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Vorrichtung zum mustergemäßen Fräsen von Stabprofilen großer Länge
Beim Bau von Luftfahrzeugen werden in den Holmgurten Stabprofile (Flach-, Winkel-,
T-, Z-und ähnliche Profile) großer Länge verwendet, die - bedingt durch die Anpassung
an den stromlinigen Umriß der Bauteile - eine komplizierte Form aufweisen. Die Profile
haben meistens über ihre Länge sich fortlaufend ändernde Querschnittabmessungen
und außerdem schief stehende Stege. Daraus ergeben sich für die Bearbeitung der
Profile erhebliche Schwierigkeiten. Man hat sich bei der Bearbeitung dieser zumeist
aus Leichtmetall bestehenden Profile zunächst an die in der Holzbearbeitung übliche
Verfahrensweise angelehnt. Die Profile wurden auf Werktischen aufgespannt, die das
Werkstück auf der ganzen Länge unterstützen. Die verschiedenen Formen der Profile,
besonders die Keilformen, wurden gewöhnlich durch Schrägspannen auf dem Tisch unter
Anwendung umwechselbarer Spannunterlagen erzielt.
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Die werkstücklangen Aufspannvorrichtungen, die über ihre erhebliche
Länge hin (etwa 15 bis 2o m) auch genügend biegefest sein müssen, erfordern naturgemäß
beträchtliche Werkstoffmengen, Kosten und Fertigungszeiten. Die Einrichtzeiten dieser
Maschinen beim übergang von einer Querschnittsform auf eine andere sind zudem recht
erheblich. Sie betragen oft ein Mehrfaches der eigentlichen Zerspannungszeit.
Außerdem
sind zur Bearbeitung der Profile Kopierfräsmaschinen bekanntgeworden, bei denen
zu beiden Seiten des Werkstückes in dessen Längsrichtung sich erstreckende Kurvenlineale
für die Fräserführurig angeordnet sind, auf denen ein Schlitten läuft, der den mit
seiner Achse rechtwinklig zur Vorschubrichtung angeordneten Fräser mit seinem Antriebsmotor
trägt. Mit solchen Maschinen können nun nicht, wie es anzustreben ist, alle Seiten
des Werkstückes gleichzeitig bearbeitet werden, sondern es sind mehrere Arbeitsgänge
erforderlich, so daß sich lange Gesamtbearbeitungszeiten ergeben.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird bezweckt, eine Maschine zum mustergemäßen
Bearbeiten der in Frage stehenden Profile zu schaffen, welche die Bearbeitung beliebig
geformter Querschnitte bei sehr geringen Einrichtzeiten beim Übergang auf andere
Querscbnittsformen ermöglicht. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch folgende Maßnahmen
erreicht: Eine, mehrere radial zudem zentral geführten Werkstück in den zwei Hauptrichtungen
der Radialebene verschiebbare Fräserkreuzschlitten tragende Führungsplatte ist mit
Führungen für einen die Musterformen für die Einzelschlitten der Kreuzschlitten
tragenden Ring ausgerüstet, der sich entsprechend dem Vorschub des Werkstückes dreht,
wodurch die Musterformen gegenüber ihren Tastern bzw. Fühlern wandern.
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Bei .einer solchenAusbildung einer Bearbeitungsvorrichtung liegt die
Bearbeitungsstelle rund um das zentral durch den Tisch (die Führungsplatte) hindurchgeführte
Werkstück -für die Anordnung einer Vielzahl von Fräsern frei. Es kann somit in einem
Durchgang der gesamte Querschnitt oder bei besonders verwickelten Formen wenigstens
ein so großer Teil bearbeitet werden, wie Fräser um den Querschnitt angeordnet werden
können. Die Fräser sind in der Weise auf den Kreuzschlitten gelagert, daß ein Einstellen
jedes Werkzeuges in zwei sich kreuzenden Richtungen möglich ist. Die Einzelschlitten
der Kreuzschlitten haben unabhängig. voneinander von den Musterformen beeinflußbare
Steuerglieder, so daß die Schlitten zur Ausführung zusammengesetzter Arbeitsbewegungen
steuerbar sind, wobei die Richtung der Bewegung der Steuerglieder abhängig ist von
der Richtung der verlangten Resultierenden.
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Im weiteren Ausbau der Erfindung ist vorgesehen, daß die für jeden
Einzelschlitten der Kreuzschlitten auf dem an der Führungsplatte geführten Ring
gesondert angeordneten Musterformen ,gestaffelt angeordnet sind, um getrennte Bahnen
für die Schlittensteuerglieder zu erhalten.
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Nach einer weiteren wertvollen Einzelheit der Erfindung ist im Antrieb
des Ringes gegenüber dem des Werkstückes eine Übersetzung eingeschaltet, damit die
Länge der Musterformen lediglich einen Teil der Werkstücklänge aufzuweisen braucht.
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Die Erfindung umfaßt noch weitere Einzelheiten für die konstruktive
Durchbildung einer derartigen Maschine, die aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispielesklar werden. Die Erfindung wird nun an Hand einer beispielsweisen
Ausgestaltungsmöglichkeit näher erläutert.
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Abb. i der Zeichnung ist eine schematische Darstellung der Werkzeuganordnung
und der Steuerung der Werkzeugschlitten bei der Ausführung zusammengesetzter Arbeitsbewegungen;
Abb. 2 zeigt schaubildlich die Gesamtanordnung der Vorrichtung; Abb. 3 zeigt als
Einzelheit eine Draufsicht auf die Führungsplatte der Vorrichtung mit den auf dieser
Platte einstellbaren Werkzeugen und Steuergliedern; Abb. 4 ist in größerem Maßstab
in Ansicht und teilweisem Schnitt die Ausführung eines Werkzeugträgers;_- _ _---Abb.
5 und 6 sind. Einzeldarstellungen der Umschaltvorrichtungen, die jedem Steuerglied
eines Werkzeugschlittens zugeordnet sind.
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Nach der Erfindung ist die Möglichkeit geboten, die Werkzeuge auf
komplizierte Profilquerschnitte einzustellen, beispielsweise auf etwa T-förmige
Stabprofile mit schief stehendem Steg, wie sie in der in Abb. i gezeigten Querschnittsform
und in abgewandelten Formen im Flugzeugbau alsTrägerprofile für Flugzeugzellenteile
vorkommen. Die auf die Quers-chnittsforrn des.We@rkstiialces. eingestellten Werkzeug-,
können zudem .noch nach Mu;siterfoirmet, geesteuertwerden, so- d.aß dseBeaebeitung
von Werkstücken mit über ihre Länge veränderlichen Querschnittsabmessungen gegeben
ist. Es folgt daraus, daß die Spanabnahme bei Werkzeugen, die zwei Werkstückseiten
gleichzeitig bearbeiten, an den beiden Werkstückseiten unterschiedlich sein kann.
Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung eine Steuerung der Werkzeugschlitten zur
Ausführung zusammengesetzter Arbeitsbewegungen vor. Gemäß Abb. i greifen in die
Winkel beiderseits des Steges des T-Profils i doppeltkegelförmige Fräser 2, 3 ein.
Der Profilrücken wird von einem Walzenfräser 4 bearbeitet. Für die Lagerung des
Walzenfräsers 4 ist ein einfacher Schlitten vorgesehen, der bei der Kopierbearbeitung
von einem Steuerglied eineAnstellbeviregung inPfeilrichtungx erfährt. Für die doppeltkegelförmig
gestalteten Fräset 2, 3 sind Kreuzschlitten vorgesehen, von denen jeder Einzelschlitten
mit einem Steuerglied in Verbindung geibraoht wird. Diel Steueirgliede:r, weilohe
zweckmäßig von Musterformen beeinflußt werden, sind je nach der Eigenart des zu
bearbeitenden Werkstückes auf Ausübung einer Zugkraft oder Druckkraft auf den angeschlossenen
Schlitten einzustellen. Beim Fräser 2 sind die Schlittensteuerglieder beide auf
Ausübung einer Druckkraft auf die angeschlossenen Schlitten eingerichtet (Pfeile
yz). Die Werkzeugbewegung erfolgt hierbei in Richtung der Resultierenden der beiden
Kräfte. Beim Fräsen- 3 ist eines. der Steuexgglieder auf Druck (Pfeil o) und das
andere auf Zug eingestellt (Pfeil p). Auch hier wird der Fräser 3 in Richtung der
Resultierenden der beiden Kräfte in Schnitt gefahren.
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Nach Abb. 2 ist auf dem Vorrichtungsgestell io eine Führtulgsplattei
i i voirgesehen, auf weilcher die
Werkzeugschlitten 13, 14, 15 einstellbar
gelagert sind. DieEinzeila,usgesta.ltu,ngder Werkzeugsch.litten wird weiter unten
an Hand der Abb.4 beschrieben. Abb.3 zeigt die Anordnung der Werkzeugschlitten in
Draufsicht. Jeder Werkzeugschlitten trägt eine Spindel 16 bzw. 17 bzw. 18, von denen
jeder ein Antriebsmotor 16a, 17a, 18a zugeordnet ist. Die Kraftübertragung vom Motor
auf die Spindeln erfolgt vorteilhaft durch Riemen 16b, 17b, 18b. Das Werkstück i,
auf dessen Profilquerschnitt die Werkzeuge einstellbar sind, ist in einer zentralen
Durchbrechung durch die Führungsplatte i i hindurchgeführt und wird in einer Führungseinrichtung
zu beiden Seiten der Werkzeuge gehalten. Beiderseits der Werkzeugangriffsstellen
sind die Führungsköpfe i9, 2o vorgesehen, von denen der Kopf i9 unmittelbar auf
der Führungsplatte i i sitzt und derjenige 2o in einiger Entfernung über den Werkzeugen,
in welcher Lage er durch die Stützglieder 21, 22, 23 gehalten wird. Es können in
gewissen Abständen je nach der Länge des zu bearbeitenden Werkstückes weitere Führungseinrichtungen
vorgesehen sein, welche gegebenenfalls mittels Konsole an den der Vorrichtung benachbarten
Wänden festgelegt werden können. Das Werkstück wird mittels einer Zugeinrichtung
25 an den Werkzeugen vorbeibewegt.
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Der Vorschub wird durch Vorschubglieder 26 bewirkt, welche über Schneckenrad
27 und Schnecke 28, Riementrieb 29 von dem Motor 30 und ein mit diesem in
Zusammenwirkung stehendes stufenlos regelbares Getriebe 31 angetrieben werden. Auf
gleicher Achse mit dem Vorschubglied 26 sitzt ein Winkelrädergetriebe 32, 33, welches
einen Ring 40 antreibt, der die Führungsplatte i i umschließt und in einer Führung
41 drehbar gelagert ist. In diesem Antrieb ist ein weiteres Regelgetriebe 35 eingeschaltet.
Der Ring 4o dient als Tragkörper für die auswechselbar auf diesem angeordneten Musterformen
42, 43, 44 zur Beeinflussung der Steuerglieder 45, 46, 46a, 47, 47a der Werkzeugschlitten
13, 14, 15 beim Kopierfräsen. Die Musterformen werden von den Fühlern 48, 49, 49a,
50, 50a abgetastet. Die Fühler 48, 49, 49a, 5o, 5oa stehen über die Umschaltvorrichtungen
51, 52, 52a, 53, 53a mit den Steuergliedern in Verbindung. Die Umschaltvorrichtungen
54 52, 52a, 53, 53" werden im einzelnen an Hand der Abb. 5 und 6 noch beschrieben.
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An dem Ring 40 ist noch eine weitere Lehre 56 angeordnet, von welcher
aus über den Winkelhebel 57, Lenker 58 und Steuerhebel 59 das stufenlos regelbare
Getriebe 31 verstellt wird, um auf diese Weise eine selbsttätige Regelung des Werkstückvorschubes
entsprechend dem sich über die Länge des Werkstückes i ändernden Querschnitt herbeizuführen.
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Abb. 3 zeigt die Anordnung der Werkzeuge und der Werkzeugschlittensteuerglieder
in Übereinstimmung mit dem Schema nach Abb. i. Es ist ersichtlich, daß der Fühler
48, 49, 49a, 50, 50a jedes Steuergliedes 45, 46, 46a, 47, 47a auf einer besonderen
Musterform läuft. Die Musterformen sind beim Ausführungsbeispiel nicht übereinstimmend
mit der Länge des Werkstückes, sondern stehen in einem Übersetzungsverhältnis zu
dieser, wodurch sich eine bequeme Unterbringung der Musterformen auf dem Tragring
40 ergibt.
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Abb. 4 zeigt als Einzelheit die Ausgestaltung der Werkzeugschlitten.
Die Frässpindel 16 bzw. 17 bzw. 18 ist mit einer Fußplatte 61 ausgerüstet. Diese
Fußplatte ist mittels Schrauben 62, 63 auf dem Tragkörper 64 einstellbar angeordnet.
Die Einstellung der Frässpindel kann nach Lockern der Schrauben 62, 63 in Nuten
65 des Tragkörpers 64 in der einen und in Langlöchern 66 der Fußplatte 61 in der
senkrecht dazu liegenden Richtung erfolgen. Außerdem ist der Tragkörper mit einer
Schneckenverzahnung 67 versehen und kann mittels der in diese Verzahnung eingreifenden
Schnecke 68 um den Zapfen 69 gedreht werden. Der Tragkörper 64 durchsetzt mit seinem
Zapfen 69 die Kreuzschlitten, bestehend aus den in üblicher Weise in Führungen senkrecht
zueinander bewegbaren Schlitten 70, 71. Mit 72, 73 sind die Angriffspunkte der Schlittensteuerglieder
45, 46, 46a, 47, 47a bezeichnet. Die Verschiebung des Schlittens
70 erfolgt mittels eines Schiebekörpers 75, an welchem der Angriffspunkt
73 des entsprechenden Steuergliedes vorgesehen ist. In diesen Schiebekörper greift
der Zapfen 69 des Tragkörpers 64 ein. Dem Zapfen ist in dem Schlitten 71 durch eine
Ausnehmung 76 Bewegungsspiel gegeben.
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Abb.5 und 6 zeigen die Ausgestaltung der Schlittensteuerglieder 45,
46, 46a, 47, 47a und der Umschaltvorrichtungen 51, 52, 52a, 53, 53a, mittels
welcher die Art der Krafteinwirkung (Zug oder Druck) auf die angeschlossenen Werkzeugschlitten
13, 14, 15 einstellbar ist. Auf jedem Steuergliede 46 bzw. 46a, 47, 47- ist
ein Gleitkörper 8o verschiebbar und festlegbar angeordnet. Für den Gleitkörper 8o
ist ein Führungsrahmen 81 vorgesehen, der mit dem Lagerstück 8.2 fest verbunden
ist. Der Führungsrahmen 81 dient gleichzeitig zur Führung des Fühlers 48, 49 bzw.
49a, 5o oder 50a, welcher mittels der Rolle 83 auf der Musterform entlang gleitet.
In einer Nixt des Gleitkörpers 8o ist mittels einer drehbar aber unverschieblich
gelagerten Gewindespindel 84 der Stein 85 höhenverstellbar geführt. In diesem Stein
85 sitzt ein Stift 86. In dem Gleitkörper 8o ist ferner eine Steuerscheibe 87 im
Punkt 88 drehbar gelagert, welche auf ihrer dem Gleitkörper 8o zugekehrten Seite
einen in Durchmesserrichtung verlaufenden Steuerschlitz 89 aufweist. In diesen Steuerschlitz
greift der Stift 86 des Steins 85 ein. Die Steuerscheibe 87 ist mit einem Ansatz
9o versehen, welcher ein Langloch 9i besitzt, durch welches hindurch die Festlegung
der Steuerscheibe 87 an dem Fühler 48 bzw. 49, 49a, 50, 50a mittels der Schraube
92 erfolgt.
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In der in Abb. 5 gezeigten Stellung der beschriebenen Glieder wird
die durch die Musterform veranlaßte Höhenverschiebung des Fühlers 49 als Druckkraft
auf das Steuerglied 46 übertragen. Die Steuerscheibe 87 wird über die Schraube 92,
den Ansatz 9o in Richtung des Pfeiles r um ihren Drehpunkt 88 geschwenkt. Der in
den Steuerschlitz 89
der Steuerscheibe eingreifende Stift 86 überträgt
diese Bewegung auf den Stein 85 und dieser auf den Gleitkörper 8o als eine geradlinige
Bewegung. Der Gleitkörper 8o ist durch die Klemmschraube 95 mit dem Steuerglied
46 verbunden, so daß letzteres eine entsprechende Verschiebung erfährt, die auf
den angeschlossenen Werkzeugschlitten übertragen wird. Wenn auf den an das Steuerglied
46 angeschlossenen Schlitten eine Zugbewegung ausgeübt werden soll, ist es nötig,
nach Lösen der Klemmschraube 95 für die Festlegung des Gleitkörpers 8o auf dem Steuergliede
46 den Stein 85 mit dem Stift 86 durch die Vermittlung der Gewinde= spindel 84 unter
seitlicher Verschiebung des Gleitkörper 8o auf dem Steuergliede 46 aus der gezeichneten
oberen (d. h. über der Achse des Steuergliedes 46 befindlichen) Eingriffsstellung
- in dem Steuerschlitz 89 in eine untere (d. h. unter der Achse des Steuergliedes
46 befindlichen) Eingriffsstellung in diesem Schlitz 89 zu bringen. Nach erneuter
Festlegung des Gleitkörpers 8o auf dem Steuergliede 46 durch Festziehen der Klemmschraube
95 wird nunmehr die gleiche Verschiebung des Fühlers 49 als Zug auf das Steuerglied
46 und somit auf den angeschlossenen Werkzeugschlitten übertragen. Durch die Lage
des Stiftes 86 in dem Steuerschlitz 89 der Steuerscheibe 87, d. h. durch den Abstand
des Stiftes vom Drehpunkt 88 wird gleichzeitig die Größe der Bewegung des Steuergliedes
46 bestimmt, und zwar gemäß dem Übersetzungsverhältnis, in welchem die Musterform
zur Werkstücklänge steht.
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Wie das Ausführungsbeispiel der Zeichnungen zeigt, ist damit eine
Bearbeitungsvorrichtung geschaffen, die in ihrem Aufbau im Hinblick auf die komplizierte
Arbeit einfach ausgebildet und daher billig in der Herstellung ist. Die Bearbeitungswerkzeuge
sind auf die verschiedensten Profilquerschnitte in einfacher Weise einstellbar,
die Steuerung der Werkzeuge- ist unkompliziert und - was besonders hervorzuheben
ist - die bisher für notwendig gehaltenen Spannzeiten für die Werkstücke sind in
Fortfall gebracht.