkeitsverhältnis.
Die
Geschwindigkeiten für die getrennt gesteuerten Bahnkurven brauchen
nicht
auf die im Ausführungsbeispiel verwendeten begrenzt zu werden,
da andere Kombinationen
von Bewegungen vergleichbare Resultate er-
geben.
-
" Bei den Ausführungsbeispielen, die eine Schablone für die
Bestimmung
der endgültigen Krümmung verwenden, ist es vorteilhaft,
ein Abtastelement
32 mit dem gleichen Krümmungsradius wie die ge-wölbte Bearbeitungsfläche am Bearbeitungselement
zu haben. Eine
derartige Äquivalenz gewährleistet eine endgültige Krümmung
des
Werkstücks, die im wesentlichen identisch mit der gewölbten Kontur
der
Schablone ist. Wenn diese Krümmungsradien unterschiedlich sind,
tritt
eine Abweichung in der Äquivalenz zwischen den Krümmungen
der Schablone und
des Werkstücks auf. Das heißt nicht, daß eine ge-
naue Reproduzierung
einer Schablone mit gegebener Kontur für auieinanderfolgende Werkstücke
nicht erreicht werden kann. Es bedeutet
einfach, daß irgend
eine Justierung in der Form der gewölbten
Kontur für die Schablone notwendig
ist, um eine vorherbestimmte Kurvenform des Werketüoks zu erreichen, wenn. ein Schablonenabtaster
benutzt wird, der einen gegenüber dem Krümmungsradius des Bearbeitungselements unterschiedlichen
Krümmungaradius hat.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer Rolle, die einen Krümmungsradius 35
und einen Durchmesser 36 hat, ist im Querschnitt in Fig. 3 gezeigt. Der hier angegebene
Radius erstreckt sich von einem zum anderen Ende der Rolle, während der angegebene
Durchmesser der Gesamtdurchmesser der Rolle ist. Die Rolle hat auch eine Dicke oder
Länge 37 von einem Ende zum anderen.
-
Die Rolle 26 ist sowohl zum Durchmesser als auch zum Krümmungsradius
proportioniert, um eine Ansammlung von Material auf der Innenseite, das heißt zum
Mittelpunkt des Blechs 16 hin, zu vermeiden, wenn sie zu klein ist, und eine
zu große Berührungsfläche zu vermeiden, wenn sie zu groß ist. Bei einer Anwendung
des obigen Verfahrens wurde eine Rolle mit einem Radius von 5,08 cm, einem Durchmesser
von 10,16 cm und ein er Länge von 3,81 cm benutzt. Es wurde festgestellt, daß eine
Rolle mit einem Radius von 1,27 cm zu klein und mit einem Radius von 8,89 cm zu
groß war. Natürlich hängt das teilweise von der Dicke des gedrehten Materials ab,
die bei dieser Anwendung 2,032 mm betrug. Material mit einer Dicke von 1,524 mm
bis zu 3,175 mm ist erfolgreich durch dieses Verfahren verformt worden. Der Krümmungsradius
der Rolle zwischen ihren Enden ist auch proportioniert, um eine fortlaufende Kaltbearbeitung
eines schon verformten Teils des Antennenspiegels durch diü Rolle zu ergeben, so
daß seine Form während zusätzlicher Kaltbearbeitung aufrecht erhalten wird. Da sich
die neutrale Faser außerhalb des Bleches
befindet, also sowohl die
untere als auch die obere Schicht des Bleches 16 eine Zugspannung aufweisen, ist
die Neigung zum Zurückspringen praktisch aufgehoben worden. Das ist auf die Halterung
des Bleches 16 an seinem Außenrand während seiner Drehung zurückzuführen. Die Rolle
26 kann zu einem übermäßig starken Durchdrücken gezwungen werden, das heißt, sie
kann mehr nach unten gedrückt werden als es für die gewünschte Krümmung notwendig
ist, um die elastische Nachwirkung des Metalls des Blechs 16 zu kompensieren.