DE19620011A1 - Fräseinrichtung mit Seitenabweichungs-Korrektur am Fingerfräser - Google Patents

Description

Das technische Gebiet der Erfindung sind Fräseinrichtungen, insbesondere eine Fräseinrichtung mit einem Fingerfräser und einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von Seitenabweichungen (Auslenkungen Durchbiegungen Rückfederungen) aufgrund von Seitenschneid-Belastungen.

Fräsmaschinen können so programmiert werden, daß ihre Spannhülse mit Spindel zum Halten von Fräser (Fräskopf) sich in einer gewünschten Bahn bewegen. Fräseinrichtungen, die Fingerfräser verwenden, unterliegen jedoch Seitenschneid-Belastungen, die zu einseitigen Ablenkungen oder Seitenabweichungen des Fingerfräsers weg von der Schneid-Oberfläche führen, wobei die Spitze des Fräsers stärker abweicht als der Schaft. Im Ergebnis sind sowohl die gefräste Seitenfläche als auch die gefräste Stirnfläche nicht genau passend für das Teil und weichen von der vorgesehenen Bahn ab.

Bei kritischen Einsatzzwecken, wie zum Beispiel beim Fräsen von Spiralteilen für einen Spiral-Gaskompressor (Schneckenkompressor), bei dem die vertikalen Wände und die Bodenflächen der Spiralteile die gasdichten Kammern oder Taschen bilden, verhindert jeder Fehler beim Bearbeiten der Teile einen präzisen Dichtkontakt. Das sich ergebende Entweichen von Gas aus einer Hochdruck-Kammer oder Tasche in eine Kammer mit niedrigerem Druck verursacht einen Verlust des Wirkungsgrades des Kompressors.

Verschiedene Faktoren beeinträchtigen die Neigung der Wände, wie zum Beispiel:

• (1) Eigenschaften des Fingerfräsers, wie Schliff des Werkzeugs, Stumpfheit des Werkzeugs, Elastizitätsmodule des Werkzeugmaterials, Schneidkantentiefe des Fräsers, Durchmesser des Fräsers und Länge des Fräsers außerhalb seines Spannfutters oder Spannhülse;
• (2) Steifheit der Fräser-Spannhülse;
• (3) Eigenschaften der Fräserspindel, wie Schaftgröße, Lagergröße, Lagerentfernung hinter dem Fingerfräser und Lager-Vorspannung;
• (4) Schnittiefe, Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl und Materialhärte;
• (5) die Anzahl der Schneidkanten, die gleichzeitig schneiden. Z.B. in der Mitte einer Spirale oder Schnecke können mehrere Schneidkanten gleichzeitig schneiden, da die Wand des Teils den Fräsfinger umgreift. Am äußeren Ende der Spiralwand arbeitet nur eine Schneide, da die Umgreifung des Fingerfräsers durch das Teil verringert ist;
• (6) die Steifheit der Wand, die in der Mitte der Spirale aufgrund der großen Krümmung relativ starr ist, die jedoch am äußeren Ende der Spirale aufgrund der Flachheit der Wand und der fehlenden Abstützung wesentlich nachgiebiger ist;
• (7) das Fräsen der inneren Wand im Verhältnis zum Fräsen der äußeren Wand, bei dem die Umgreifung des Fingerfräsers stark vermindert ist und die die Neigung verursachenden Kräfte von Neigung nach innen zu Neigung nach außen umgekehrt werden.

Es wurde im StdT versucht, die Wandneigung durch konische Gestaltung (durch Schleifen) des zylindrischen Abschnitts der Schneidkanten des Fingerfräsers zu korrigieren. Die Art der obigen Faktoren macht aber eine Vorhersage des genauen Umfangs dieser Gestaltung für die Korrektur unzweckmäßig, wenn nicht gar unmöglich. Da der Neigungseffekt sich verändert, während der Fräsvorgang von innen nach außen fortschreitet, verändern sich auch die Erfordernisse an die konische Ausbildung des Fingerfräsers. Auch korrigiert die konische Ausbildung nicht den stirnseitigen Schnitt des Fingerfräsers.

Es ist Aufgabe der Erfindung die Genauigkeit des Wandwinkels (relativ zur Basis) zu verbessern, besonders hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Ausrichtung der Wandseiten. Erfindungsgemäß wird die erforderliche Neigungskorrektur bestmöglich an einem Musterteil bestimmt, das unter üblichen Arbeitsbedingungen, bei denen alle obengenannten Fehlerfaktoren wirksam sind, bearbeitet worden ist. Dabei wird das gefräste Teil auf Neigung an verschiedenen Positionen der Fräsung der inneren und äußeren Spiralwand hin untersucht. Die Meßergebnisse werden in eine Werkzeug-Offset-Tabelle einer CNC-Steuerung bei den passenden Intervallen des CNC-Programms eingegeben.

Die Erfindung verwendet obige Meßergebnisse zum genauen Schneiden nachfolgender Teile, wobei sich die Neigungskorrekturen während des Ablaufs des Fräsprogramms verändern.

Vorzugsweise wird die Frässpindel in einem Käfig zur Neige- oder Kippbewegung gehalten, um ihre Position nach Maßgabe der Meßergebnisse zu korrigieren. Der Käfig wird durch einen Kipp- Servomotor schräggestellt, wie durch das CNC-Programm gesteuert, wobei die Position durch eine Codiereinrichtung überwacht wird. Wenn zusätzliche Teile bearbeitet werden, korrigiert der Kipp- Servomotor fortlaufend die Winkelposition des Fräsers, um die sich ändernde Abweichung des Fingerfräsers, wie bei dem geschnittenen Musterteil festgestellt, zu kompensieren oder auszugleichen.

Als Kipphalterung für den Frässpindelkäfig ist vorzugsweise ein Paar von Biege-Drehzapfen vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des Fingerfräsers und der Spindel angebracht sind. Da der Fingerfräser von einer Spannhülse einseitig gestützt wird und die Biegung des Fingerfräsers auf einen kurzen Abschnitt jenseits der Stirnfläche der Spannhülse konzentriert ist, sollte das Drehlager auf einer Ebene nahe der Stirnfläche der Spannhülse angebracht sein.

Mit der Erfindung wird, eine Seitenabweichungs- Kompensationseinrichtung für einen Fingerfräser geschaffen, die aus relativ wenigen Teilen zusammengesetzt ist, robust und langlebig in der Verwendung und relativ kostengünstig in der Herstellung, in der Montage und im Betrieb ist.

Die Erfindung(en) werden nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert und ergänzt.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Fräseinrichtung 10, wobei Teile weggebrochen bzw. im Schnitt dargestellt sind.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 1, wobei Teile weggebrochen sind.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von Fig. 1.

Fig. 5 ist eine Vorderansicht mit im Schnitt dargestellten Teilen der feststehenden und umlaufenden Spiralteile eines Spiralkompressors (scroll gas compressor).

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen in halbschematischer Darstellung einen Fingerfräser 12 beim Schneiden der Wand 40 eines Spiralteils 22 an verschiedenen Punkten entlang der Krümmung der Wand.

Fig. 9 ist eine halbschematische Vorderansicht einer Spirale oder Schnecke mit Buchstaben-Bezeichnungen A-H an Positionen, an denen Neigungsmessungen vorgenommen wurden.

Fig. 10 ist eine grafische Darstellung von Neigungsmessungen an einer Spirale, die ohne Ausgleich der Fingerfräser- und Wandauslenkung (Durchbiegung) gefräst wurde.

Fig. 11 ist eine grafische Darstellung von Neigungsmessungen an einer Spirale, die mit Ausgleich oder Kompensation der Fingerfräser- und Wandauslenkung oder Druckbiegung gefräst wurde.

Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung im Ausschnitt an der Position A von Fig. 9, mit Fräser- und Seitenwandauslenkung beim Fräsen ohne Kompensierung.

Fig. 13 ist eine der Fig. 12 entsprechende Darstellung an Position D, wobei wiederum ohne Kompensierung gefräst wurde.

Fig. 14 ist eine der Fig. 12 entsprechende Darstellung, wobei jedoch mit Kompensierung gefräst wurde.

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung im Ausschnitt einer geänderten Ausführungsform.

Fig. 16 ist eine dazu senkrechte Schnittansicht.

Fig. 17 zeigt die Ausführungsform der Fig. 15 und 16 von unten gesehen.

Die Fräseinrichtung 10 umfaßt einen Fingerfräser oder Schaftfräser 12, der in eine Spannhülse 14 eingespannt ist, welche am oberen Ende einer im allgemeinen vertikalen Spindel 16 angebracht ist. Die Spindel 16 ist die Abtriebs- oder Hauptwelle eines rotatorisch angetriebenen Motors 18. Der Motor 18 ist fest in einem Käfig oder Gehäuse 20 montiert.

Ein Werkstück 22 ist über dem Fingerfräser 12 an der Unterseite eines vertikalen Schaftes 24 angebracht, der mittels Lagern 25 zur Drehung um seine zentrale Achse 23 in einem Schlitten 26 gelagert ist. Der Schlitten 26 ist zur vertikalen Gleitbewegung auf Führungen 30 eines Kreuzschlittens 32 montiert. Der Kreuzschlitten 32 ist zur horizontalen Gleitbewegung auf Führungen 34 einer Basis 36 montiert.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 22 ein Metallguß-Spiralteil eines Spiral-Gaskompressors, und zwar entweder die feststehende Spirale oder die umlaufende Spirale. Das Werkstück hat eine ebene bzw. glatte Basis 38. Eine spiralförmige Wand 40 ragt vertikal aus der Oberfläche 42 der Basis hervor. Die gegenüberliegenden, radial nach innen und nach außen weisenden Flächen 44 und 46 der Wand 40 schneiden die ebene Oberfläche 42 der Basis und sind senkrecht zu dieser angeordnet. Die Fig. 5 und 6 zeigen das Werkstück (oder: Spiralteil) 22, das mit seiner spiralförmigen Wand 40 in eine spiralförmige Wand 45 eines zusammenwirkenden (zweiten) Spiralteils 49 in einem Spiral-Gaskompressor eingreift. Eines dieser Spiralteile kann feststehend sein, während das andere umläuft. Der Zwischenraum oder Abstand 47 in Fig. 6 ist das Ergebnis eines ungenau gefrästen Spiralteils, das zu Gasleckagen führt.

Der Fingerfräser 12 hat eine zylindrische Seitenwand oder -fläche 48, die zu seiner Drehachse 50 konzentrisch ist, und eine Stirnwand oder -fläche 52 die senkrecht zur Seitenwand 48 verläuft. Schneidlinien oder -kanten 54 ("Schneidzähne") sind sowohl an der Seiten- als auch an der Stirnfläche des Fräsers ausgebildet (vgl. Fräser 12 Fig. 12 bis 14).

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Fingerfräsers 12 beim fräsenden Bearbeiten der Wand 40 des Spiralteils 22 an deren äußerem Ende, wo die Wand flach wird und nur ein Schneidzahn gleichzeitig schneidet. Fig. 8 ist eine entsprechende Darstellung, zeigt jedoch den Fräser 12 beim Schneideingriff in der Nähe der Mitte der Wand, wo diese eine stärkere Krümmung bzw. eine engere Biegung aufweist und wo mehrere Schneidzähne gleichzeitig schneiden. Die Ausbiegung (Abweichung) des Fräsers 12 hängt teilweise von der Anzahl der gleichzeitig in die Wand 40 eingreifenden Schneidzähne ab; unter dem Druck des Fingerfräsers weicht aber auch die Wand aus (Abweichung aus der Senkrechten). An stärker gekrümmten Stellen ist die Wand starrer als an ihrem äußeren Ende. Dementsprechend verändert sich die Wandabweichung. Wenn der Fräser den Kontakt mit der Wand verläßt, federt diese zurück, was ebenfalls ihre Rechtwinkligkeit bzw. senkrechte Ausrichtung beeinträchtigt.

Der Schlitten 26 wird von einem Servomotor 56 entlang der Führungen 30 bewegt. Ein Riemenantrieb 55 vom Motor 56 zur Kugelumlaufspindel 57 hebt und senkt den Schlitten. Die Position des Schlittens wird von einer Codiereinrichtung 58 überwacht. Der Kreuzschlitten 32 wird von einem weiteren Servomotor 60 und einer Kugelumlaufspindel 61 entlang der Führungen 34 bewegt. Die Position des Kreuzschlittens wird von einer weiteren Codiereinrichtung 62 überwacht. Die Welle 24 wird von einem Servomotor 64, einer Schraube oder Schnecke 63 und einem Schneckenradgetriebe 65 um eine Achse gedreht und ihre Drehstellung wird von einer Codiereinrichtung 66 überwacht.

Der Käfig oder das Gehäuse 20 ist durch flexible Lager- oder Drehzapfen 70 (Torsionslager) mit einer stationären Basis 68 verbunden. Diese Drehzapfen sind Stege aus einem Material, das integral oder einstückig mit dem Käfig und der Basis ist; vorzugsweise ist das Material elastischer Stahl. Die integralen biegbaren Drehzapfen sind gegenüberliegend und in gleichem Abstand von der Drehachse 72 des Fräsers 12 und der Spindel 16 angeordnet. Die Achse der Drehbewegung um die Drehzapfen ist mit 74 bezeichnet und verläuft senkrecht zur Drehachse 72 des Fräsers 12 und seiner Spindel 16 und auf einer Ebene nahe der Stirn der Spannhülse 14. Die Torsions-Drehzapfen sind elastisch und federnd ausgebildet und ermöglichen die Kipp- oder Neige­ Einstellung des Käfigs 20 um die Achse 74, wobei sie jedoch der entsprechenden Stellbewegung beträchtlichen Widerstand auferlegen. Eine Kippung/Neigung der Drehzapfen bei der erwähnten Position der Achse 74 übt einen Minimaleffekt auf die Tiefe des Frässchnitts und auf die Seitenwandposition aus, wohingegen sie die Schrägstellung des Fingerfräsers zur Korrektur der Fräserabweichung aus der Vertikalen zuläßt.

Der Spindelkäfig 20 hat am unteren Ende einen Fortsatz 76. An dieser Verlängerung 76 befindet sich ein Joch oder Kragen 78 und zwischen den Armen des Jochs, auf einer zu der Achse 74 der Biegelager 70 parallelen Achse ist ein Nockenstößel oder eine Anlagewalze 80 gelagert. Ein Neigungswinkel- oder Schrägstellungs-Servomotor 82 ist durch eine Kupplung 84 mit einer in Lagern 87 gelagerten Nockenwelle 86 verbunden. Die Welle 86 weist einen Nocken 88 auf, der sich mit einer Anlagewalze oder einem Nockenstößel 80 im Eingriff befindet. Die Drehung des Nockens 88 gegen die Walze 80 bewirkt eine Schrägstellung des Spindelkäfigs 20 - soweit erforderlich - um den Winkel des Fingerfräsers zu ändern und die Fräserabweichung zu kompensieren. Die Stellung der Nockenwelle 86 wird von der Codiereinrichtung 91 überwacht.

Eine CNC-Einrichtung 92 ist vorgesehen, um den Betrieb der Servomotoren 64, 56, 60 und 82 für die Werkstück-Haltewelle 24, den Schlitten 26, den Kreuzschlitten 32 bzw. die Nockenwelle 86 zu überwachen.

Um den Drehzapfen 70 zusätzliche Stabilität des Spindelkäfigs zu verschaffen, ist das Nockenstößeljoch 78 mit einer zusätzlichen Verlängerung in Form einer relativ breiten, dünnen und flachen Lamelle oder Blattfeder 94 versehen. Das untere Ende der Blattfeder 94 ist mit Verbindungselementen 96 an der Basis festgeklemmt, welche eine kontrolliertes Kippen des Käfigs in dessen Neigungsrichtung um die Achse 74 der Drehzapfen 70 erlauben, jedoch jede seitliche, möglicherweise von den Drehzapfen erlaubte Bewegung des Käfigs verhindern. Eine Federeinheit 97 drückt auf die Verlängerung 76, um den Kontakt des Stößels 80 mit dem Nocken 88 aufrechtzuerhalten. Die Blattfeder 94 befindet sich auf der Mittellinie des Fingerfräsers und der Spindel und ist parallel zur Achse der Drehzapfen angeordnet und stellt der Kipp- oder Neigebewegung des Käfigs 20 zusätzlichen Widerstand entgegen.

Durch die Schrägstellung des Fräsers 12 in erforderlichem Maße, während das Spiralteil langsam gedreht wird, können die Oberfläche 44 oder 46 der Wand 40 und die Oberfläche 42 der Basis 38 gleichzeitig und im rechten Winkel zueinander bearbeitet (geschnitten) werden, trotz der Fräserabweichung aufgrund der seitlichen Belastung. Fig. 14 zeigt die seitliche Neigung des Fingerfräsers gemäß der Erfindung.

Fig. 10 ist eine grafische Darstellung von Neigungsmessungen an einer Spirale, die ohne Ausgleich der Fingerfräser- und Wandabweichung gefräst wurde. Die Wand hat eine beträchtliche Neigung. Fig. 11 ist eine ähnliche Darstellung, wobei die Spirale mit Ausgleich, das heißt mit schräggestellter Spannhülse und schräggestelltem Fräser gefräst wurde. Die Welligkeit bei der Messung ist auf geringfügige Fehler im Schliff des Fräsers zurückzuführen.

Die Wandausrichtung auf 90° wurde mit einem Fingerfräser mit einer sechser Spiralnut, 13 µm (.0005′′) Konizität in Achsrichtung gefräst. Der Fingerfräser ist in Fig. 9 an verschiedenen Position A-G seines Fräswegs beim Bearbeiten der inneren und äußeren Spiralwände mit demselben Fräser schematisch dargestellt. Die verschiedenen Positionen A-G sind auch in den Fig. 10 und 11 gezeigt.

In der Position A von Fig. 10 umgreift der kleine Spiralradius der inneren Spirale den Fräser eng und zwei oder mehr der Schneidzähne des Fräsers 12 befinden sich im Eingriff mit der Spiralwand. Der beim Fräsen entstehende Druck veranlaßt den Fräser mit seiner Spitze, die die Wand unten bearbeitet, von der Spiralwand abzudriften und auszuweichen, und zwar in einem höheren Maße als der Fräserschaft abweicht. Bei Überprüfung der sich ergebenden Wand auf Rechtwinkligkeit bei Position A zeigt sich, daß die Wand konisch verläuft.

Bei Position B von Fig. 10 hat sich der innere Spiralradius vergrößert; dies führt dazu, daß weniger Spiral-Schneidkanten in die Wand eingreifen und daß sich die Fräser-Abweichung verringert. Dementsprechend verringert sich auch die konische Verjüngung der Wand.

Bei Position C von Fig. 10, hat sich der Spiralradius weiter vergrößert und noch weniger Spiral-Schneidkanten befinden sich im Eingriff mit der Spirale, wodurch die Fräserabweichung und die konische Wandverjüngung weiter verringert werden. Außerdem wird in den äußeren Bereichen der Spirale ihr Radius größer und die Wand flacher und weniger steif als bei Position A, wo der Radius klein ist. Unter dem Druck des Fräsers wird die Wand von dem Fräser zurückgedrückt und wird nicht so tief ausgefräst. Wenn der Fräser die Spirale verläßt, federt die Wand zurück. Dies führt zu einer Wandverjüngung, die zunächst die Wand­ verjüngung aufgrund der Fräserabweichung kompensiert und (in den weiter außen liegenden Bereichen der Spirale) überkompensiert die Wandabweichung die Fräserabweichung und die Wand verjüngt sich in umgekehrter Richtung, wie Position D zeigt.

In den Positionen E und F von Fig. 10, in denen der Fräser die äußeren Spiralwände bearbeitet, ist die Anzahl der im Eingriff befindlichen Schneiden noch kleiner und wird zu einem geringeren Einflußfaktor. Der Einfluß der verminderten Steifigkeit der Wand von den inneren zu den äußeren Bereichen der Spiralwand bleibt jedoch ein solcher Faktor. Zu beachten ist, daß die Wandverjüngung an Position C (innere Wandfläche) vergleichbar ist mit der an Position G (äußere Wandfläche).

Der im Ausführungsbeispiel verwendete Fräser war mit 13 µm (.0005′′) axialer Konizität geschliffen, um die unter dem Schneiddruck auftretende Abweichung des Fräsers teilweise zu kompensieren. Da sich die Wandverjüngung ständig verändert, ist die Fräser-Hinterschneidung (Anpassung der Fräserform an die Wandneigung) nur eine Teillösung zum Erzielen der Wand­ genauigkeit, die erst ein Leckstrom von Gas und einen Wirkungsverlust des Spiralkompressors verhindert.

Die programmierbare Neigungskontrolle (oder Regelung bzw. Steuerung) gemäß der Erfindung ermöglicht es, den Verlust des Kompressor-Wirkungsgrades dadurch auszugleichen, daß ein Musterteil überprüft und geeignete Korrekturwerte programmiert werden.

Fig. 11 zeigt die verbesserte Rechtwinkligkeit der mit Kompensation, d. h. mit Schrägstellung der Spannhülse und des Fräsers gefrästen Wände. Wie in dieser Figur gezeigt, sind die Wände an denselben Punkten wie in Fig. 10 im wesentlichen neigungsfrei verglichen mit Fig. 10.

Fig. 12 zeigt die Fräserabweichung bei Position A von Fig. 9, wenn die Spannhülse 14 und der Fräser 12 nicht schräggestellt sind.

Fig. 13 zeigt die Rückfederung der Wand bei Position D, nachdem der Fräser den Bereich verlassen hat, wenn die Spannhülse 14 und der Fräser nicht schräggestellt sind.

Fig. 14 zeigt die schräggestellte Spindel und Fräserspannhülse 14, zum Kompensieren der bei Position A von Fig. 9 auftretenden Fräserabweichung.

Auf die in den Fig. 15 bis 17 dargestellte zweite Ausführungsform wird nun Bezug genommen. Die Unterseite der zylindrischen Wand 110 des Spindelkäfigs 112 hat ein sich nach unten erstreckendes Joch 114. Ein Nockenstößel 116 ist zwischen den Armen des Jochs auf einer zu den biegbaren Drehzapfen parallel verlaufenden Achse gelagert. Der Käfig 112, das Joch 114 und der Nockenstößel 116 sind ähnlich dem Käfig 20, dem Joch 78 und dem Stößel 80, die im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Der Nocken 88 befindet sich auf dem Schaft oder der Welle 86, die von einem Servomotor 82 gedreht und von einer Codiereinrichtung 91 überwacht wird, wie vorstehend beschrieben wurde, so daß die Drehung des Nockens die erforderliche Schrägstellung des Spindelkäfigs bewirkt, um den Winkel des Fräsers zu verändern und die Fräserabweichung zu kompensieren. Eine Federeinheit 120, die der vorstehend beschriebenen Federeinheit 97 entspricht, übt Druck auf die gegenüberliegende Wand des Käfigs aus, um den Kontakt des Nockenstößels 116 mit dem Nocken 88 aufrechtzuerhalten.

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Führungsplatten 130 zusätzliche Stabilität für die Drehzapfen 70 geschaffen. Wie in den Fig. 15 und 17 dargestellt, sind die Platten 130 flache, langgestreckte Elemente, die seitlich beabstandet und parallel zueinander auf der Basis 132 angeordnet sind und flache, parallele, ebene Innenflächen 134 aufweisen, die senkrecht zu der Achse der Drehzapfen 70 ausgerichtet sind. Auf der Unterseite des Käfigs 112, auf seinen gegenüberliegenden Seiten und senkrecht zu dem Nockenstößel 116 hat der Käfig nach außen weisende, parallele, flache, ebene Flächen 136, die sich in vollständigem Gleitkontakt Oberfläche an Oberfläche mit den Innenflächen 134 der Platten 130 befinden. Die Platten 130 führen und folgen der Schrägstellung des Käfigs um die Achse der Biege-Drehzapfen 70, verhindern jedoch jede, möglicherweise von den Drehzapfen erlaubte Seitenbewegung des Käfigs.

Der restliche, nicht separat beschriebene Aufbau des Ausführungsbeispiels der Fig. 15-17 entspricht dem der Fig. 1-14.

Der Betrieb der Vorrichtung ist wie folgt:

• (1) Ein Musterteil wird bearbeitet und an verschiedenen Abschnitten entlang der Spiralwand begutachtet und vermessen. An diesen verschiedenen Abschnitten wird die Abweichung der Spiralwand (bezüglich der Vertikalen) festgestellt.
• (2) Die Untersuchungs- und Meßergebnisse werden in die Offset- Tabellen der CNC-Einrichtung 92 bei den passenden Intervallen des CNC-Programms eingegeben.
• (3) Weitere Teile werden mit den obigen Offset-Werten bearbeitet, die den Schrägstellungs-Servomotor 82 dazu veranlassen, die sich ändernde, in dem gefrästen Musterteil festgestellte Wandneigung ständig zu korrigieren. Die Positionen der Werkstück-Haltewelle 24, des Schlittens 26, des Kreuzschlittens 32 und der Nockenwelle 86, die von den Codiereinrichtungen 66, 58, 62 bzw. 91 überwacht werden, werden in die CNC-Steuerung 92 zurückgeführt.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, gerade Wände und flache, senkrecht zueinander verlaufende Frässchnitte von hoher Präzision zu erhalten, welche (im Fall von Spiral-Kompressoren) Gaslecks und den Verlust von Kompressorwirkungsgrad verhindern.

Die beschriebenen Vorrichtungen sind nicht auf Spiralbearbeitung begrenzt, sondern finden vielmehr Anwendung bei jedem Präzisions-Fräser-Betrieb.

Vorgeschlagen wird ein Fingerfräser (12), zum gleichzeitigen Fräsen von zwei senkrecht zueinander verlaufender Oberflächen (42, 44, 46) eines spiralförmigen Teils (22). Der Fingerfräser (12) ist Seitenschneid-Belastungen unterworfen, die zu Seiten-Abweichungen führen, mit dem Ergebnis, daß sowohl die gefräste Seitenfläche als auch die gefräste Stirnfläche nicht exakt geschnitten sind. Um die Fingerfräser-Abweichung zu kompensieren, ist eine gesteuert kippende Einstellung (72, 74) der Lage des Fingerfräsers vorgesehen.

Claims (20)

1. Fräseinrichtung (10) zum Fräsen einer Oberfläche (40, 44-46) eines Werkstücks (22), umfassend:

• (a) einen Fingerfräser oder Schaftfräser (12; 48, 54) mit einer Drehachse (50), wobei der Fingerfräser (12) eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand (48) aufweist, die konzentrisch zu seiner Drehachse (50) ist und umfänglich beabstandete Seiten-Schneidlinien oder -zähne (54) hat;
• (b) eine erste Halteeinrichtung (24, 25, 26; 30, 32, 34, 36) zum Halten des Werkstücks (22);
• (c) eine zweite Halteeinrichtung (68, 70; 14, 16) mit einem Käfig oder Gehäuse (20; 76, 78; 112) zum einstellbaren Halten des Fingerfräsers (12) zur Drehung um seine Drehachse (50), wobei sich seine Schneidlinien oder -zähne (54) in Druckkontakt mit der Oberfläche des Werkstücks (22) befinden;
• (d) eine Kompensationseinrichtung (80, 86, 87, 88, 82, 91) zum Einstellen der Lage des Gehäuses (20; 112) zum Kompensieren oder Ausgleichen der Seitenabweichung des Fingerfräsers (12), welche Seitenabweichung sich aus dem Druckkontakt zwischen den Schneiden (54) und der Oberfläche (40) des Werkstücks (22) ergibt.

2. Fräseinrichtung (10) zum gleichzeitigen Fräsen einer ersten (44, 46) und einer zweiten (42) aneinandergrenzender und im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufender Oberflächen (42, 46; 42, 44) eines Werkstücks (22), umfassend:

• (a) einen Fingerfräser (12; 48, 54) mit einer Drehachse (50), wobei der Fingerfräser (12)
  • (aa) eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand (48), die konzentrisch oder leicht konisch zu der Drehachse (50) verläuft und umfänglich beabstandete Seiten-Schneidlinien (54) hat, und
  • (bb) eine (äußere) Stirnwand (52) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der Drehachse (50) verläuft und Stirn-Schneidlinien (54) trägt;
• (b) eine erste Halteeinrichtung (24, 25, 26; 30, 32, 34, 36) zum Halten des Werkstücks (22);
• (c) eine zweite Halteeinrichtung (68, 70; 14, 16) mit einem Halter (20; 76, 78; 112) zum einstellbaren Halten des Fingerfräsers (12) zur Drehung um seine Drehachse (50), wobei die Seiten-Schneidlinien (54) sich in Druckkontakt mit der ersten Oberfläche (44, 46) des Werkstücks (22) befinden und wobei die Stirn- Schneidlinien (54) sich in Druckkontakt mit der zweiten Oberfläche (42) des Werkstücks befinden, wenn das Werkstück auf die erste Halteeinrichtung montiert ist;
• (d) eine Kompensationseinrichtung (80; 86, 87, 88) zum Einstellen des Halters (20; 112) zum Kompensieren oder Ausgleichen der Seitenabweichung des Fingerfräsers (12), welche Seitenabweichung sich aus dem Druckkontakt der Seiten-Schneidlinien (54) mit der ersten Oberfläche (44, 46) ergibt.

3. Fräseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kompensations-Einrichtung eine am Halter (20; 112) angeordnete Walze oder Nockenstößel (80), einen daran angreifenden Nocken oder Exzenter (88) und eine Antriebseinrichtung (82, 84, 86, 92) zum Bewegen des Nockenstößels oder der Walze (80) zur Einstellung der Lage des Käfighalters (20, 112) umfaßt.

4. Fräseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine CNC-Einrichtung (92) umfaßt.

5. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halteeinrichtung eine Basis (68) und eine Schwenk- oder Kippeinrichtung (70) umfaßt, welche den Käfighalter (20; 112) durch die Kompensations-Einrichtung schwenkbar (74) mit der Basis (68) verbindet.

6. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stabilisierungseinrichtung (78; 94, 96; 130, 136, 134) für den Käfig (112, 20) umfaßt, die dessen Bewegung um die Schwenk- bzw. Kippachse (74) zuläßt, jedoch dessen Quer-Bewegung verhindert.

7. Fräseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs-Einrichtung eine mit dem Käfig verbundene Blattfeder (94) umfaßt.

8. Fräseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs-Einrichtung Führungsplatten (130) umfaßt, die gleitend bzw. verschiebbar am Käfig (112; 20) angreifen.

9. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung Torions-Lagerzapfen (70) umfaßt, die integral mit dem Käfig (20) und der Basis (68) ausgebildet sind und aus elastischem, nachgiebigem Material mit hoher Federsteifigkeit bestehen.

10. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halteeinrichtung eine Spannhülse (14) umfaßt, in welche der Fingerfräser (12) eingespannt ist, und daß die Kippachse (74) sich auf einer Linie senkrecht durch den Fingerfräser und nahe der Stirnseite der Spannhülse (14) erstreckt.

11. Fräseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung Torsionszapfen (70) umfaßt, die integral mit dem Käfig und der Basis ausgebildet sind und aus elastischem, nachgiebigem Material bestehen.

12. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations-Einrichtung einen am Käfig (20; 112) angeordneten Nockenstößel (80), einen am Nockenstößel angreifenden Nocken (88) und eine Antriebseinrichtung (82, 84, 86) zum Bewegen des Nockens umfaßt, welche den Nockenstößel antreibt und dadurch die gewünschte Bewegung auf den Käfig überträgt und dessen Position einstellt.

13. Fräseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungseinrichtung (94, 130, 136) für den Käfig vorgesehen ist, die dessen Bewegung um die Kippachse (74) zuläßt, jedoch dessen Quer-Bewegung verhindert.

14. Fräseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs-Einrichtung eine mit dem Käfig (20; 112) verbundene Blattfeder (94) umfaßt.

15. Fräseinrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (20; 112) ein erstes und ein zweites Ende aufweist, daß der Fingerfräser (12) benachbart zu dem ersten Ende des Käfigs angeordnet ist und daß eine bzw. die Blattfeder (94) an dem zweiten Ende des Käfigs angeordnet ist.

16. Fräseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (94) auf der Mittellinie des Fingerfräsers (12) und parallel zu der Achse (74) der Kippeinrichtung angeordnet ist.

17. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel zum Antreiben des Nockens (80, 88) eine CNC-Einrichtung (92) umfaßt.

18. Fräseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs-Einrichtung Führungsplatten (130) umfaßt, die gleitend am Käfig oder an daran angebrachten flächigen Gleitelementen (136) anliegen, daß der Käfig (20, 112) ein erstes und ein zweites Ende aufweist, daß der Fingerfräser (12) nahe dem ersten Ende des Käfigs angeordnet ist und daß die Führungsplatten (130) mit dem zweiten Ende des Käfigs im Eingriff stehen.

19. Verfahren zum gesteuerten Anpassen der Schaftfräserneigung, als Arbeitsverfahren zum Betreiben einer Fräseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche oder als Herstellungsverfahren zur Herstellung von im Winkel von 90° gegenüber einer Bezugsfläche (42) ausgerichteten Wandfläche (44, 46) an nachgiebigen Wänden (40) oder bei sich durchbiegenden Fräsern (12) wobei

• (a) eine Vorsteuerung (92, 82) die Fräserneigung aus seiner Normalstellung während des Bearbeitungsvorgangs stetig verstellt (74);
• (b) die Verstellachse (74) nahe beim Fräser (12) angeordnet ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Verstellbewegung eine Kippbewegung der Fräserachse (72) um die dazu etwa senkrechte Verstellachse (74) ist, der eine steife Federkonstante (70, 68) zugeordnet ist.