DE2229048C3

DE2229048C3 - Vorrichtung zum Anordnen und Ausrichten eines Werkstücks mit komplexen Flächen für die Bearbeitung mit einer Horizontal- Bohr- und Fräsmaschine

Info

Publication number: DE2229048C3
Application number: DE2229048A
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: 1971-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1979-09-06
Also published as: NO138196C; NL164784C; JPS5346621Y2; DE2229048B2; NL164784B; NO138196B; US3917249A; NL7208029A; SE383698B; ES403854A1; GB1398181A; JPS52114386U; DE2229048A1; IT959203B; FR2142427A5; JPS5367180A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anordnen und Ausrichten eines Werkstückes mit komplexen Flächen, ζ. B. einer Schiffsschraube, für die mi 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 («Bewegung) schwenkbar und in einer horizontalen Ebene verschiebbar ist ^W-Bewegung).

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (FR-PS 12 03 136) hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, daß nur verhältnismäßig kleine und entsprechend leichte Werkstücke von einfacher Formgebung bearbeitet werden können. Hier sind beispielsweise einzelne Flügel von Schiffsschrauben zu erwähnen, die zur Bearbeitung ihrer Vorder- und Rückseite lediglich die Verschwenkbarkeit um 360° um die vertikale Achse benötigen und bei denen die Verschwenkbarkeit um die horizontale Achse in einem kleinen Winkelbereich ausreichend ist Diese Flügel müssen anschließend mit der gesondert gefertigten Nabe verbunden werden. A'ißerdem können derartige mit der vorbekannten Vorrichtung bearbeitbare Schiffsschraubenflügel nur eine Flächenausdehnung besitzen, die etwa dem Arbeitsbereich der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine entspricht. Überdurchschnittlich große Werkstücke, wie z. B. ganze Schiffsschrauben, mit einem Gewicht von über 50 t und einem Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 m, Segmente von sphärischen Flüssiggastanks, Turbinenräder oder auch Sonarkuppeln an Schiffsrümpfen lassen sich mit der eingangs genannten Vorrichtung somit nicht bearbeiten.

Die Bearbeitung der Oberflächen von Schiffsschrauben und anderer große^J Werkstücke hat sich deshalb als sehr schwierig, zeitaufwendig und teuer erwiesen. Außerdem ließ die Genauigkeit der bearbeiteten Schiffsschrauben zu wünschen übrig, zumal die Steuerung der Bearbeitungsvorgänge von Hand erfolgte.

Zur Durchführung der gennannten Arbeiten wurde es deshalb bereits bekannt (US-PS 34 60 435), eine um eine vertikale Achse drehbare und horizontal verschiebbare Tragplatte zur Aufnahme des Werkstücks, beispielsweise der Schiffsschraube, vorzusehen und die Oberflächenbearbeitung mit Hilfe einer sehr kostspieligen Fräsmaschine vorzunehmen, die einen Spezialfräskopf umfaßt, bei dem das Werkzeug zur Erzielung des größtmöglichen Kontakts seiner Stirnfläche mit der Werkstückoberfläche während des Bearbeitungsvorganges einer um mehrere Achsen verschwenkbaren Lagerung bedarf. Das Werkzeug läßt sich während der Bearbeitung durch numerische Steuerung genau in die jeweils erforderliche Lage überführen. Ganz abgesehen davon, daß eine derartige Fräsmaschine sehr verwickelt und störanfällig ist, ist nun jedoch auch die Talsache von Nachteil, daß die verschwenkbare Lagerung des Fräswerkzeuges um mehrere Achsen mk einem nicht unbeachtlichen Lagerspiel verbunden ist, durch das sich zwangsläufig Bearbeitungsungenauigkeiten ergeben. Letztere sind jedoch gerade bei Schiffsschrauben von erheblichem Nacnteil;derartige Ungenauigkeiten bringen im Betrieb der Schiffsschrauben nämlich zusätzliche Geräusche mit sich, die im Kriegsfall die Ortung eines Schiffes mit einer derartigen Schraube sehr erleichtern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiter auszubilden, daß sehr komplex geformte und auch besonders große Werkstücke: in jede beliebige Arbeitsstellung übergeführi und mit einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine bearbeitet werden können, deren Arbeitsbereich wesentlich kleiner ist als die zu bearbeitende Werkstückoberfläche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der diese Aufgabe gelöst ist, ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen vertikal angeordneten Tragständer, der aufurid abbewegbar und für die C-Bewegung um seine vertikale Achse drehbar ist und einen U-förmmen

oberen Teil aufweist, ein Spindelgehäuse, das um eine sich zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils erstreckende Achse zum Ausführen der fl-Bewegung verschwenkbar ist, und eine drehbar im Spindelgehäuse gelagerte Spindel, auf der das Werkstück zur Ausführung einer Bewegung um die Spindelachse ^4-Bewegung) festlegbar ist. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung lassrw sich auch relativ große, schwere und verwickelt geformte Werkstücke, z. B. ganze Schiffsschrauben, sehr genau bearbeiten. Derartige Schiffsschrauben können nämlich mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung derart in bezug auf die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine angeordnet werden, daß beispielsweise zunächst nur einer der Flügel der Schiffsschraube im Arbeitsbereich der Maschine zu liegen kommt. Nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges dieses Flügels läßt sich durch Verdrehen der die Schraube tragenden Spindel um ihre in horizontaler Lage befindliche Achse der nächste Flügel in seine Bearbeitungslage überführen. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer vergleichsweise klein bemessenen, kostengünstigen Standard-Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine große Werkstücke, z. B. Schiffsschrauben, die die Bearbeitungsmaschine weit überragen, sauber und schnell zu bearbeiten. Die verschiedenen dem Werkstück erteilbaren Bewegungen stellen dabei sicher, daß sich das Werkstück auch bei sehr komplexer Gestaltung für die Bearbeitung durch die Horizontal-Bobr- und Fräsmaschine stets in einer Arbeitslage befindet, und zwischen der Achse des Fräskopfes und der Werkstückoberfläche ein rechter Winkel aufrechterhalten ist. Für die vollautomatische Einstellung des Werkstücks mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung und für die Bearbeitung durch die Horizontal-Bohr· und Fräsmaschine ist der Einsatz einer numerischen Steuerung besonders zweckmäßig, zumal für die Ausrichtung des jeweils zu bearbeitenden Flächenbereichs des Werkstücks durch den Fräskopf der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine bis zu 8 Bewegungen zur Anwendung kommen können. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß aufgrund der Steifigkeit der Fräskopflagerung einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine, die in Verbindung mit der Vorrichtung nach der Erfindung zum Einsatz gelangen kann, eine optimale Geschwindigkeit der Materialabhebung erreichbar ibt. Die Praxis hat gezeigt, daß sich pro Fräsmaschinen-PS eine Materialabnahme von etwa 6 cmVs erreichen läßt. Infolgedessen werden mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung wesentlich kürzere Bearbeiiungszeiten erreicht. Da die Vorrichtung nach der Erfindung leicht innerhalb weniger Minuten aus dem Bereich der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine versetzt werden kann, ist letztere im Bedarfsfall auch für andere Routinefräsarbeiten einsetzbar, was die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mit der Vorrichtung nach der Erfindung und einer dieser zugeordneten ί iorizontal-Bohr- und Fräsmaschine anstelle einer Spezialfräsmaschine mit verschwerkbarem Fräswerkzeug wesentlich erhöht.

Als in baulicher Hinsicht sehr vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn seitlich des Spindelgehäuses an letzterem mindestens ein abstehender Hebelarm vorgesehen ist, an dem ein Schwenkmechanismus zum Erzielen der ß-Bewegung angreift.

In besonders zweckmäßiger Wci.se ist der Schwenkmechanismus durch eine zwischen jeden Hebelarm und den Tragständer eingescl.'iltetc Kolben-Zylinder-F.inheit gebildet. Dabei isi die Vorrichtung in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung und Anordnung jedes Hebelarms nebst zugehörigem Schwenkmechanismus, daß das Spindelgehäuse mit seiner Spindelachse aus einer horizontalen Lage in eine vertikale Lage, und umgekehrt, überführbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Querschnitt dargestellte

iu 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. I mit in Bearbeitungsstellung befindlicher Schiffsschraube,

Fig.3 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 mit vertikal angeordnete·" Schiffsschraube,

Fig.4 eine teilweise im Quersc' utt dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig.! mit unmittelbar an einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine in vertikaler Stellung angeordneter Schiffsschraube und

Fig.5 eine teilweise im Schnitt veranschaulichte' Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 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, daß der untere Flügel im wesentlichen parallel zur horizontalen X-Achse., in der die Fräsmaschine arbeitet

jo liegt,

Fig..· eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht auf eine Anordnung ähnlich derjenigen nach F i g. 5 mit der Ausnahme, daß eine Linksschraube dargestellt ist, die von der Mittellinie in der entgegenge-

J) setzten Richtung gedreht ist,

Fig. 7, 8, 9 und 10 perspektivische Ansichten von Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1.

Wie aus den Fig. 1 bis 6 ersichtlich, dient die veranschaulichte Ausführungsform der erfindungsge-

w maßt .1 Vorrichtung 10 im gezeigten Beispiel dem Anordnen und Ausrichten einer Schiffsschraube zum Bearbeiten der Schraubenflächen. Die Vorrichtung 10 umfaßt einen vertikalen säulenförmigen Tragständer 11 mit einem U-förmigen oberen Teil 12, eine sich zwischen

»Ί den Schenkeln des U-förmigen Teils 12 erstreckende horizontale Achse 13, deren Enden in Lagern 23 in den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils 12 angeordnel sind und ein auf der Achse 13 gelagertes und mit ihr drehoares (,4-Bewegung) Spindelgehäuse 24, das geson-

vi dert in F i g. 7 veranschaulicht ist. In Lagern innerhalb des Spindelgehäuses 24 ist eine Spindel 28 drehbar golager? lind wird dort unter Verwendung geeigneter Berestigungseinrichtungen, wie beispielsweise eines Flansches, gehalten. Diese Spindel 28 ist gesondert ir>

3) Fig. 8 dargestellt. Am äußeren Teil der Spindel 28 ist eine Stirnplatte 14 ^um Montieren einer Schiffsschraube oder eines anderen Werkstücks vorgesehen. An den Seiten des Spindelg.häuses 24 sind zwei Hebelarme 15 montiert, mit denen jeweils das eine Ende von zwei hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 16 durch Befestigungsmittel, wie etwa Gabelkopfbol/en verbunden ist. Mit dem anderen Ende sind die Kolben-Zylinder-Einheiten 16 mit einem Anguß 25 verbunden, der an einer den Tragständei ti tragenden Basisplatte 17 sitzt. Einer der Hebelarme 15 ist getrennt in Fig. 9 dargestellt. Der Befestigung der Stirnplatte 14 an der Spindel 28 sowie der Hebelarme 15 am Spindelgehäuse 24 dienen Bolzen und Muttern. F.ine zu bearbeitende

Schiffsschraube 18 kann auf der Stirnplatte 14 beispielsweise durch einen Dorn 29, wie in Fig. 10 gezeigt, oder aber durch eine hydraulisch arbeitende oder eine übliche Mutter- und Bolzeneinheit befestigt werden.

Die beschriebene Vorrichtung nach der firfindung wird in vorteilhafter Weise in Verbindung mit einer Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 verwendet werden, die für eine gleichzeitige digital gesteuerte Konttircnbewcgung in drei Achsen während des F-Väsviirgangs ausgelegt ist. Die crfindungsgcmiißc Vorrichtung selbst kann der Schiffsschraube 18 hinsichtlich vier oder fünf Achsen Bewegungen mitteilen. So kann die Vorrichtung 10 eine Drehung der Schiffsschraube 18 um die Acr-;e der Spindel 28 bewirken, wir· dies in I i g. I und 2 durch die diese /1-Bewegting veranschaulichenden Pfeile gezeigt ist. Die Vorrichtung kann außerdem mit Hilfe der Hebelarme 15 eine Schwenkbewegung der Schiffsschraube 18 um die Achse 13 in einer vertikalen F.bene bewirken; in den Fig. I und J ist diese ß-Bewegung durch Pfeile angedeutet. Außerdem ist eine Drehung des Tragständers 11 mit der darauf montierten Schiffsschraube 18 um die vertikale Achse der Vorrichtung 10 möglich; diese C-Bewegung is: in F i g. 5 und 6 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Schließlich kann der Tragständer 11 mit der Schiffsschraube ',^w horizontal entlang dem Untergrund bewegt werden; diese W-Bewegung ist durch Pfeile in F i g. 4 und 6 angedeutet. Die Vorrichtung ist im übrigen auf nicht näher veranschaulichte Weise so konstruiert, daß der Tragständer 11 die Schiffsschraube 18 hinsichtlich des. Untergrunds anheben oder absenken kann.

Ferner kann eine nicht dargestellte Schiene auf dem Boden vorgesehen sein, die eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung — W- Bewegung — des Tragständers ermöglicht. Die zu bearbeitende Schiffsschraube wird auf der Stirnplatte 14 des Tragsuinders 11 montiert, und durch Verdrehen entsprechend der .4-Bewegung erfolgt die Ausrichtung der Schraubenblätter. Alternativ kann die Schiffsschraube 18 auch direkt mit der Spindel 28 verbunden oder auf dem in Fig. 10 dargestellten Dorn 29 montiert sein. Die Verjüngung des Dorns kann im Vergleich zu der nach Fig. 10 umgekehrt sein, und zwar unabhängig von der Richtung des Konus der zu bearbeitenden Schraube. Als Beispiel für die Größe der Schiffsschrauben, für die die beschriebene Vorrichtung insbesondere geeignet ist, seien mehrflüglige Schiffsschrauben mit einem Gewicht von über 50 t un-J einem Durchmesser von etwa 5 bis !Om genannt. Die Stirnplatte 14 mitsamt der Schiffsschraube 18 ist entsprechend der ß-Bewegung mit Hilfe der am Hebelarm 15 angreifenden Kolben-Zylinder-Einheit 16 verdrehbar, und zwar in einem Bereich, in dem die Schiffsschraube 18 jede Stellung zwischen einer aufrechten oder vertikalen Stellung gemäß F i g. 2 und 3 und einer horizontalen Stellung nach F i g. 1 einnehmen kann. Der Tragständer ist zusätzlich entsorechend der C-Bewegung nach Fig. 5 und 6 drehbar, wobei die Druckfläche der Schiffsschraube 18 in einer Lage gehalten wird, die praktisch parallel zur horizontalen A"-Achse(Fi g. 5 und 6) liegt, während sich der Fräser31 der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 bei seiner Arbeit über die Schraubenflächen vor- und zurückbewegt. Die Vorrichtung wird dann entsprechend der W-Bewegung geführt, bis sich der Tragständer 11 in einer Stellung unmittelbar an der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 befindet und die Flügel der Schiffsschraube 18 clic nächstgelegene Stellung einnehmen. Fs ist nämlich erwünscht, beim Fräsen den kür/.cstmöglifhcn Abstand zwischen der iiori/omal-Bohr- und Fräsmaschine 30 und den Schraubenflügeln aufrechtzuerhalten; der Fräser 31 soll nämlich so wenig als möglich ausgefahren werden, um seine Steifigkeit zu erhalten und so einen genauen F'räsvorgang sicherzustellen.

Die Vorrichtung ermöglicht es, den jeweils unteren Flügel der Schiffsschraube 18 /iitsi zu bearhel'.on 7ί Beginn des Bearbeitungsvorgangs wird ücr (raser 11 zunächst über die Breite des Flügels geführt. Die F i g. 5 und fa zeigen für Rechts- bzw. l.inksschrauben die Stellung des unteren Flügels 26 und des out: on l'Üi reis 27. wobei sich jeweils die unteren Flügel in der Stellung /um Bearbeiten durch die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 befinden. Zur Bearbeitung wir<! zweckmäßigerweise eine Ma'. iii:··.- gewählt, die gicicnzeitig Bewegungen in der ,Y-Achse, der V-Achsc und der /f-Achsc durchführen kann und für numerische Stciiernpsvorgänge eingerichtet ist. Die Bewegungsrichtung dieser drei Achsen ist aufgrund der aufeinander senkrechten Richtungen dreidimensional, wie dies in den F i g. 4, 5 und 6 gezeigt ist. Beim Fräsvorgang kann man mit der Bewegung des Fräsers 31 in drei Achsen einem gegebenen Radius der Schiffsschraube 18 folgen ¹J so den Fräsvorgang in einem festen Ab.iund vom Zentrum der Schraubcnnabc 19 halten. Alternativ kann z. B. die V-Achsc festgehalten werden und der Fräser läuft nur mit Bewegungen in der X- und der Z-Achse über den Schraubenflügel. Diese- ■ utcre 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 ausgehend können 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.

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 vom Flügel arbeiten kann. Indem ein solcher Kontakt zwischen der Schraubenfläche und dem Fräser aufrechterhalten wird, kann eine maximale Materialmenge bei 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 entsprechend der C-Bewegung unter einem Winkel verdreht werden, der in Abhängigkeit vom Abstand des Fräsers von der Schraubennabe 19 veränderlich ist. Diese Möglichkeit, die Schraube gemäß der C-Bewegung zu verdrehen, dient auch dazu, einen Fräser-Rückzug zu vermeiden und damit die zwischen dem Fräser und der Schraubenfläche entstehende Wärme zu vermindern. Die Abweichung des geforderten Verdrehungswinkels von der Mittellinie weg beruht auf dem Ansteigen des Helixwinkels des Schraubenflügels bei zunehmender Annäherung von der Flügelspitze 20 zur Nabe 19. So

kann beispielsweise die Flügelfläche in drei Zonen unterteilt werden, wobei die End- oder Spitzenzone in einem Abstandsbereich von 1,0 rbis 0,8 r, die Mittelzone von 0,8 r bis 0,6 r und die Nabenzone von 0,6 r bis 0,3 r liegt, wobei rder Radius der Schiffsschraube 18 oder der Abstand vom Zentrum der Nabe 19 zur Spitze 20 des Flügels ist. Wird eine vierflügelige Schiffsschraube mit einem Durchmesser von etwa 7 rn bearbeitet, so stellen sich gute Ergebnisse ein, wenn beispielsweise die Schraube 18 bei der C-Bewegung um einen Winkel von 22° 24' verdreht wird, während der Teil der Druckfläche in der Spitzen/one bearbeitet wird; der Winkel wird im Hinblick auf die Mittellinie zwischen dem Tragständer 11 '!i:d der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 gemessen. Dieser Winkel von 22" 24" entspricht dem Helixwinkel bei 0,9 r, dem mittleren Radius der Spitzenzonc. In der Mittelzone kann die Schraube um einen Winkel von 28" 24' gedreht wi-ruen, dem Helixwinkel bei 0,7 r, während sie in der Nabenzone aufgrund Her herausstehenden Seitenflügel um einen maximalen Winkel von etwa 32° bis 35° verdreht werden kann.

Hat der Fräser 31 die Schraubennabc 19 erreicht, so ist die Bearbeitung der Druckfläche eines der Flügel vollendet. Anschließend wird der Umfang des Flügels geschnitten. Dabei werden z. B. Fräser, wie etwa Schälfräser mit einem Durchmesser von etwa 15 cm verwendet. Zuvor wird die Schiffsschraube 18 zweckmäßigerweise entsprechend der C-Bewegung verdreht, ur.i die Außenlinienfläche in geeignete Beziehung zur A'-Achsc zu bringen. Der Fräser 31 wird dann an der ί lügelspitze 20 angesetzt und entlang der X-. Y- und /Achse bewegt, wobei er zunächst entlang dem vorderen Rand des Flügels zur Nabe 19 gelangt. Dieser Vorgang wird für den hinteren, nacheilenden Rand wiederholt, wobei wiederum an der Flügelspitze 20 begonnen 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 engen Toleranzen bearbeiten kann, ein Feinschnitt folgt.

Nach beendigter Bearbeitung der Druckfläche und der Umfangslinie des ersten Flügels wird der Fräser 31 längs der Z-Achse zurückgezogen und der Tragständer 11 längs der W-Achse bewegt, damit die Schraube 18 von der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 genügend weit entfernt ist, um die Schraubenflügel drehen und den nächsten Flügel in die Stellung zum Bearbeiten bringen zu können, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Tragständer 11 wird dann in die Stellung nahe der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 zurückgeführt und die Schneidarbeitsgänge werden zum Bearbeiten der Druckfläche und der Flügelumfangslinie des nächsten Flügeis wiederholt. Dieser Arbeitsgang wird entsprechend der Zahl der Flügel wiederholt.

Sind die Druckflächen und die Flügelumlaufkanten aller Flügel fertig, dann wird der Fräser 31 in der Z-Achse und der Tragständer 11 entlang der W-Achse zurückgezogen. Die Schraube 18 wird dann entsprechend der C-Bewegung in eine solche Mittelstellung verdreht, daß der Fräser 31 nach dem Heranfahren des Tragständers 11 längs der W-Achse in die Frässtellung so starr wie möglich bleiben kann und eine genaue Fräsung der Schraubennabe 19 sichergestellt ist Der Fräser 31 folgt dabei dem gesamten Umfang der Schraubennabe 19 entlang der Y- und der X-Achse, wobei er sich nach Bedarf auch in der Z-Achse bewegt, wenn er sich der Naben-Auskehlung am Flügelansatz im Nabenbereich niihcrt. Bei diesem Arbeitsgang wird der Fräser 31 auch an der Außenseite der Nabe 19 entlanggeführt. Die Bewegung des Fräsers 31 auf ;!:r Kreisbahn wird bei F.rreichen des Schraubenflügels unterbrochen, und es beginnt eine hin- und hergehende Fräsertätigkeit mit Zirkularbewegung, die auf den Quadrant der Nabe 19 zwischen den Flügeln begrenzt

ίο ist. Ls kann geschnitten werden, indem abwechselnd von links nach rechts dann von rechts nach links bewegt wird, mit Bewegungen entlang der .Y-Achse und der K-Achse und einer 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 riügetüuei ΐϋμμιίϊ'ιμ ucgi'cM/.i ist. [ittCii uiCSCiTi i»iü5icr wird wicdernolt in jedem Zwischenraum zwischen benachbarten Flügeln vorgegangen. Es ist nicht rrforderlich, die Schraubenflügel zu drehen, um dieses Fräsen der Nabe 19 durchzuführen.

Mit der Bearbeitung der Nabe 19 ist die gesamte Bearbeitungstätigkeit auf der Druckseite der Schraube 18 vollendet. Der Fräser 31 der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine 30 wird dann in Richtung der Z-Achse und der Tragständer 11 mit der darauf montierten Schiffsschraube 18 in der W-Achse zurückgezogen. Durch Verschwenken der Hebelarme 15 wi-d die

ro Schraube 18 sodann in die Ausgangs- bzw. Abnahmestellung gemäß Fig. 1 zurückgeführt. Zur Bearbeitung der gegenüberliegenden Seite bzw. Saugseite der Schiffsschraube 18 wird letztere von der Stirnplatte 14 abgenommen, um 180° verschwenkt und mit der

)i Saugseite nach oben erneut montiert. Nunmehr werden die bei Bearbeiten der Druckseite der Schraube 18 aufeinanderfolgenden Schritte für das Bearbeiten der Saugseite wiederholt.

Mit der Bearbeitung der Saugseite der Schiffsschrau-

·«> be 18 ist der gesamte maschinelle Bearbeitungsvorgang beendet, und es verbleibt nur mehr eine geringfügige Handbearbeitung zum Fertigstellen der Schiffsschraube. Diese wird dann in die Stellung nach Fig. 1 zurückgebracht und von der Stirnplatte 14 abgenom-

■15 men.

Mit Hilfe der erwähnten Maßnahmen zum Heben und Senken der Schiffsschraube in bezug auf den Boden ist es möglich, zur erleichterten Montage und Abnahme der Schraube letztere auf Bodenhöhe zu bringen. Die

w Schraube kann auf diese Weise auch in die beste Stellung für die jeweils verwendete spezielle Fräseinrichtung gehoben oder gesenkt werden. Eine derartige vertikale Lageänderung ist beispielsweise durch eine hydraulische Zylinderanordnung zu erzielen, die unterhalb des Bodens zum Heben und Senken des vertikalen Tragständers 11 vorgesehen ist. Die Schraube wird gewöhnlich mit der ß-Bewegung vor dem Heben oder Senken des Tragständers 11 in die Montage- und Abnahmestellung gemäß F i g. 1 gedreht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann manuell oder durch motorgetriebene Mittel in den verschiedenen Achsen betrieben werden, wobei in üblicher Weise eine Kombination vor elektrischen Antriebsmotoren mit Getrieben oder Servomotorantrieb verwendet

<>5 werden können. Der Tragständer ii kann auf einer Gleitfläche zur Durchführung der W-Bewegung stehen oder übliche reibungsarme Rollen aufweisen und durch ein Zahnstangensystem gesteuert werden.

Die C-Bewegung kann beispielsweise mit Hilfe eines Schneckengetriebes, eines internen Ringzahnrads mit Ritzel oder eines hydraulischen Servosystems, das einen hydraulischen Zylinder, einen Kolben und ein Verbindungsglied verwendet, erzielt werden. Die Λ Bewegung wird leicht beispielweise mit Hilfe eines Schneckengetriebes oder durch ein Planetengetriebesystem erzielt. Für die ß-Bewegung kann beispielsweise eine hydraulische Kolben Zylinder-Einheit oder ein System von Kugelschraubcn vorgesehen sein. Die Bewegung der einzelnen Vorrichtungsteile in den verschiedenen Richtungen werden vorteilhafterweise automatisch gesteuert, insbesondere durch numerische Steuerung in Verbindung mit der numerisch gesteuerten Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine, um eine automatisch gesteuerte Bewegung in einer maximalen Anzahl von Richtungen zu erhalten. Wie vorstencriu ucscrinccen, Kommen insgesamt bis zu acht Bewegungen zur Anwendung, nämlich fünf in dem die Schiffsschraube ausrichtenden Tragständer und drei in der Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine.

Zur Herstellung eier gesamten Vorrichtung werden Stahl oder ähnliche Materialien hoher Festigkeit und Abriebfestigkeit verwendet. Die Lager des Spindelgehäuses 24 und die Achsenlager bestehen vorzugsweise aus körnigem Gußeisen oder ähnlichem Material in Verbindung mit geeigneten Lagerflächenmaterialien.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur beim Anfangsschneiden oder -bearbeiten der Oberfläehe einer Schiffsschraube, sondern auch später beim Testen bzw. Überprüfen einer Schiffsschraube verwendet werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten umfassen den Einsatz der Vorrichtung in Verbindung mit einer Laserausrüstung und mit optischen Geräten sowie bei Anwendung der Elektroerosionsbearbeitung. Auch bei einer derartigen Bearbeitung der Schraubenoberflärjipn kiinn in 7wprWmäftii7prweise von den Vorteilen einer numerischen Steuerung Gebrauch gemacht werden, um eine automatische Bearbeitung der Schraubenflächen zu erreichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anordnen und Ausrichten eines Werkstücks mit 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 Werkstückoberfläche, in der das Werkstück um eine vertikale Achse in einem Bereich bis zu 360° fC-Bewegung) sowie um eine horizontale Achse fß-Bewegung) schwenkbar und in einer horizontalen Ebene verschiebbar ist (W-Bewegung), gekennzeichnet durch einen vertikal angeordneten Tragständer (It), der auf- und abbewegbar und für die C-Bewegung um seine vertikale Achse drehbar ist und einen U-förmigen oberen Teil (12) aufweist, ein Spindelgehäuse (24), das um eine sich zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils (12) erstreckende Achse (13) zum Ausführen der B-Bewegung verschwenkbar ist, und eine drehbar im Spindelgehäuse (24) gelagerte Spindel (28), auf der das Werkstück (18) zur Ausführung einer Bewegung um die Spindelachse f/t-Bewegung) festlegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Spindelgehäuses (14) an. letzterem mindestens ein abstehender Hebelarm (15) vorgesehen ist, an dem ein Schwenkmechanismus zum Erzielen der ß-Bewegung angreift.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwe.ikmeci jnismus durch eine zwischen jedem Hebelarm (1.5) und den Tragständer (11) eingeschaltete Kolben-Zyli der-Einheit (16) gebildet ist. r>

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung und Anordnung jedes Hebelarms (15) nebst zugehörigem Schwenkmechanismus, daß das Spindelgehäuse (24) mit seiner Spindelachse aus einer horizontalen Lage in eine vertikale Lage, und umgekehrt, überführbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Werkstückaufnahme dienende Spindel (28) um 360° um ihre Achse 4^r> (A-Bewegung) drehbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindel (28) eine der Werkstückaufnahme dienende Stirnplatte (14) zugeordnet ist. ->o

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung des Werkstücks (18) auf der Stirnplatte (14) ein Dorn (29) vorgesehen ist.