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Selbsttätige Kopierfräs- und Schleifmaschine Es sind bereits Kopierfräsmaschinen
bekanntgeworden, bei welchen ein Fühler den Umrissen eines Modells folgt und die
Bewegungen dieses Fühlers auf ein oder mehrere Werkzeuge übertragen werden, die
dann Werkstücke von gleicher Form und Größe wie das Modell aus dem Material herausarbeiten.
Für die Übertragung der Bewegung des Fühlers auf das Werkzeug werden beispielsweise
mechanische, pneumatische, hydraulische oder andere bekannte Mittel verwendet. Die
Verwendung mechanischer Steuerungen bedingt komplizierte Gestänge, welche die Kopiertreue
beeinträchtigen und zudem die Maschine verteuern. Bei pneumatischen Steuerungen
bewirkt die hohe Elastizität der verwendeten Luft ebenfalls Kopierverzerrungen.
Mit hydraulischen und anderen Steuerungen konnte die Übertragung der Kopierbewegung
verbessert werden, dbch haben alle bisher verwendeten Kopierfräsmaschinen den Nachteil,
daB, insbesondere bei der Bearbeitung gedrallter (verwundener) Schaufeln für Turbomaschinen,
wie beispielsweise Dampf- und Gasturbinen und Axialverdichter, konische oder stark
ballige Werkzeuge verwendet werden mußten. Solche Werkzeuge lassen aber nur eine
beschränkte Leistung zu, weil die durch ihre Form bedingte beschränkte Länge der
Berührungslinie mit dem Werkstück zu kleinen seitlichen Vorschüben, besonders bei
der Fertigbearbeitung, zwingt. Überdies bedingt die Raumform des Werkstücks oft
eine Verminderung
der Schaftstärke der Werkzeugspindel auf ein Mindestmaß,
was entweder die Zahl der bearbeitbaren Raumform beschränkt oder, bei zu schwacher
Ausführung der Werkzeugspindel, die -Kopiertreue beeinträchtigt.
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Die erwähnten Nachteile können vermieden werden, wenn sowohl dem Modell
wie auch dem Werkstück eine Taumelbewegung erteilt ;wird und zugleich der Fühler
und auch .das Werkzeug als schwach ballige bis kreiszylindrische Rollen ausgeführt
werden, welche ein gutes Anschmiegen ihrer Erzeugenden an .die jeweiligen Erzeugenden
des Modells bzw. des Werkstücks zulassen. Dies alles ist möglich, wenn der Fühler
magnetisch gemacht und mechanisch .angetrieben wird, so@ daß er sich bei stetig
gutem Anschmiegen an das Modell mit konstantem Profilumfangsvorschub um dasselbe
herumbewegt und auf dem Profilumfang abrollt. Wird nun auch dem in Form und Größe
dem Fühler gleichen Werkzeug dieselbe Vorschubbewegung aufgezwungen wie dem Fühler
und zugleich dem Modell und dem Werkstück ein Vorschub in Richtung der Fühler- und
Werkzeugachsen erteilt, so kann eine verhältnismäßig einfach aufgebaute Kopierfräs-
und Schleifmaschine gebaut werden, auf welcher vielfältig geformte Werkstücke mit
großer Kopiertreue rasch und billig hergestellt werden können. Die schwach ballige
bis zylindrische Form gewährleistet beim Fühler eine gut verteilte, dauernd wirksame
magnetische Anzugskraft zwischen diesem und dem Modell, beim Werkzeug aber -eine
verhältnismäßig große Breite der jeweiligen der Bearbeitung unterliegenden Zone
des Werkstücks. Wird der Vorschub des Modells und des Werkstücks in Richtung der
Fühler- und Werkzeugachsen in ein richtiges Verhältnis zum Profilumfangsvorschub
des Fühlers und des Werkzeugs gesetzt, so kann eine vollständig glatt gefräste oder
geschliffene Oberfläche des Werkstücks erzielt werden. Die Taumelbewegungen, die
das Modell und das Werkstück in gleicher Weise ausführen, gewährleisten nicht nur
ein ,dauerndes gutes Anschmiegen des Fühlers an das Modell bzw. des Werkzeugs an
das Werkstück, sondern sie schaffen auch Raum für eine kräftige Ausführung der Fühlerspindel
und der Werkzeugspindel, dadurch, daß das Modell und das Werkstück fortlaufend zum
seitlichen Ausweichen gezwungen werden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine selbsttätige
Kopierfräs- und Schleifmaschine, insbesondere zur Serienfertigung von Schaufeln
für Turbomaschinen, gekennzeichnet durch einen magnetischen, auf einer allseitig
ausschwenkbar angeordneten und stetig umlaufenden Spindel befestigten, schwach balligen
bis zylindrischen Fühler sowie durch mindestens eire Werkzeugspindel mit daran befestigtem,
in Form und Größe dem Fühler gleichen Werkzeug, ferner durch einen Modell-und Werkzeugträger,
der einem Modell und mindestens einem Werkstück eine allseitig freie Taumelbewegung
gestattet, und schließlich durch Mittel zur Steuerung und zum Antrieb der ebenen
Werkzeugbewegungen und,der Taumelbewegungen des Werkstücks, wobei alle Teile so
angeordnet sind, ;d'aß der mit konstanter Gcschwinidigkeit um die Profillinien des
Modells umlaufende und auf diesen sich abrollende magnetische Fühler durch eine
Steuerbewegung &r Fühlerspindel eine um die Profillinien des Werkstücks umlaufende
Vorschubbewegung des Werkzeugs steuert, während eine taumelnde Steuerbewegung des
Modells eine der Taumelbewegung des Modells gleiche Taumelbewegung des Werkstücks
steuert.
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Die Zeichnung zeigt mehr oder weniger schematisch teils in Frontansicht
und teils im Schnitt ein hydraulisch gesteuertes und angetriebenes Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes, worin der Einfachheit halber an sich bekannte, konstruktive
Einzelheiten der Steuerungseinrichtungen und der Antriebseinrichtungen weggelassen
worden sind.
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Das gewählte Beispiel stellt eine einspindlige Schleifmaschine mit
senkrechter Spindel dar. Selbstverständlich kann .die Maschine mit hehreren Arbeitsspindeln,
aber auch in @diesern Fall mit einer einzigen Fühlerspindel ausgeführt werden.
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Auf einem Maschinengestell i sind zwei horizontale Schlitten a und
3, deren Bewegungsrichtungen sich kreuzen, angeordnet. Im Schlitten 3 ist eine Spindel
mit einem magnetischen Fühler q. angebracht, welche von einem Motor 5 angetrieben
wird; diese Spindel ist freitragend gelenkig gelagert, z. B. durch ein Universalgelenk
oder einen biegsamen Stab 6.
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Eine zylindrische Partie der Fühlerspindel steuert die Olausflußöffnungen
7 und 8 eines im Schlitten 3 angeordneten hydraulischen Steuersystems und verändert
dadurch .den Öldruck auf den seitlichen Kolbenflächen eines Steuerschiebers 9. Bei
1o und 1i sind Drosselblenden angedeutet. Das Öl mit konstantem Druck, Idas von
einer nicht gezeichneten Pumpe angeliefert wird, fließt bei 12 dem Steuersystem
zu und wird durch den Steuerschieber 9 zum bewegbichen Antriebszylinder 13 des Schlittens
3 verteilt. Der Kolben 1.4 ist in axialer Richtung mit dem Schlitten :2 fest verbunden.
Unter der Einwirkung des wechselnden Öldrucks auf beiden Seiten des Kolbens 14 wird
der Schlitten 3 relativ zum Schlitten ? hin und her gehende Bewegungen ausführen,
die durch geringfügige Steuerbewegungen der Fühlerspindel gesteuert werden.
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Im Schlitten 3 ist auch die das Werkzeug 16 tragende Spindel gelagert;
es können auch mehrere Werkzeugspindeln und Werkzeuge vorgesehen sein. Die Werkzeuge
werden hinsichtlich ihrer Arbeitsbewegung normalerweise mechanisch angetrieben.
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Der Schlitten z kann sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens
3 auf dem Maschinengestell i verschieben. Ein gleiches hydraulisches Steuersystem,
wie soeben beschrieben, steuert die horizontalen Bewegungen dieses Schlittens -2
mit Hilfe der Ölausflußöffnungen 7' und 8'; die weiteren konstruktiven Einzelheiten
dieses Steuersystems slind, weil an sich bekannt, in der Zeichnung weggelassen worden.
Dank
diesen beiden Steuersystemen kann sich das Werkzeug 16 in horizontalen Ebenen in
gleicher Weise bewegen wie der Fühler q..
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Die Taumelbewegung des Modells und die stets dazu parallele Taum-elbewegung
des Werkstücks werden durch deren kardanisch-bewegliche Anordnung ermöglicht. Die
Taumelbewegung des Werkstücks wird durch prinzipiell gleiche hydraulische Mittel
gesteuert wie die Vorschubbewegung des Werkzeugs. Das Modell 15 und das Werkstück
17 sind in kardanischer Aufhängung auf dem Maschinentisch 18 angeordnet, welchem
durch einen hydraulischen Zylinder 1g ein vertikaler, stetiger oder stufenweiser
Vorschub in Richtung der Werkzeugachse erteilt wird. Dieser Vorschub wird durch
irgendein bekanntes, nicht gezeichnetes Mlittel gesteuert.
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Die Taumelbewegung des Modells, welche direkt durch den magnetischen
Fühler bewirkt wird und von welcher ein geringfügiger Teilbetrag als Steuerbewegung
benutzt wird, steuert die Taumelbewegung des Werkstücks ebenfalls über hydraulische
Steuersysteme. Zu diesem Zweck werden das Modell und das Werkstück in einen Modell-
und Werkstückträger eingesetzt, der wie folgt näher beschrieben wird. Auf im Maschinentisch
18 drehbar angeordneten Trägerstücken 20 und 20' sind in senkrechter Richtung dazu
drehbare Einspannstücke 21 und 22 für das Modell und das Werkstück gelagert. Mit
dem Trägerstück 20' ist ein Antriebszylinder 23 fest verbunden, in welchem ein Antriebskolben
24. hin und her laufen kann. Das Drucköl wird diesem Steuersystem durch die Öffnungen
25 und 26 zugeführt. 27 und 28 sind Drosselblenden. Ein mit dem Einspannstück 21
fest verbundener Steuerbolzen kann in einer Aussparung des Antriebskolbens 2,4 geringfügige
Steuerbewegungen ausführen und mit Hilfe der Ölausflußöffnungen 29 und 3o die eine
Schwenkbewegung des Einspannstückes 22 für das Werkstück steuern, dadurch, daß im
Antriebszylinder 23 Öl mit wechselndem Druck auf beiden Seiten des Kolbens 24 zugeleitet
wird. Ein gleiches hydraulisches Steuersystem, wie soeben beschrieben, dessen Antriebszylinder
bei 31 und dessen Antriebskolben bei 32 angedeutet sind, steuert nach Maßgabe der
Bewegungen des Einspannstückes 21 die zweite Schwenkbewegung des Einspannstückes
22 mit Hilfe der Ölausflußöffnungen 29' und 30'. Beide Schwenkbewegungen zusammen
ermöglichen die im Rahmen der Erfindung wesentlichen, stets parallelen Taumelbewegungen
von Modell und Werkstück.
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Die Steuerschieber und Antriebskolben können durch irgendwelche einfache,
bekannte, nicht gezeichnete Mittel in Umdrehung versetzt werden, z. B. durch Ölturbinen
oder Elektromotoren. Durch die den Schiebern und Kolben erteilte stetige Drehbewegung
werden die Reibungswiderstände reduziert, so daß bei unheschleunigter Vorschubbewegung
von Fühler und Werkzeug und bei konstantem Arbeitswiderstand der ganzen Ma- ' schine
eine sehr große Kopiertreue erreicht wird. Demselben Zweck dient die Lagerung der
Schlitten in ihren Führungen auf Kugeln; dadurch geht deren Reibung bei den Umkehrpunkten
stetig durch Null, und dieverzerrungsschädlichenAuswirkungen von Widerstandssprüngen,
im Zusammenhang mit der Elastizität des Öls und der Maschine und mit allen an dieser
vorhandenen Undichtigkeitsstellen, werden beseitigt.
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Die erfindungsgemäße Maschine gestattet auch das rasche -und geometrisch
genaue Formen und Abrichten der Schleifwerkzeuge, die auf ihr zum Schleifen von
Werkstücken benötigt werden. Hierzu dient eine einfache Abrichtvorrichtung, bestehend
aus einem starren Balken mit seitlicher Führung, auf welcher einerseits ein Schleifdiamant,
anderseits ein Hilfsfühler mit einer Spitze oder Schneide entsprechend der Spitze
des Diamanten, aufgesetzt sind; Diamant und Hilfsfühler stehen im selben Abstand
voneinander wie Fühlerspindel und Werkzeugspindel an der Maschine. Auf der Fühlerspindel
sitzt als Modell der zu kopierende Fühler, auf die Werkzeugspindel wird Idas in
Form und Größe dem Fühler gleichzumachende Schleifwerkzeug aufgesetzt. Die Abrichtvorrichtung
wird auf dem Maschinentisch 18 so arngeordnet, daß der Hilfsfühler einem Meridianprofil
des als Modell dienenden Fühlers folgen kann. Bei Benutzung des vertikalen automatischen
Vorschubs 1g zum zwangsläufigen Antrieb der Abrichtvorrichtung wird der Diamant
am .abzurichtenden Schleifwerkzeug genau dasselbe Meridianprofil erzeugen, wie der
Hilfsfühler es am Modellfühler abtastet: