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Verfahren und Vorrichtung zum Erzielen von maßgerechten
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Oberflächen an Werkstücken von geringer Dichte.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Erzielen
von maßgerechten Oberflächen an Werkstücken von geringer Dichte, insbesondere Wabenkernen
von Sandwichbauteilen, mittels einer Bandsägemaschine mit einem verfahrbaren Arbeitstisch
und einem über Umlenkrollen umlaufenden Sägeband.
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Bauteile mit sehr geringer Dichte, wie z.B. Honigwabenstrukturen oder
Schaumstoff, sind bei maschineller Bearbeitung schwierig mit kleinen Toleranzen
maßgerecht zu fertigen, insbesondere, wenn sie eine große Ausdehnung aufweisen.
In der Leichtbaufertigung ist es zur Erzielung hoher Paßgenauigkeiten bekannt, großflächige
Werkstücke aus Wabenplatten, die als Stützkerne für Sandwichplatten verwendet werden,
vo#er Bearbeitung zu vereisen. Dieses Arbeitsverfahren erfordert einen hohen zusätzlichen
Aufwand für das Vereisen und damit hohe Fertigungskosten. Es ist weiterhin bekannt,
Wabenplatten auf Bandsägemaschinen zu bearbeiten. Hierbei ist es durch die Nachgiebigkeit
der Wabenwandungen nicht möglich, geringe Toleranzen einzuhalten und saubere Schnittflächen
zu erzeugen. Weiterhin ist es bekannt, Wabenplatten nur durch Fräsen zu bearbeiten.
Dieses bedingt - weil beim Fräsen nur geringe Abtragungstiefen zu erzielen sind
- sehr lange Fertigungszeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Bearbeitung von
Werkstücken mit sehr geringer Dichte eine hohe Dlaßgenauigkeit
bei
schneller Fertigung zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
durch die Erfindung dadurch gelöst, daß das Werkstück mit dem Sägeband vorbearbeitet
und anschließend mit einem an der Bandsägemaschine angebrachten Fräseinrichtung
auf Paßgenauigkeit nachbearbeitet wird.
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Nach Weiterbildungen der Erfindung wird das Werkstück bei einer kontinuierlichen
Vorwärtsbewegung des Arbeitstisches mit dem Sägeband vorgearbeitet und bei einer
hubweisen Rückbewegung des Arbeitstisches durch die unmittelbar dem Sägeband nachfolgende
Fräseinrichtung nachgearbeitet und wird bei der Vor- und Rückbewegung des Arbeitstisches
die Oberfläche des Werkstückes mit jeder gewünschten, auch sphärischen, Kontur versehen.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die
kombinierte Arbeitsfolge - bei der Vorwärtsbewegung der Sägeschnitt und bei der
Rückbewegung das Paßfräsen - mit nur einem Durchgang des Arbeitstisches die maßgerechte
Bearbeitung eines sonst wegen seiner geringen Dichte schwierig zu bearbeitenderi
Werkstückes möglich ist. Es ist dabei selbst an großflächigen Werkstücken eine Genauigkeit
von 0,1 mm zu erzielen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß
darin, daß auf einer Grundplatte der Bandsägemaschine zwei Ständer mit Umlenkrollen
für das Sägeband, zwischen den Ständern ein fester Führungsschlitten für die Fräseinrichtung
und der quer zum Führungsschlitten bewegliche Arbeitstisch angeordnet sind. Zur
Erzielung von Werkstückkonturen, die sowohl in der Vorschubrichtung des Arbeitstisches
als auch quer dazu geneigt oder gewölbt sind, ist nach weiterer Ausbildung der Erfindung
die Verschiebung des Arbeitstisches stufenlos regulierbar
und ist
der Arbeitstisch an einer Seite uin eine kardanische Zentrier- und Spanneinrichtung
drehbar, sowie an der gegenüberliegenden Seite durch eine Konturschablone und Steuerschablone
geführt und auf einem Stützbock bzw. mehreren Stützböcken über eine Stützschablone
abgestützt.
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Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Werkstücke
von großer Länge, die quer zur Vorschubrichtung des Tisches profiliert sind und
auch kürzere mit sphärischer Kontur bearbeitet werden. Auch bei derartigen Werkstücken
ist das Hauptmerkmal der Erfindung, welches in der nacheinander erfolgenden Bearbeitung
durch Bandsägen und Fräsen besteht, günstig anzuwenden. Dazu ist nach Weiterbildungen
der Erfindung der Arbeitstisch an zwei gegenüberliegenden Seiten durch je eine Konturschablone,
Steuerschablone und Stützschablone geführt und gestützt oder ist die Fräseinrichtung
auf einer quer zur Vorschubeinrichtung des Arbeitstisches angeordneten Konturschablone
und gegebenenfalls Steuerschablone geführt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer kombinierten Bandsäge-
und Fräsmaschine; Fig. 2 einen Schnitt durch die Bandsäge- und Fräsmaschine entsprechend
den Linien II-II der Fig. 1 und Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Arbeitstisch der
Bandsäge-und Fräsmaschine.
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Eine in der Fig. 1 dargestellte Bandsäge- und Fräsmaschine 1 besteht
aus einer Grundplatte 2, auf der zwei Ständer 3 und 4 aufgesetzt sind, die je einen
Schutzkasten 5 und 6 tragen, in denen strichpunktiert angedeutete Umlenkrollen 7
für ein endloses Sägeband 8 gelagert sind. Im oberen Teil läuft das Sägeband hinter
einer Schutzverkleidung 9. Auf der Grundplatte 2 ist ein weiterer Ständer 10 angeordnet,
in dem ein Arbeitstisch 11 in einer Zentrier- und Spanneinrichtung 12 kardanisch
aufgehängt ist. Die Zentrier- und Spanneinrichtung 12 besteht im wesentlichen aus
einem senkrechten Bolzen 13, der von dem Ende einer Unterplatte 14 des Arbeitstisches
11 klauenförmig umfaßt wird und einer mit dem Bolzen 13 verbundenen Kugelschale
15, die als Kugel-Teilschale ausgeführt ist und ihren Mittelpunkt auf dem Sägeband
8 hat. Auf die Unterplatte 14 des Arbeitstisches 11 ist ein Aufspanngestell 16 für
ein Werkstück 17 aufgesetzt. Der Arbeitstisch 11 weist auf der gegenüberliegenden
Seite einen Schablonenanbau 18 auf, der auf einer Antriebsrolle 19 einer Vorschubeinheit
20 aufliegt. Die Einzelteile des Schablonenanbaus 18 werden in den Figuren 2 und
3 näher beschrieben. Die Antriebsrolle 19 wird durch einen elektronisch gesteuerten
Scheibenläufermotor 21 angetrieben und außerdem hydraulisch gegen den Schablonenanbau
18 gedrückt.
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Letzterer stützt sich gegen zwei Führungsarme 22 und 23 ab, die an
einen zwischen den Schutzkästen 5 und 6 angesetzten Mittelträger 24 geschraubt sind.
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Der Mittelträger 24 dient als Führungsschlitten für eine Fräseinrichtung
27, die aus einem Antriebsmotor 28 für einen Fräser 30, einen Scheibenläufermotor
31 für die Querbewegung der Fräseinrichtung auf dem Mittelträger 24 und aus einer
manuell betätigbaren Vorrichtung 32 für die Feineinstellung des Fräsers 30 besteht.
Weiterhin ist. an dem Mittelträger 24 eine Sägeblattführung 33 ersichtlich, die
mit einer hydraulischen Anhebevorrichtung
für das Sägeblatt 11
ausgestattet ist. Auf die Grundplatte 2 sind zwei mit Rollen versehene Stützböcke
34 aufgesetzt, von denen in der Fig. 1 nur einer gezeigt ist.
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Schließlich ist noch ein tviotor 35 dargestellt, der die rechte Umlenkrolle
7 und damit das Sägeband b antreibt.
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In der Fig. 2 ist der Arbeitstisch 11 zur besseren Erläuterung der
besonderen Funktion dieses Ausführungsbeispiels in der Ausgangsstellung beim Beginn
seiner in Richtung eines Pfeiles 40 gerichteten Vorwärtsbewegung gezeigt. Bei dieser
Vorwärtsbewegung wird das Werkstück 17 durch die Bandsäge b vorgearbeitet.
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In dieser Ausgangsstellung ruht der Schablonensatz 18 mit einer Stützschablone
41 auf dem Stützbock 34a und die Antriebsrolle 19 liegt an der Unterkante einer
Steuerschablone 42. Weiterhin ist für die genaue Profilierung des Werkstückes 17
eine Konturschablone 43 vorhanden. Der Führungsarm 22 liegt auf der Konturschablone
43 und der Führungsarm 23 auf der Steuerschablone 42 auf. Während die Abmaße der
Konturschablone 43 die Profilierung des Werkstückes 17 bestimmen, steuert die Steuerschablone
42 die Bewegung des Sägebandes 8 und des Fräsers 30. Die Kontur der Stützschablone
41 ist durch die Abmaße der Konturschablone 43 und der Steuerschablone 42 sowie
durch die geometrischen Verhältnisse zur Zentrier- und Spanneinrichtung 12 bestimmt.
Die genaue Festlegung der Maße aller drei Schablonen läßt sich entweder empirisch
oder rechnerisch bestimmen, dieses ist jedoch nicht Aufgabe der Erfindung. Weiterhin
ist die Anordnung der Fräseinrichtung 27 am Mittelträger 24 besser als aus der Fig.
1 ersichtlich. Zwischen dem Fräser-Antriebsmotor 23 und seiner Lagerung am Mittelträger
24 ist noch eine hydraulische Höhenverstellung 40 vorhanden, die ein Hochfahren
und Absenken des Fräsers 30 ermöglicht. Das Hin- und Herfahren der Fräseinrichtung
27 am Mittelträger 24 wird vorn Scheibenläufermotor 31 auf ein Hitzel 46 übertragen,
welches an einer Zahnstange 47 entlangfdhrt.
Die gesamte Fräseinrichtung
ist durch die Gleitführungen 48 und 49 am Mittel träger 24 geführt.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Draufsicht auf die Handsäge- und rrusmaschine
ist ebenso wie in der Fig. 1 der arbeitstisch 11 waagerecht dargestellt. Wegen der
besseren U#bersichtlichkeit sind die auf den Schablonen 42 und 43 aufliegenden Führungsarlle
22 und 23 sowie die Sägeblattführung 33 nicht eingezeichnet. Außerdem ist der Schablonenanbau
18 unterbrochen, um die Antriebsrolle 19 zu zeigen. Es ist gut ersichtlich, daß
der Schablonenanbau 18 in einem Radius um den Mittelpunkt des Bolzens 13 der Zentrier-
und Spanneinrichtung 12 angeordnet ist und aie Unterplatte 14 des Arbeitstisches
11 den Bolzen 13 mit einer Klaue So umfaßt.
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Das, z.B. mit Vakuum, auf das Aufspanngestell 16 gespannte Wer]cstück
17 ist vor dem Anfang der Bearbeitung dargestellt. Bei der Vorwärtsbewegung des
Arbeitstisches 11 in Richtung eines Pfeiles 51 erfolgt der Arbeitsgang Sägen. Dabei
schwenkt der Arbeitstisch 11 um die Zentrier- und Spanneinrichtung 12 und vollführt
eine durch die honturschablone 43 gesteuerte Bewegung, wobei das Werkstück 17 jede
Oberflächenkontur, auch sphärischer Art, erhalten kann. llandelt es sich bei dem
Werkstück z.B. um einen abenkern für eine Sandwichplatte, die als Teil einer Flügelaußenplatte
verwendet wird, kann ihre Oberfläche die erforderliche zweidimensionale Krümmung
erhalten. Während des ersten Teils des Bearbeitungsganges ruht der Arbeitstisch
11 mit seinem Schablonenanbau 18 auf dem Stützbock 34a und der Antriebsrolle 19.
Während des Fortgangs der Bearbeitung wird der Stützbock 34a entlastet bis sich
der Arbeitstisch 11 um die Antriebsrolle 19 dreht und sich auf den Stützbock 34b
senkt, (siehe Fig. 2). Die Abschaltung und Umkehr des Arbeitstisches 11 kann in
bekannter Weise durch eine Fotozelle 52 erfolgen, die auf eine am Auspanngestell
16 angeordnete Reflektorbahn 53 einwirkt.
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In der Strichpunktiert eingezeichneten Endstellung 17a des Werkstückes
17 wird r, Hilfe der der Steuerschlablone 42 die Sägeblattführung 33 angehoben und
cler Fräsermotor 28 auf die Bearbeitungstiefe herabgesenkt (s.Fig.- ). Bei der anschließenden
itückbewegung des Arbeitstisches 11 entgegen der #feilrichtung 51 arbeitet der Fräser
30 gegenüber dem Werkstück 17 mit einem Freiwinkel, der ebenfalls durch die Steuerschablone
42 einstellbar ist. Der Fräkraserrilotor 28 wird in beschriebener Weise am Iviitteltraiger
24 24entldnq cSef:illrt uric bearbeitet bei einer jeweiligen Fíin- oaer Herbewegung
das Werkstück 17 bei stillstehendem Arbeitstisch 11 auf Paßgenauigkeit, wobei Toleranzen
von 0,1 mm einyehalterl werden können. Nach dem Erreichen einer jeden, in bekannter
Leise durch endschalter begrenzten, Endstellung des Fräsers wird der Arbeitstisch
so lange jeweils ein Stück weiterbewegt, bis die in der E'ig. 3 gezeigte Ausgangsstellung
wieder erreicht ist. Dabei sorgen die Kontur- und Steuerschablone dafür, daß sowohl
bei der Vorwärts~ als auch bei der Rückbewegung des Arbeitstisches die Bearbeitung
des Werkstückes jeweils an gleichen Bearbeitungspunkten erfolgt.
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Mit der erfindungsgemüßen kombinierten Säge- und Fräsmaschine können
Werkstücke verschiedenster Art bearbeitet werden. Dazu bedarf es jeweils entweder
eines speziellen Aufspanngestells 16 auf dem in dem dargestellten Ausführungsbeispiels
gezeigten Arbeitstisch 11 oder auch eines vollkommen anderen Arbeitstisches. So
ist es in nicht dargestellter Weise möglich, zur Bearbeitung von langen Werkstücken,
z.B. von Rotorblättern, einen entsprechend langen Arbeitstisch in Querrichtung zum
Sägeblatt durchlaufen zu lassen, wobei die Verjüngung des Rotorblattes durch beiderseits
längs des Arbeitstisches angeordneten Schablonenanbauten erzielt werden kann. Das
Ausarbeiten des Flügelprofils des Rotorblattes läßt sich dadurch erreichen, daß
die Fräseinrichtung auf einer quer zur Vorschubrichtung des Arbeitstisches am Mittel
träger angeordneten Konturschablone geführt wird.