DE952583C

DE952583C - Fraesmaschine, insbesondere zum Herstellen von Profillehren

Info

Publication number: DE952583C
Application number: DEV8175A
Authority: DE
Inventors: Cyril William Medhurst
Original assignee: Vickers Armstrongs Ltd
Current assignee: Vinters Armstrongs Ltd
Priority date: 1953-12-15
Filing date: 1954-12-09
Publication date: 1956-11-15
Also published as: ES219002A1; US2830501A; BE534109A; GB753599A; FR1117527A

Description

AUSGEGEBEN AM 15. NOVEMBER 1956

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fräsmaschine,die vornehmlich zum Fräsen von Profillehren, z. B. von Schablonen für Tragflächenstücke von Flugzeugen, sowie zum Fräsen der Profile dreidimensionaler Gegenstände bestimmt ist, z. B. zum Fräsen der Tragflächenstücke selbst.

Bei Werkzeugmaschinen sonstiger Art, z. B. bei Drehbänken und Hobelmaschinen, ist es bekannt, das Arbeitswerkzeug auf Supporten und Schlitten derart zu lagern, daß es in der Arbeitsebene gleichzeitig in zwei sich kreuzenden Richtungen geradlinig bewegt werden kann. Die gleichzeitige Bewegbarkeit in sich kreuzenden Richtungen wird zur Bearbeitung von Profilflächen benutzt. Durch eine zusätzliche Bewegung der Aufspannvorrichtung für das Werkstück quer zur Arbeitsebene des Werkzeuges lassen sich auch dreidimensionale Profile bearbeiten.

Fräsmaschinen sind gewöhnlich so eingerichtet, daß der Fräser entweder um eine feststehende Achse umläuft oder quer zu seiner Drehachse eine geradlinige Hin- und Herbewegung ausführt. Um Kurven und Wölbungen von anderem als kreisförmigem Rundprofil auf Fräsmaschinen bearbeiten

zu können, ist es bekannt, Fräsmaschinen so einzurichten, daß eine Relativbewegung zwischen dem Fräser und dem Werkstück in mindestens zwei sich kreuzenden Richtungen stattfinden kann. Auch hierbei ist der Fräser in der Regel mit seiner Drehachse entweder feststehend oder nur in einer Richtung geradlinig beweglich, während die andere oder anderen Bewegungen vom Werkstück bzw. von seiner Aufspannvorrichtung ausgeführt werden. Die Aufteilung der Bewegungen zwischen dem Fräser und dem Werkstück bereitet gewisse Schwierigkeiten und verlangt umständliche Antriebssysteme. Sollen unterschiedliche Kurvenprofile in häufigem Wechsel auf der gleichen Fräsmaschine bearbeitet werden, so sind langwierige und umständliche Einstellarbeiten erforderlich, damit aus den zusammengesetzten Bewegungen des Fräsers und des Werkstücks das verlangte Profil zustande kommt.

Die Fräsmaschine nach der Erfindung weist dagegen ein einfaches Antriebssystem auf und läßt sich leicht auf die Bearbeitung. unterschiedlicher Profile umstellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Fräser in einer Arbeitsebene gleichzeitig in zwei sich kreuzenden Richtungen geradlinig bewegbar ist, in der einen Richtung mit gegebener Geschwindigkeit bewegt und in der anderen Richtung in zeitlicher Abhängigkeit davon durch eine umlaufende Kurvenführung gesteuert wird, die den Polarkoordinaten des herzustellenden Profils entsprechend ausgebildet ist. Damit die Maschine auch zur Bearbeitung von dreidimensionalen Profilen verwendet werden kann, ist zweckmäßig die das Werkstück tragende Aufspannvorrichtung quer zu der Arbeitsebene beweglich, in der der Fräser seine Bewegungen in sich kreuzenden Richtungen ausführt.

Bei diesjer Ausführung der Maschine kann das Werkstück nach jedem Fräsgang quer zur Arbeitsebene des Fräsers vorgeschoben werden. Die gewünschte Profilfläche wird dann durch viele Fräsgänge erzielt, die am Werkstück in dicht nebeneinanderliegenden parallelen Bahnen durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist die Fräsmaschine nach der Erfindung so ausgebildet, daß der den Fräser tragende Fräskopf auf einem Schlitten sitzt, der in der einen geradlinigen Bewegungsrichtung des Fräsers durch eine Kurbel angetrieben wird, und daß der Antrieb des Fräsers in seiner anderen geradlinigen Bewegungsrichtung über einen Hebel erfolgt, der mit dem einen Ende auf dem Fräserschlitten schwenkbar .gelagert, mit dem anderen Ende von der umlaufenden Kurvenführung gesteuert ist und an dem sich der Fräserkopf mit einem quer zur Bewegungsrichtung des Fräserschlittens verschiebbaren Antriebsglied führt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Beispielen erläutert, und zwar zeigen

Fig. ι und 2 das Arbeitsprinzip der Fräsmaschine nach der Erfindung in scbematischer Darstellung der wesentlichen Teile der Maschine bei Beginn und am Ende eines Fräsganges,

Fig. 3 die Vorderansicht einer Fräsmaschine für zweidimensionale Schablonen,

Fig. 4 eine Rückansicht der Maschine,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der

Fig· 4.

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 3, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VIl in

Fig· 3.

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips einer Fräsmaschine für dreidimensionale Gegenstände, z. B. eine Tragfläche, und

Fig. 9 einen Ausschnitt aus der Maschine ähnlich Fig. 6, aus der die abgeänderte Ausbildung der Werkstückhalteeinrichtung ersichtlich ist.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Maschine zum Herstellen einer zweidimensionalen Tragflächenschablone A einen Fräser 10 auf, der auf einem Schlitten 11 angeordnet ist. Der Schlitten ist an waagerechten Schienen 12 geführt und durch eine Kurbel 14 mit einem Kreuzkopf 13 verbunden. Die Führungen 37, 38 für den Kreuzkopf sind senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schlittens, angeordnet, so daß die Kurbel und ihr Drehzapfen 141 gezwungen sind, sich mit dem Schlitten 11 in der Richtung des Pfeiles B zu bewegen. Die Kröpfung der Kurbel 14 ist Vorzugsweise verstellbar, damit der Hub, über den sich der Schlitten 11 und dementsprechend auch der Fräser 10 hin und her bewegt, verändert werden kann.

Auf dem Schlitten 11 ist eine Scheibe 15 um einen Zapfen 151 drehbar angeordnet, der parallel zum Drehzapfen der Kurbel vorgesehen ist. Die Scheibe wird von der Kurbel durch einen Kettentrieb 16 od. dgl. angetrieben. Die Scheibe trägt auf ihrer Oberfläche eine Nockenbahn 17, die durch ein elastisches Band gebildet ist, das entsprechend dem Polardiagramm der F-Ordinaten des herzustellenden Schablonenprofils A eingestellt wird.

Am anderen Ende des Schlittens 11 und auf der der Nockenbahn 17 abgewandten Seite des Fräsers 10 ist ein Schwenkzapfen 18 vorgesehen, um den ein Hebel 19 schwenkbar ist, an dem eine Nockenrolle 20 gelagert ist, die mit der Nockenbahn 17 zusammenarbeitet. An einer zwischen dem Schwenkzapfen 18 und der Nockenrolle 20 liegenden Stelle legt sich der Hebel 19 gegen einen Stempel 21 an., der mit dem Fräskopf derart verbunden ist, daß die Stellung des letzteren in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens 11 liegenden Richtung durch die jeweilige Stellung des Hebels 19, wie sie sich durch die Nockenbahn 17 und die Rolle 20 ergibt, bestimmt wird. Die Anordnung ist aber so getroffen, daß der auf den Fräser wirkende Fräsdruck nicht auf den Stempel 21 rückwirken kann. .

Die Länge der Nockenbahn 17 ist so gewählt, daß sie von der Nockenrolle 20 abgefahren wird, wenn die Scheibe 15 in Richtung des Pfeiles C etwas weniger als eine volleUmdrehung auegeführt hat, und das Übersetzungsverhältnis des Kettentriebes 16 zwischen der Kurbel 14 und der Scheibe 15

ist so gewählt, daß sich die Scheibe 15 während einer Drehung der Kurbel von einem Totpunkt zum anderen um diesen Betrag (etwas weniger' als eine volle Umdrehung) dreht.

Im Betrieb wird ein für die Herstellung der Schablone bestimmter Rohling in einem in Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Aufspannblock festgeklemmt, der so unterhalb des Schlittens 11 angeordnet ist, daß der Fräskopf 10 entlang der oberen Kante des Rohlings bewegt wird. Ein den Fräser antreibender Motor 101 wird in Gang gesetzt und die Kurbel 14 und die Scheibe 15 ebenfalls. In dem Maße, wie die Nockenrolle 20 sich an der Nockenbahfl 17 entlang bewegt, wird der Hebel 19 nach unten und nach oben geschwenkt. Seine Bewegung wird entsprechend dem Hebelverhältnis verkleinert auf den Stempel 21 und den Fräskopf xo übertragen.

Der besondere Vorteil dieser Ausbildung der Maschine ist die hohe Genauigkeit, mit der der Fräser geführt. wird, z. B. in dem Teil AA der Schablone, der der vorderen Kante des Tragflächenprofils entspricht. Denn die durch Winkeländerungen in der Form der Nockenbahn 17 bei einer Änderung der Kurbelstellung von Θ bis d Θ bewirkte Schlittenbewegung ist außerordentlich klein, während der Quotient -J^ infolge des Cosinus-

effekts der Kurbelbewegung sehr groß ist.

Das Reproduktionsverhältnis kann hinsichtlich der Längsbewegung des Fräsers in einfacher Weise dadurch verändert werden," daß die wirksame Länge der Kurbel 14 verändert wird. Hinsichtlich der Querbewegung des Fräsers 10 läßt es sich

durch Änderung des Abstandes zwischen dem Stempel 21 und dem Schwenkzapfen 18 des Hebels 19 verändern. Bei Annahme eines festen Abstandes zwischen dem Schwenkzapfen 18 und dem Mittelpunkt der Nockenrolle 20 kann die wirksame Länge der Kurbel 14 gleich dem Abstand zwischen dem Stempel 21 und dem Schwenkzapfen 18 bleiben und eine Änderung der Größe der Werte χ und y durch eine einzige Verstellung bewirkt werden.

Bei der in Fig. 3 bis 7 dargestellten Maschine sind diejenigen Teile, die bereits in den schematischen Fig. ι und 2 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einer vorgestellten 2 bezeichnet. So ist der Fräser z. B. mit 210 bezeichnet. Die Maschine ist auf einem Tisch 30 angeordnet, der einen festen Rahmen 31 trägt, mit dem die horizontalen Schienen 212 für den Schlitten 211 aus einem Stück bestehen. Hier ist das Werkstück A in einem Spannblock 32 gehalten, der mit einem Support 33 aus einem Stück besteht und mittels einer Leitspindel 34 in die Frässtellung oder aus ihr heraus bewegt werden kann. Gegebenenfalls kann der -Block 35, auf dem der Support 33 angeordnet ist, in Längsrichtung der Maschine auf einer Schiene 36 verstellbar sein, die ihrerseits fest mit dem Tisch 30 verbunden ist.

Der Rahmen 31 weist zwei parallele, aufrecht stehende Teile 237 und 238 auf, deren einander zugekehrte Seiten eine vertikale Gleitbahn für den Kreuzkopf 213 bilden, der auf dem Kurbelzapfen 70 einer Kurbel 214 mittels einer Mutter 71 befestigt ist. Die Kurbel ist mit einem Zahnrad 39 gleichachsig verbunden, das von einem Elektromotor 40 über eine Riemenscheibe 41 einen Riemen 42, eine Scheibe 43 und eine in Lagerböcken 45 gelagerte Welle 44 angetrieben wird. Die Lagerböcke 45 sind an dem Schlitten 211 angeordnet. Eine auf der Welle 44 sitzende Schnecke 46 steht mit einem Schneckenrad 47 im Eingriff, das seine Drehbewegung auf das Zahnrad 39 über ein Unter-Setzungsgetriebe 48, 49, 50 überträgt. Das Zahnrad 39 ist auf der Welle 51 befestigt, die in Lagern 2141 des Schlittens 211 drehbar gelagert ist.

Ein auf der Welle 51 sitzendes Zahnrad 52 steht mit einem Zahnrad 53 im Eingriff, das auf der Welle 54 angeordnet ist, auf der auch die Nockenscheibe 215 sitzt. Diese Scheibe weist mehrere radial angeordnete, von Hand einstellbare Leitspindeln 55 auf, die je eine Gleitmutter 56 tragen, die sämtlich mit dem die Nockenbahn bildenden Band 217 im Eingriff stehen. Durch Verstellen der Spindeln 55 mittels der Drehknöpfe 57 kann die Form der Nockenbahn 217 geändert und so dem Polardiagramm eines gewünschten Profils angepaßt werden. go

Die Nockenrolle 220, die mit der Innenfläche der Nockenbahn 217 zusammenarbeitet, ist auf einem Schlitten 58 angeordnet, der mittels Rollen 59 in vertikaler Richtung in einer Gleitbahn verschiebbar ist, die durch zwei Schienen 60, 61 gebildet wird. Die Schienen sind vor der Scheibe 215 angeordnet und werden in dieser Lage durch einen an dem Schlitten 211 befestigten Lagerbock gehalten: An seinem untersten Ende trägt der Schlitten 58 eine Schneide 63, die sich gegen die obere Fläche des Hebels 219 legt, der an dem Schlitten 213 um den Zapfen 218 schwenkbar gelagert ist. Ein Gehäuse 64, das an einem auf dem Schlitten 211 angeordneten Lagerbock 65 befestigt ist und sich mit dem Schlitten bewegt, enthält einen vertikal verschiebbaren Stempel 221, an dessen unterem Ende ein Stift 66 angeordnet ist, der sich gegen eine an der Seite des Hebels 219 befestigte Schiene 67 anlegt! Das Gehäuse 64 ist mittels Leitungen mit einer Servosteuervorrichtung verbunden, die sich in dem Gehäuse 68 befindet, an dem der Fräskopf 210 angeordnet ist. Diese Einrichtung gibt dem Werkzeug eine vertikale Verstellung, die der vertikalen Bewegung des Fühlstiftes 66, die dieser durch Bewegungen des Hebels 219 erhält, proportional ist. Der Fräskopf wird von einem Elektromotor 2101 über ein Schaltgetriebe 69 angetrieben.

Die Abszisse χ des gewünschten Profils wird durch Änderung der Länge der Kröpfung der Kurbel 214 eingestellt. Dies läßt sich bei der dargestellten Bauart durch Lösen der Mutter 71 des Kurbelzapfens 70 und Verschieben des Schlittens 211 auf den Schienen 212 erreichen. Das Verschieben geschieht so lange, bis eine neue Grundstellung erreicht ist, bei der die gewünschte wirk-

same Länge der Kurbel 214 vorhanden ist. Die erzielte Vergrößerung oder Verkleinerung der gegebenen. Profilform läßt sich durch gleichzeitige Veränderung der wirksamen Länge der Kurbel 214 und des Hebelverhältnisses an dem Hebel 219 erreichen, d. h. des Verhältnisses der Länge des Hebelarms zwischen der Nockenrolle 220 und dem Schwenkzapfen 218 zu dem Abstand zwischen dem Schwenkzapfen und der Stelle, an der sich der Fühlstift 66 gegen die Schiene 67 anlegt.

Dies läßt sich dadurch erzielen, daß das Gehäuse 64 und die Teile 65, 68, 6g, 210 und 2101 alle zusammen an einem Block 72 (Fig. 6) angeordnet sind, der auf dem Schlitten 211 verschiebbar und in beliebiger Stellung festklemmbar ist. Das Festklemmen erfolgt mittels eines Schlüssels 73, der einen Exzenter 74 aufweist. Dieser Exzenter ragt in eine Bohrung 75 einer T-förmigen Schiene 76 hinein, die hinter die Rückseite des Schlittens 211 greift. Durch Drehen" des Schlüssels mittels eines Handhebels TJ kann das Werkzeugaggregat 64, 65, 66, 68, 69, 210, 2101 von dem Schlitten 211 gelöst werden. Verriegelt man dieses Aggregat dann vorübergehend durch Einstecken

»5 eines Stiftes 78 in übereinstimmende Bohrungen 79, 80, die in einem Lagerbock 81, der einen Teil des Aggregats bildet, und dem Rahmen 31 vorgesehen sind, so kann der Schlitten 211 verschoben und dadurch die wirksame Länge der Kurbel 214 und der Abstand zwischen dem Sch· /enkzapfen 218 und dem Fühlstift 66 geändert werden.

Bei der in Fig. 8 und 9 dargestellten abgewandelten Maschine ist der Rohling D, der entsprechend einem Tragflächenprofil bearbeitet werden soll, in einem Spannblock 32 gehalten, der auf einem Schlitten 33 angeordnet ist. Der Schlitten kann durch eine Leitspindel 34 nach Ausführung eines Fräsganges durch das Werkzeug 10 bzw. 210 vorgeschoben werden. Die Kurvenbahn 17 bzw. 217 wird so eingestellt, daß sich das gewünschte Profil beim ersten Fräsgang ergibt. Die nächsten Fräsgänge werden in parallel zu dem ersten Fräsgang verlaufenden Ebenen durchgeführt, und zwar durch gleichmäßige Verstellung des Schlittens durch die Spindel 34. Im Falle der Herstellung eines einfachen, über die ganze Länge gleichbleibenden Profils, das sich nur in der Größe ändert, wird die einmal eingestellte Nockenbahn 17 für alle Arbeitsschnitte beibehalten, während die' Änderungen in der Größe der Abszissen und der Ordinate y durch einfaches Ändern der wirksamen Länge der Kurbel 14 oder 214 erzielt werden.

Ist die eine Seite' des Rohlings D fertigbearbeitet, so wird der Rohling umgedreht und die Bearbeitung der anderen Seite in gleicher Weise durchgeführt. Die Güte der Oberflächenbearbeitung hängt von der Größe des Abstandes der benachbarten Fräsgänge ab.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Fräsmaschine, insbesondere zum Herstellen von Profillehren und zum Fräsen dreidimensionaler Gegenstände, die für eine Relativbewegung zwischen dem umlaufenden Fräser und dem Werkstück in mindestens zwei sich kreuzenden Richtungen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (10, 210) in einer Arbeitsebene gleichzeitig in zwei sich kreuzenden Richtungen geradlinig beweg- j₀ bar ist, in der einen Richtung mit gegebener Geschwindigkeit bewegt und in der anderen Richtung in zeitlicher Abhängigkeit davon durch eine umlaufende Kurvenführung (17,217) gesteuert wird, die den Polarkoordinaten des . herzustellenden Profils entsprechend ausgebildet ist.
2. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkstück (A) tragende Aufspannvorrichtung (33, 34) quer zu der Arbeitsebene des Fräsers beweglich ist, in der der Fräser seine Bewegungen in sich kreuzenden Richtungen ausführt.
3. Fräsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Fräser tragende Fräskopf auf einem Schlitten (11,211) sitzt, der in der einen geradlinigen Bewegungsrichtung des Fräsers durch eine Kurbel (14, 214) angetrieben wird und der Antrieb des Fräsers in der anderen geradlinigen Be- _go wegungsrichtung über einen Hebel (19, 219) erfolgt, der mit dem einen Ende an einem Lager (18) auf dem Fräserschlitten (11,211) schwenkbar, mit dem' anderen Ende von der umlaufenden Kurvenführung (17, 217) gesteuert ist und an dem sich der Fräserkopf mit einem quer zur Bewegungsrichtung des Fräserschlittens verschiebbaren Antriebsglied (21) führt.
4.' Fräsmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen (72 bis TJ), durch die das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungshebels (19) zwecks Änderung des Reproduktionsverhältnisses einstellbar ist.
5. Fräsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kurbel (14) als auch die Nockenscheibe (15) auf dem den Fräskopf tragenden Schlitten (11) angeordnet und miteinander durch ein Getriebe (16) verbunden sind, wobei die Kurbel einen Kreuzkopf (13) trägt, der in -einer am Maschinenrahmen befestigten Führungsbahn (37, 38) gleitet.
6. Fräsmaschine nach Anspruch 1 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken durch eine auf einer Scheibe (15) angeordnete, biegsame Leiste (17) gebildet ist, die durch Einstellvorrichtungen (55, 56, 57) auf die jeweils gewünschte Form einstellbar ist.
7. Fräsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtungen, iao die die Krümmung der biegsamen Leiste (17) bestimmen, aus radial an der Scheibe (15) angeordneten Spindeln (55) und daran gelagerten Muttern (56) bestehen, die an der biegsamen Leiste (17) angreifen.
8. Fräsmaschine nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Bewegung von der Nockenrolle (20) auf den Übersetzungshebel (219) durch einen Schlitten (58) übertragen wird, der in einem Rahmen (60, 61) verschiebbar ist und sich mit einer Schneide (63) gegen den Hebel (219) anlegt.
9. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (A) auf einem Support (33) befestigt ist, der längs einer Leitspindel (34) verschiebbar ist. 10

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 852 637, 613 763, 041, 91 534;

britische Patentschriften Nr. 711 830, 710904, 15 844, 704 400.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 609527/183 5.56 (609 682 11. 56)