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Kopierwerkzeugmaschine mit mehreren Fühlfingern 1)ic Erfindung bezieht
sich auf eine fühlfingergesteuerte elektrisch betriebene Werkzeugmaschine, bei Gier
mehrere Fühlfinger getrennte Schablonen oder Kurvenstücke überfahren und dadurch
gemeinsam eine programmgemäße Relativbewegung zwischen einem Fräswerkzeug und einem
Werkstück in der `'eise herbeiführen, daß an diesem radial und axial gekrümmte Flächen
leerausgearbeitet werden. Eine Ilauptaufgabe der Erfindung ist es, eine selbsttätig
arbeitende Maschine zu schaffen, die radial und längs gekrümmte Flächen zu erzeugen
vermag, wie sie an Schaufeln von Kreiselpumpen oder Kreiselverdichtern u. dgl. vorgesehen
sind, und die eine sehr genaue Bearbeitung erfahren, wobei die Flächen an Punkten
von verschiedenem Radius verscliieden stark gekrümmt sind. Erlindungsgemäß werden
die in dieser Weise gekrümmten Flächen durch einen einzigen kegelförmigen Fingerfräser
dadurch herausgearbeitet, daß dieser Vorschubbewegungen gleichzeitig mit in bestimmter
Weise zugeordneten Bewegungen des Werkstücks erfährt, wobei diese vereinigten Be-@vegungen
von Werkzeug und Werkstück durch mehrere Fühlfinger gesteuert werden, die ihnen
einzeln zugeordnete Schablonen oder Kurvenstücke überfahren.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Sondermaschine zum
Kopierfräsen der Turboschaufeln von Kreiselverdichtern, bei denen das zu verdichtende
gasförmige Medium an der Umlaufachse in das Schaufelrad eintritt und durch Fliehkraft
radial nach außen gefördert wird, wobei die
Triebflächen der Schaufeln
gekrümmt verlaufen, um die radiale Förderung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums
herbeizuführen.
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Zur Bearbeitung eines solchen Werkstücks mit mehreren im Winkel zueinander
versetzten gekrümmten Flächen ist erfindungsgemäß eine Maschine geschaffen, bei
welcher diese Flächen durch einen kegelförmigen Fingerfräser an dem eine schrittweise
Teilbewegung erfahrenden Werkstück herausgearbeitet werden, wobei die Bewegungen
des Werkstücks nach jeder Weiterschaltung eine Kippbewegung und eine Pendelbewegung
um zueinander rechtwinkelige Achsen umfassen. Das Werkzeug führt lotrechte Vorschübe,
Quervorschübe und axiale Vorschübe gegenüber dem Werkstück aus, wobei alle diese
Vorschubbewegungen sowie die Bewegungen des Werkstücks in einer bestimmten Folge
unter Steuerung durch Fühlfinger und Schablonen erfolgen.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht in der Anordnung mehrerer besonderer
die Schaltung von Kontakten bewirkender Fühlfinger, von denen der eine die lotrechten
Vorschübe des Fräsers gegenüber dem Werkstück sowie den axialen Vorschub und Rückzug
steuert, während der zweite die Pendelbewegung des Werkstücks um seine lotrechte
Achse überwacht, ein dritter die Kippbewegung des Werkstücks um eine waagerechte
Achse herbeiführt und ein vierter die Querbewegungen des Ständers mit dem Fräser
steuert, wobei jeder Fühlfinger seine eigene Schablone abtastet.
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Im einzelnen sei die Erfindung nachstehend an Hand des in den Zeichnungen
veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert, um die Merkmale der Bauart und
Wirkungsweise näher verständlich zu machen.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. i eine teilweise im Schnitt gehaltene
Seitenansicht der Fräsmaschine für die gekrümmten Flächen eines Schaufelrads für
Kreiselverdichter nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 einen Grundriß einiger
der in Fig. i gezeigten Teile, Fig. 3 einen Aufriß des Werkstückträgers und der
zugehörigen Teile von hinten betrachtet, Fig. 4 eine zur Fig. 3 gehörige Seitenansicht
von rechts gesehen, Fig. 5 den Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 durch den Werkstückhalter
in vergrößertem Maßstab, Fig.6 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Schablonenhalter
nach der Linie 6-6 der Fig. 4, Fig. 7 einen Aufriß einiger für sich herausgezeichneten
Einzelteile zur Darstellung der Mittel zum Kuppeln des Werkstückhalters und des
Schablonenhalters zu gemeinsamer Schwenkung, wobei der Schnitt nach der Linie 7-7
der Fig. 3 verläuft, Fig. 8 einen teilweise im Schnitt gehaltenen Aufriß zur Darstellung
von Einzelheiten des Triebwerks für die Schwenkung des Werkstückhalters, wobei der
Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 4 verläuft, Fig. 9 und 9a Seitenansichten im
Schnitt nach den Linien 9-9 und ga-9a der Fig. 4 zur Veranschaulichung des Triebwerks
für die Pendelbewegung des Werkstückhalters und des Schablonenhalters, Fig. io einen
Teilgrundriß einiger der in Fig. 2 gezeigten Teile in größerem Maßstabe, Fig. i
i einen zur Fig. io gehörigen Teilaufriß. Allgemein gesprochen stellt die in den
Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der Erfindung eine fühlfingergesteuerte
Keller-Kopierfräsmaschine dar, die grundsätzlich derjenigen der Patentschrift 456
6o5 entspricht. Ständer. Fräser, Schlitten, Spindelstock und die zugehörigen Antriebs-
und Steuermittel entsprechen in ihrer Ausführung der in dieser Patentschrift beschriebenen.
Dementsprechend erfolgt die Vorschubsteuerung durch gegenläufig umlaufende Elektromagnete,
die bei Erregung die waagerechte Verschiebung der Säule sowie die senkrechte Verschiebung
des Werkzeugschlittens auf dieser Säule beherrschen und den axialen Vorschub und
Rückzug der Werkzeugspindel in Richtung auf das Werkstück zu und von diesem fort
steuern, wobei diese Spindel von dem Schlitten getragen wird.
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Bei dem vorliegenden :lusfiihrungsbeispiel der Erfindung steuert nun
der Fühlfinger dieselben Vorgänge wie der Fühlfinger der obenerwähnten Patentschrift.
Er steuert nämlich den Vorschub und Rückzug des Werkzeugs in axialer Richtung auf
das Werkstück zu und von diesem fort, während eines Leitvorschubs, der im allgemeinen
senkrecht durch Verschiebung des Schlittens auf der Säule erfolgt. Außerdem sind
aber zusätzliche fühlfingergesteuerte Triebwerke vorgesehen, die Bewegungen des
Werkstücks im Einklang mit den Bewegungen des Schlittens und Spindelstocks und mit
dem waagerechten Vorschub der Säule herbeiführen. Diese Triebwerke werden durch
Schablonen beherrscht, die sich gemeinsam mit dem Schlitten bewegen.
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Da der Fühlfinger und sein Steuerwerk zur Herbeiführung der Vorschübe
und Rückzüge des Werkzeugs in Richtung auf das Werkstück zu und von diesem fort
während der aufwärts oder abwärts erfolgenden Leitvorschübe in jeder Hinsicht der
bekannten Ausgestaltung entsprechen können, wie sie in der erwähnten Patentschrift
beschrieben ist, kann hier eine nähere Erläuterung dieser Einzelheiten unterbleiben.
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Auf einem Bett io (Fig. i) mit einer waagerechten Gleitbahn läuft
ein Ständer 12, auf welchem ein Schlitten 14 auf und ab heweglicli geführt ist.
In dem Schlitten 14 ist verschiebbar ein Spindelstock 16 mit einer waagerechten
Frässpindel 18 angeordnet, die an ihrem Ende einen kegeligen Fingerfräser 20 trägt.
Der Vorschub des Spindelstocks 16 in der waagerechten Richtung auf das Werkstück
W zu und von.diesem fort erfolgt unter Steuerung durch einen Fühlfinger 26 (Fig.
2) mittels einer Leitspindel 21, die von einem Antriebsmotor über eine magnetische
Umsteuerkupplung 22 und ein zugehöriges Getriebe angetrieben wird. In entsprechender
Weise dient ein Antrieb 24 und eine damit gekuppelte lotrechte Leitspindel 27 dazu,
den Schlitten 14 auf dem Ständer 12 zu verschieben, wodurch
der
Spindelstock 16 den lotrechten Leitvorschtib erfährt. Auch das geschieht unter Überwachung
durch den Fühlfinger 26 genau, wie dies in der obengenannten Patentschrift mit Bezug
auf den <fort erläuterten Fräser 114 beschrieben ist. Die seitliche Verstellung
des Ständers 12 auf dem Bett mittels des Triebwerks 23 (Fig. i) wird durch einen
besonderen Fühlfinger und eine besondere Schablone gesteuert, wie dies weiter unten
beschrieben werden wird.
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Insoweit entspricht also die Maschine der bekannten Ausführung. Ergänzt
ist diese nun für die Zwecke der vorliegenden Erfindung durch einen besonderen Werkstiickhalter
in Gestalt einer Drehscheibe 28, die tun eine waagerechte, der Gleitbahn des Bettes
io für den Ständer 12 parallele Achse gekippt werden kann und außerdem eine Hinundlierdrehting
uni ihre Achse erfährt, unabhängig davon, welche Neigung sie einnimmt. Diese Drehscheibe
28 kann außerdem aber um ihre Mittelachse eine Teilbewegung erfahren entsprechend
der Zahl der zu bearbeitenden Schaufeln des Schaufelrades. Diese Teilbewegung erfolgt
durch eine Teilvorrichtung unabhängig von einer die Kippbewegung steuernden Schablone
66. Die Kipp- und Pendelbewegungen der Drehscheibe 28 und des darauf befestigten
Werkstucks W" werden durch getrennte Fühlfinger gesteuert. die je die Umrisse ihnen
einzeln ctigeordneter Kurvenstücke überfahren. Der Fühlfinger 30 für die
Kippbewegung ist auf einem Tragrahmen 36 (Fig. i und io) angeordnet und tastet eine
Schablone 31 ab, die auf dem Schlitten 14 sitzt und sich mit diesem zusammen auf
und ab bewegt.
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Der Fühlfinger 32 zur Steuerung der Pendelbewegung der Drehscheibe
28 mit dem Werkstück sitzt auf dem Spindelstock 16 auf der einen Seite des Fühlfingers
26 und parallel zu diesem (Fig. i und2).
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Im einzelnen dient zur Lagerung des Werkstücks eine auf dem Bett 29
starr befestigte Grundplatte 34. Das Bett 29 ist neben dem Bett io der Keller-Maschine
angeordnet. Auf der Grundplatte 34 ist der Tragrahmen 36 befestigt, der aus zwei
lotrechten Rahmenplatten besteht, in denen Lager 38 mit einer gemeinsamen waagerechten
Achse angeordnet sind (Fig. 1, 3 und 5). In diesen Lagern ist um diese Achse schwenkbar
eine Wiege 4o pendelnd aufgehängt. Die Pendelachse dieser Wiege erstreckt sich dabei
parallel zur Gleitbahn des Bettes io für den Ständer 12. In dieser Wiege 4o ist
nun die bereits erwähnte Drehscheibe 28 für das Werkstück gelagert. Zum Kippen der
Wiege 4o mit der Drehscheibe 28 ist eine Gewindespindel 42 (Fig. i und 8) schwenkbar
auf der Grundplatte 34 derart angeordnet, daß sie beim Kippen der Wiege 4o mitschwingen
kann. Auf dieser Spindel 42 sitzt eine Mutter .44, die hinten an der Wiege gelenkig
befestigt ist. An der einen Seite der Grundplatte 34 ist ein Nlagnetkuppltttigs-Trieliwerk
46 angebracht, das Tiber ein geeignetes Getriebe und Wellen die Ge--,vindespindel
42 antreibt. Unter Steuerung durch den Fühlfinger 30 und der Schablone 31
treibt das Triebwerk 46 die Gewindespindel 42 und verschwenkt dadurch die Drehscheibe
28 mit dem Werkstück W um die waagerechte Achse der Lager 38, die sich parallel
zur Gleitbahn des Bettes io erstreckt.
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Die Fig. io und ii zeigen die Anbringung des Fühlfingers
30 und seine Schablone 31 sowie die Schablone 83 und ihren Fühlfinger 81.
Der Halter für den Fühlfinger 30 sitzt auf einer quer verschiebbaren Stange
86, die mit ihrem vorderen Ende in Lagern 88 ruht, zwischen denen sich der Fühlfinger
30 befindet. Mit ihrem hinteren Ende ist die Stange 86 an einen radial von
der Wiege 40 vorspringenden Arm 9o angeschlossen, an den sich die Stange 86 anlegt.
Wenn sich der Schlitten 1.4 aufwärts oder abwärts bewegt, macht die Schablone 31
diese senkrechte Bewegung mit, wobei sie von dem Fühlfinger 30 überfahren
wird. Durch das Kupplungstriebwerk 46 bewirkt dann dieser Fü.hlfinger
30 und die Schablone 31 eine Kippbewegung der Wiege 40 mit der Drehscheibe
28. Diese Kippbewegung der Wiege gestattet der Stange 86 eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung
und eine entsprechende Bewegung des Fühlfingers 30.
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Unabhängig davon, ob und wie weit die Wiege 40 gekippt ist, erfährt
die Drehscheibe 28 einen Antrieb um ihre Achse. Zu diesem Zweck ist unten an der
Drehscheibe 28 ein großes Stirnrad 48 (Fig. 5) gelagert, das an der einen Seite
mit einem Ritzel 50 kämmt, dessen lotrecht angeordnete Welle 52 über Kegelräder
54 und 56 von einer waagerechten Welle 58 aus angetrieben wird. Die Welle 58 liegt
in der Schwenkachse der Wiege, also gleichachsig zu einem Lager 38 und trägt auf
ihrem äußeren Ende ein Schneckenrad 6o.
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Oberhall) der Wiege 4o, die das Werkstück aufnimmt, befindet sich
ein schwenkbarer Halter 62 für zwei Schablonen 64 und 66. Die Schwenkachse des Halters
62 verläuft parallel zu derjenigen der Wiege 40, also parallel zur Gleitbahn des
Bettes io für den Ständer 12. Zu diesem Zweck wird der Halter 62 von Lagern 68 getragen,
die im Tragrahmen 36 angeordnet sind, der auch die Wiege 40 trägt. Die beiden Schablonen
64 und 66 befinden sich auf dem Halter 62 zwischen den Schwenklagern 68, so daß
sie zusammen mit dem Halter 62 .gekippt werden können. Diese Kippbewegung wird von
derjenigen der Wiege abgeleitet. Zu diesem Zweck hat die Wiege 4o einen Arm (Fig.
7), der durch eine Koppelstange 70 mit einem Arm des Halters 62 verbunden
ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß Halter 62 und Wiege 40 gleichzeitig eine
gleich große Kippbewegung ausführen.
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Um das Schablonenstiick 66 in jeder Kippstellung in Umlauf versetzen
zu können, ist außen an einem der Lager 68 gleichachsig zu diesem ein Schneckenrad
72 gelagert (Fig. 3 und 4), das mit einer Schnecke 74 am oberen Ende einer Welle
76 kämmt, deren unteres Ende mit einer entsprechenden Schnecke 78 des Schneckenrades
6o der Welle 58 im Eingriff steht, um auch die Drehscheibe 28 anzutreiben. Das Schneckenrad
72 steht in Antriebsverbindung mit der Schablone 66 über eine zum Lager 68 gleichachsige
Welle 71, die über Zwischengetriebe
mit einem Zahnrad 73 in Verbindung
steht. Dieses ist unterhalb eines Halters 65 für die Schablone 66 angeordnet, auf
welchem die Schablone 66 zu gemeinsamem Umlauf befestigt ist. Die Welle 75 wird
durch ein Triebwerk 75 mit bIagnetkupplungen angetrieben, und zwar unter Steuerung'durch
die Schablone 66 und den Fühlfinger 32. Dadurch werden gleichzeitig die Drehscheibe
28 für (las Werkstück und der Halter 65 für die Schablone in der gleichen Richtung
und um das gleiche 11 aß in Drehung versetzt.
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Die Drehbarkeit der Schablone 66 ist dazu ausgenutzt, eine Teilbewegung
des Werkstücks W herbeizuführen, wie sie erforderlich ist, um nacheinander aufeinanderfolgende
Schablonen des Werkstücks zu bearbeiten. Zu diesem Zweck ist auf dem Halter 65 eine
Teilscheibe 67 befestigt (Fig. 6), an der die Schablone 66 sitzt. Die Teilscheibe
hat ebensoviel Aussparungen oder Löcher, als Schaufeln oder Arme übereinstimmender
Gestalt am Werkstück zu bearbeiten sind. Die Teilbewegung des Werkstücks bis zu
einer neuen Arbeitslage erfordert lediglich, daß man aus einem der Löcher der Teilscheibe
67 den Kupplungsstift 69 herauszieht, die Schablone 66 auf ihrem Halter 65 dreht,
bis das nächste Loch der Teilscheibe unter den Kupplungsstift 69 gelangt und dann
den Stift einschnappen läßt. Ist das geschehen, so werden durch Antrieb der Welle
76 wiederum Schablone 66 und Werkstück W gleichzeitig gedreht, bis die Schablone
66 in ihrer neuen Lage den Fühlfinger 32 berührt.
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Zusätzlich zu seiner Verstellung in Achsenrichtung und in lotrechter
Richtung erfährt der Fräser 2o eine seitliche Verschiebung gegenüber (lern Werkstück
W durch Vorschub des Ständers 12 auf dem Bett io. Diese Vorschubbewegung wird nachstehend
als Versetzung bezeichnet werden. Zu diesem Zweck ist auf der Grundplatte 34 ein
Fühlfingerhalter 81 vorgesehen, dessen Fühlfinger an einer Schablone 83 anliegt
(Fig.2), die an dem Frässchlitten 14 befestigt ist. Wenn dieser Schlitten auf oder
ab dert, so können gleichzeitig seitliche Versetzungen des Ständers 12 durch entsprechende
Profilierung der Kante der Schablone 83 herbeigeführt werden. Das Maß dieser. seitlichen
Versetzung des Ständers I= wird von (lein Fühlfinger mittels eines Kupphungstriebwerks
23 beherrscht, das grundsätzlich dieselbe Bauart aufweist, wie sie in der ol)elierNN
iillliteli Patentschrift erläutert ist. Das Kupplungstriebwerk 23 treibt eine Leitspindel
81, die im Bett io gelagert ist und auf der eine Mutter des Ständers 12 läuft. Durch
Drehung der Leitspindel 8o unter Steuerung durch den Fühlfinger 81 und die Schablone
83 wird daher die seitliche Versetzung des Fräsers 2o herbeigeführt.
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Wie in der erwähnten Patentschrift erläutert ist, erfährt beim Betrieb
der Maschine der Schlitten 1,4 mit dem Fräswerkzeug durch den beschriebenen Antrieb
einen senkrechten Vorschub zwischen bestimmten Grenzen, die so bemessen sind, daß
das Werkzeug alle zu bearbeitenden Stellen des Werkstücks überfährt. Bei diesem
Leitvorschub des Schlittens 14 wird der Spindelstock 16 mit der Frässpindel 18 gegenüber
dem Werkstück unter Steuerung durch den Fühlfinger 26 und die Schablone 64 in der
Achsenrichtung vorgeschoben oder zurückgezogen. Wie dies im einzelnen durch den
Antrieb 22 mit den elektromagnetischen Kupplungen geschieht, ist ebenfalls in der
erwähnten Patentschrift erläutert.
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Bei diesen senkrechten und axialen Vorschüben des Fräsers 20 wird
die an einer Fläche des Frässchlittens 1,4 angebrachte Schablone 31 in senkrechter
Richtung mitgenommen. Diese Schablone 31
steuert durch Fühlfinger
30 und die Magnete das Triebwerk 46 gleichzeitig eine Kippbewegung des Schablonenhalters
62 und, der Wiege 4o für das Werkstück. Die Schablone 66 liegt an dem Fühlfinger
32 an und begrenzt bei Berührung durch diesen Fühlfinger die Pendelbewegung der
Schablone 66 und der Drehscheibe 28.
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Bei dieser senkrechten Bewegung nimmt der Schlitten 14 auch die Schablone
83 mit, an der der Fühlfinger 81 anliegt. Dadurch wird vermittels des Antriebs 23
die Leitspindel 8o in Drehung versetzt und verschiebt seitlich den Ständer 12. Nachdem
alle Schaufeln o. dgl. am Werkstück in dieser Weise geschruppt worden sind, kann
die Frässpind'el nach innen vorgeschoben «erden und einen weiteren Span von den
Schaufeln abfräsen. Ist das Werkstück in dieser Weise ringsherum zwei oder unter
Umständen dreimal bearbeitet worden, werden die Schaufelflächen geschlichtet und
erhalten dadurch ihre endgültigen Abmessungen. Es versteht sich, daß sich die Schablonen
nach der Art des Werkstücks richten und daß daher jeder Schablonensatz nur für ein
bestimmtes Muster des Werkstücks verwandt werden kann.
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Wenn auch die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf
die Bearbeitung eines Schaufelrads erläutert ist, so versteht es sich doch, daß
auch andere Werkstücke bearbeitet werden können, die zu ihrer Herstellung einige
oder alle der erläuterten Verstellbewegungen erfordern.