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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bandschleifmaschine zum Maßschleifen mit einem Maschinenrahmen, mit einem Arbeitskopf, der über eine Aufhängung geradlinig verfahrbar am Maschinenrahmen angebracht ist, mit einer am Arbeitskopf vorgesehenen Rollenanordnung zum Antreiben eines geschlossenen Schleifbandes, wobei die Rollenanordnung eine Kontaktrolle aufweist, die zur Anlage an ein Werkstück vorgesehen ist und die um eine Nulllage verschiebbar am Arbeitskopf angebracht ist, wobei der Arbeitskopf schwenkbar um eine erste Schwenkachse an dem Maschinenrahmen gehaltert ist, wobei der Arbeitskopf schwenkbar um eine zweite Schwenkachse an dem Maschinenrahmen gehaltert ist, wobei die erste und die zweite Schwenkachse senkrecht zueinander verlaufen und wobei die Kontaktrolle entlang der ersten Schwenkachse verschiebbar ist.
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Bandschleifmaschinen werden heutzutage bei zahlreichen Fertigungsprozessen zur Oberflächenbearbeitung von Produkten unterschiedlicher Werkstoffe und Formen eingesetzt. Oft weisen diese Produkte sogenannte Freiformflächen auf, also Flächen, die nicht eben, sondern beliebig gekrümmt sind, wie dies beispielsweise bei Turbinenschaufeln der Fall ist.
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Für die Oberflächenbearbeitung von Freiformflächen ist grundsätzlich eine sogenannte mehrachsige Bandschleifmaschine erforderlich. Damit ist eine Bandschleifmaschine gemeint, deren Kontaktrolle bzw. deren Kontaktflächenbereich, in dem die Kontaktrolle zur Anlage an ein Werkstück kommt, relativ zu einem Werkstück bezüglich mehrerer, bevorzugter Weise sechs, Achsen (drei translatorische Achsen und drei rotatorische Achsen) bewegt und gesteuert werden kann. Dabei wird in der Regel ein Arbeitskopf, an dem die Rollenanordnung für das Schleifband gehaltert ist, bezüglich dieser Achsen bewegt.
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Außerdem sind derartige Bandschleifmaschinen mit einer Einrichtung versehen, um die Kontaktrolle, mit der das umlaufende Schleifband gegen das Werkstück gedrückt wird, so zu verfahren, dass sie mit dem Werkstück in Kontakt tritt oder von diesem entfernt wird. Darüber hinaus wird über diese Einrichtung der Druck gesteuert, mit dem das Schleifband gegen das Werkstück drückt.
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Aus dem Stand der Technik sind mehrachsige Bandschleifmaschinen, wie beispielsweise die „MTS Turbinenschaufelschleifmaschine” der IBS, Nürtingen, bekannt. Diese Bandschleifmaschinen umfassen einen Maschinenrahmen, einen Arbeitskopf, der an dem Maschinenrahmen geradlinig verfahrbar angebracht ist, eine Rollenanordnung zum Antreiben und Führen eines geschlossenen Schleifbandes und eine Kontaktrolle, die zur Anlage an ein Werkstück vorgesehen ist. Dabei ist der Arbeitskopf mindestens um eine erste und um eine zweite Achse schwenkbar, wobei sich die erste und zweite Achse senkrecht zueinander erstrecken.
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Die Schwenkachsen, um die der Arbeitskopf schwenken kann, sind bei mehrachsigen Bandschleifmaschinen nach dem Stand der Technik so angeordnet, dass die diesen zugeordneten Freiheitsgrade mit denen gekoppelt sind, die der geradlinigen Verfahrbarkeit des Arbeitskopfs entsprechen. Das bedeutet, dass eine Bewegung des Arbeitskopfes um die erste Schwenkachse notwendig mit einer Bewegung des Kontaktflächenbereichs in Richtung eines translatorischen Freiheitsgrades verbunden ist, die wiederum ausgeglichen werden muss, wenn der Kontakflächenbereich ortsfest verbleiben und nur bezüglich einer Achse bei der Bearbeitung verschwenkt werden soll.
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Bei computergesteuerten Bandschleifmaschinen muss dieser Ausgleich während der Programmerstellung berücksichtigt werden und erhöht in der Folge den Software- und Rechenaufwand für die Steuerung deutlich. Damit steigt auch die Rechenzeit an, was dem Entwicklungsziel, die Bearbeitungszeit zu reduzieren und damit die Produktionsrate zu erhöhen, entgegen steht. Außerdem müssen dann zumindest zwei Motoren parallel angesteuert werden, was notwendig die Maßgenauigkeit verschlechtert.
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Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Anforderungen an die Präzision beim Bandschleifen vergleichsweise hoch sind und Bewegungen des Kontaktflächenbereichs, die sich durch eine Kombination einer Schwenkbewegung und einer geradlinigen Bewegung ergeben, häufig nicht mit der gleichen Genauigkeit durchgeführt werden können, wie dies bei einer reinen Schwenk- oder Linearbewegung der Fall ist.
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Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Bandschleifmaschinen besteht darin, dass der Materialabtrag beim Werkstück nicht unmittelbar gesteuert wird, sondern sich aus dem Druck, mit dem die Kontaktrolle an das Werkstück angepresst wird, und der Bearbeitungszeit ergibt. In der Regel erfolgt das Verfahren der Kontaktrolle mit Hilfe eines Pneumatikzylinders, mit dem eine direkte Steuerung der geradlinigen Verfahrbewegung der Kontaktrolle nicht möglich ist, sodass auch hier die Maßgenauigkeit stark leidet.
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Ausgehend von dem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bandschleifmaschine zum Maßschleifen bereitzustellen, deren Schwenkachsen so zueinander angeordnet sind, dass eine Bewegung des Kontaktflächenbereichs um eine der Schwenkachsen nicht mit einer translatorischen Bewegung gekoppelt ist, d. h. deren rotatorische Freiheitsgrade in Bezug auf den Kontaktflächenbereich von den translatorischen Freiheitsgraden entkoppelt sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kontaktrolle derart gehaltert ist, dass der Kontaktflächenbereich, in dem die Kontaktrolle zur Anlage an ein Werkstück kommt, von der ersten Schwenkachse und der zweiten Schwenkachse geschnitten wird, wenn die Kontaktrolle in der Nulllage ist und dass der Kontaktflächenbereich entlang der ersten Schwenkachse gesehen auf der von dem Arbeitskopf abgewandten Seite der Drehachse der Kontaktrolle liegt.
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Durch diese Anordnung der Schwenkachsen der Kontaktrolle wird die Bewegung des Kontaktflächenbereichs um die Schwenkachsen von einer translatorischen Bewegung des Kontaktflächenbereichs relativ zu den translatorischen Bewegungsachsen entkoppelt, und der Rechenaufwand bei der Steuerung der Bandschleifmaschine wird reduziert. Eine solche Entkopplung der Bewegung um die Schwenkachsen minimiert auch den Steuerungsaufwand für die Bewegung des Arbeitskopfes bzw. der Kontaktrolle, da keine Ausgleichsbewegungen mehr notwendig sind. Dies wiederum führt auch zu einer höheren Maßgenauigkeit.
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Dass der Kontaktflächenbereich entlang der ersten Schwenkachse gesehen auf der von dem Arbeitskopf abgewandten Seite der Drehachse der Kontaktrolle liegt, dient dem Ziel, die Kontaktrolle mit ihrem Kontaktflächebereich ohne bauliche Hindernisse an ein möglichst großes und sperriges Werkstück unkompliziert anlegen zu können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein weggesteuerter Antrieb zum Verschieben der Kontaktrolle entlang der ersten Schwenkachse um die Nulllage vorgesehen. Der weggesteuerte Antrieb hat den Vorteil, dass einzelne Wegpunkte auf dem Verfahrweg angefahren werden können. Somit kann mit dem weggesteuerten Antrieb ein genaues Maß eingestellt werden, auf welches das Werkstück geschliffen wird. Im Unterschied dazu ist bei einem kraftgesteuerten Antrieb wie einem Pneumatikzylinder lediglich die Kraft einstellbar, mit der die Kontaktrolle an dem Werkstück anliegt. Damit können mit dem kraftgesteuerten Antrieb nur zwei Endpunkte exakt angefahren werden.
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Selbst wenn bei einem kraftgesteuerten Antrieb zusätzlich ein Abstandssensor und eine Steuerung eingesetzt werden, wobei die Steuerung die Kraft, mit der der Antrieb die Kontaktrolle an das Werkstück drückt, gemäß dem gemessenen Abstand zwischen der Kontaktrolle und dem Werkstück einstellt, kann ein Werkstück nicht so genau auf ein Maß geschliffen werden wie mit einem weggesteuerten Antrieb, da die Regelgröße nach wie vor die Kraft ist.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der weggesteuerte Antrieb ein elektromagnetischer Linearmotor ist. Besonders bevorzugt ist es ferner, wenn der elektromagnetische Linearmotor eine in einem Stator verschiebbar geführte Hubstange aufweist, die mit einer Vielzahl von in Erstreckungsrichtung der Hubstange hintereinander angeordneten Magneten versehen ist, und dass die Kontaktrolle mit der Hubstange verbunden ist.
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Mit dem elektromagnetischen Linearmotor kann aus einem elektromagnetischen Feld direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung z. B. eines Getriebes, welches wiederum Energieverluste mitbringen würde und verschleißanfällig wäre, eine lineare Bewegung eines mechanischen Bauteils erzeugt werden. Eine durch Wicklungen eines Leiters (Stator) erzeugte elektromagnetische Kraft wird auf eine permanentmagnetische Hubstange (Läufer) übertragen. Die Hubstange ändert in der Folge ihre Position. Die Position wird von Positionssensoren gemessen. Mit einem Temperatursensor kann ferner die Temperatur von Bauteilen des Linearmotors gemessen und eine temperaturbedingte Ausdehnung des Materials berechnet und ausgeglichen werden.
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Der elektromagnetische Linearmotor kann also beispielsweise einen Stator mit einem Metallzylinder, in welchem Wicklungen von elektrischen Leitern, Positionssensoren, Temperatursensoren und Lager vorgesehen sind, sowie einen Läufer in Form einer Hubstange umfassen, welcher aus Edelstahl gefertigt ist und in seinem Inneren permanente Antriebsmagneten aufweist.
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Der Linearmotor kann bezüglich seines Verfahrweges, seiner Verfahrgeschwindigkeit, Verfahrbeschleunigung und Kraft eingestellt werden. Mit dem Linearmotor können sehr hohe transversale Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowie sehr hohe Frequenzen bei dynamischem Verfahren erreicht werden.
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Es ist allerdings auch denkbar, dass an Stelle eines elektromagnetischen Linearmotors ein anderer weggesteuerter Antrieb eingesetzt wird wie beispielsweise ein Antrieb, der eine Spindel mit einem Gewinde aufweist oder ein Antrieb, der eine Zahnstange umfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist gegebenenfalls zusätzlich zum weggesteuerten Antrieb ein kraftgesteuerter Antrieb zum Verschieben der Kontaktrolle entlang der ersten Schwenkachse um die Nulllage vorgesehen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der kraftgesteuerte Antrieb ein pneumatischer Antrieb, insbesondere ein Pneumatikzylinder ist.
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Kraftgesteuerte Antriebe können entlang des entsprechenden Verfahrwegs lediglich zwei äußere Positionen anfahren. Dafür sind sie meist einfach und preisgünstig konstruiert und bezüglich der Kraft, die von ihnen auf ein mechanisches Bauteil ausgeübt wird, einstellbar. Pneumatikzylinder sind handelsübliche kraftgesteuerte Antriebe. Sie sind in sehr unterschiedlichen Größen ausführbar und unkompliziert an einer Bandschleifmaschine anzubringen und einzusetzen. Ein Pneumatikzylinder ist dabei geeignet, um die Kontaktrolle mit einem vorgegebenen Druck an ein Werkstück anzulegen.
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Besonders bevorzugt ist es weiter, wenn der weggesteuerte und der kraftgesteuerte Antrieb mit einem entlang der ersten Schwenkachse verschiebbaren Kopplungselement verbunden sind, das mit der Kontaktrolle verbunden ist. Auf diese Weise kann zum einen gewählt werden, welcher der beiden Antriebe eingesetzt werden soll. Zum anderen kann im Betrieb der Bandschleifmaschine der Druck der Kontaktrolle an dem Werkstück durch den kraftgesteuerten Antrieb und das Abstandsmaß der Kontaktrolle von dem Werkstück durch den weggesteuerten Antrieb eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, sowohl auf Maß zu schleifen, oder im Nachlaufschleifverfahren zu arbeiten, beim dem ein Druck auf die Kontaktrolle vorgegeben wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuerungseinrichtung u. a. zum Steuern der Verschiebung der Kontaktrolle entlang der ersten Schwenkachse um die Nulllage vorgesehen, und die Steuerungseinrichtung weist Speichermittel zum Speichern der die Verschiebebewegung definierenden Parameter auf. Die die Verschiebebewegung definierenden Parameter können u. a. Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Kontaktrolle sein sowie die Kraft sein, welche auf die Kontaktrolle wirkt, wenn sie an ein Werkstück angelegt wird.
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Die Steuerungseinrichtung ist zunächst erforderlich, um den weg- und/oder kraftgesteuerten Antrieb so zu steuern, dass das Werkstück auf ein vorgegebenes Maß oder mit einem vorgegebenen Druck geschliffen wird. Mit Hilfe der Speichermittel werden die die Verschiebebewegung definierenden Parameter dokumentiert, so dass ein Bearbeitungsprozess überwacht und gegebenenfalls gezielt beeinflusst werden kann. Auf diese Weise ist es einfach, bei sensiblen Bauteilen wie Turbinenschaufeln auch den Bandschleifprozess im Detail festzuhalten, sodass höchste Qualitätssicherungsanforderungen genüge getan werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Aufhängung einen Schwenkarm aufweist, dessen erstes Ende um die zweite Schwenkachse schwenkbar am Maschinenrahmen angebracht ist und an dessen zweitem Ende der Arbeitskopf um die erste Schwenkachse schwenkbar angebracht ist. Dabei ist besonders bevorzugt, wenn die zweite Schwenkachse in horizontaler Richtung verläuft und die erste Schwenkachse in vertikaler Richtung verläuft, wenn sich der Schwenkarm in der Mitte des Schwenkbereichs um die zweite Schwenkachse befindet.
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Es ist somit ein Schwenkarm als Verbindungselement zwischen dem Maschinenrahmen und dem Arbeitskopf vorgesehen, an dessen erstem bzw. zweitem Ende, also dort, wo der Schwenkarm mit dem Maschinenrahmen bzw. dem Arbeitskopf gekoppelt ist, die beiden Schwenkachsen angeordnet sind. Die zweite Schwenkachse erstreckt sich dabei vorzugsweise horizontal entlang des Gelenks, mit welchem der Schwenkarm an seinem ersten Ende an dem Maschinenrahmen gelagert ist. Wenn sich der Schwenkarm in der Mitte des Schwenkbereichs um die zweite Schwenkachse befindet, hat der Schwenkarm seine größte vertikale Auslenkung. An dem zweiten Ende des Schwenkarms ist der Arbeitskopf gelenkig um eine erste Schwenkachse gelagert, die sich senkrecht zur zweiten Schwenkachse und dann in vertikaler Richtung erstreckt, wenn der Schwenkarm vertikal ausgerichtet ist bzw. wenn sich der Schwenkarm in der Mitte des Schwenkbereichs um die zweite Schwenkachse befindet.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass die Aufhängung keinen Schwenkarm umfasst und lediglich eine Gelenkkonstruktion aufweist, die es erlaubt, dass der Arbeitskopf um zwei senkrecht zueinander verlaufende Schwenkachsen an dem Maschinenrahmen gehaltert bzw. gelagert ist.
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In einer anderen Ausführungsform ist die Aufhängung derart ausgestaltet, dass der Kontaktflächenbereich der Kontaktrolle parallel zu einer Verfahrebene, die durch die zweite Schwenkachse und eine senkrecht dazu verlaufende weitere Achse aufgespannt wird, geradlinig bewegt werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die zweite Schwenkachse und die weitere Achse in horizontaler Richtung verlaufen. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Aufhängung derart ausgestaltet ist, dass der Kontaktflächenbereich in einer Verfahrrichtung geradlinig verfahren werden kann, die senkrecht zu der Verfahrebene verläuft. Besonders bevorzugt ist, wenn das erste Ende des Schwenkarms geradlinig in der Verfahrebene und der Verfahrrichtung verfahrbar ist.
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Die Aufhängung ist also vorzugsweise bezüglich zweier horizontaler, senkrecht zueinander verlaufender Achsen in einer Ebene und einer vertikalen Achse senkrecht zu dieser Ebene verfahrbar an dem Maschinenrahmen angebracht. Dadurch kann die Aufhängung und folglich auch der Arbeitskopf mit der Kontaktrolle und der Kontaktfläche transversal in jede Richtung bewegt werden.
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Mit den beiden senkrecht zueinander liegenden Schwenkachsen ist die Kontaktrolle nun bezüglich fünf Freiheitsgraden verfahrbar. Die Verschiebbarkeit der Kontaktrolle an dem Arbeitskopf mittels eines Antriebs stellt keinen eigenen Freiheitsgrad dar, weil die Kontaktrolle hier lediglich über eine sehr kurze Distanz verfahren werden kann und im Wesentlichen für die präzise Anlage der Kontaktrolle an ein Werkstück vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Kontaktrolle in einer horizontalen Richtung um 800 mm, in einer zweiten horizontalen Richtung um 200 mm und in vertikaler Richtung um 200 mm gegenüber dem Maschinenrahmen verfahrbar sowie um die erste und zweite Schwenkachse um jeweils ±30° ausgehend von einer mittleren Position verschwenkbar.
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Die Anordnung eines orthogonalen Achsensystems, bezüglich welcher die Aufhängung und folglich auch der Arbeitskopf mit der Kontaktrolle und dem Kontaktflächenbereich verfahren werden kann, ist sinnvoll, z. B. um die Gravitationseinflüsse auf die Struktur und auf die Bewegung der Bandschleifmaschine parallel der Achsen wirkend vorzufinden oder aus Gründen der besseren Bedienbarkeit.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Maschinenrahmen eine Werkstückspannvorrichtung zur Aufnahme eines Werkstücks vorgesehen und die Werkstückspannvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass ein Werkstück um eine Spannachse verschwenkt werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Spannachse parallel zu der Verfahrebene verläuft.
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Mit der Werkstückspannvorrichtung kann zum einen ein Werkstück während der Bearbeitung fixiert werden. Zum anderen kann das Werkstück während der Bearbeitung des Werkstücks mit der Kontaktrolle um eine Spannachse, also eine dritte Schwenkachse, beispielsweise endlos um ±360°, verschwenkt werden. Die Spannachse verläuft vorzugsweise parallel zur Verfahrebene und dabei weiter bevorzugt senkrecht zur zweiten Schwenkachse sowie senkrecht zur ersten Schwenkachse, wenn sich der Schwenkarm in der Mitte des Schwenkbereichs um die zweite Schwenkachse befindet. Damit ist die Kontaktrolle gegenüber einem Werkstück in drei orthogonale Richtungen translatorisch und rotatorisch verfahrbar. Der Kontaktflächenbereich der Kontaktrolle kann somit an nahezu jede beliebige Werkstückform angelegt und entlang dieser im Bewegungsbereich der Bandschleifmaschine verfahren werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bandschleifmaschine entlang einer vertikalen Ebene,
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2 eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Ebene des am Maschinenrahmen gehalterten Arbeitskopfes des Ausführungsbeispiels aus 1,
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3 eine schematische Darstellung der an ein Werkstück angelegten Kontaktrolle mit Schleifband des Ausführungsbeispiels aus 1 in Bezug auf die erste und zweite Schwenkachse und
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4 eine perspektivische Schnittdarstellung des Linearmotors des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bandschleifmaschine.
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In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bandschleifmaschine 1 zum Maßschleifen von Freiformflächen dargestellt. Die Bandschleifmaschine umfasst einen Maschinenrahmen 3, einen Arbeitskopf 5, eine Aufhängung 7, eine Rollenanordnung 9 mit einer Kontaktrolle 11, die einen Kontaktflächenbereich 13 aufweist und ein geschlossenes Schleifband 15 antreibt, das um die Rollenanordnung 9 gespannt ist. Außerdem umfasst die Bandschleifmaschine 1 eine Werkstückspannvorrichtung 17.
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Die Aufhängung 7 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Schwenkarm 19 mit einem ersten Ende 21 und einem zweiten Ende 23 auf. Der Arbeitskopf 5 ist schwenkbar um eine erste Schwenkachse 25 an dem zweiten Ende 23 des Schwenkarms 19 gelagert. Der Schwenkarm 19 wiederum ist an seinem ersten Ende 21 schwenkbar um eine zweite Schwenkachse 27 an dem Maschinenrahmen 3 gelagert. Die zweite Schwenkachse 27 ist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel horizontal ausgerichtet, und die erste Schwenkachse 25 ist senkrecht zur zweiten Schwenkachse 27 und daher vertikal ausgerichtet, wenn sich der Schwenkarm 19 in der Mitte des Schwenkbereichs um die zweite Schwenkachse 27 befindet.
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Das erste Ende 21 des Schwenkarms 19 ist ferner derart am Maschinenrahmen 3 gehaltert, dass es in zwei senkrecht zueinander angeordneten horizontalen Richtungen, die eine horizontale Ebene aufspannen, und in einer vertikalen Richtung gegenüber dem Maschinenrahmen 3 verfahren werden. Dabei ist die zweite Schwenkachse 27 parallel zu einer der horizontalen Richtungen ausgerichtet, entlang derer der Schwenkarm 19 gegenüber dem Maschinenrahmen 3 verfahren werden kann.
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Die Rollenanordnung 9 ist an dem Arbeitskopf 5 angebracht und treibt ein um die Rollenanordnung 9 gespanntes Schleifband 15 an. Dabei ist eine Antriebsrolle 29 vorgesehen, die mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist. Ferner ist eine Spannrolle 31 vorgesehen. Dabei ist die Spannrolle 31 senkrecht zur deren Drehachse so verschiebbar an dem Arbeitskopf 5 angebracht, dass durch eine Verschiebebewegung der Spannrolle 31 das Schleifband 15 gespannt werden kann, wobei ein entsprechender Vorspannmechanismus vorgesehen ist.
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Die Rollenanordnung 9 umfasst darüber hinaus eine Kontaktrolle 11, die gegenüber dem Arbeitskopf 5 um eine Nulllage verschiebbar entlang der ersten Schwenkachse 25 an dem Arbeitskopf 5 gelagert ist. Die Kontaktrolle 11 weist einen Kontaktflächenbereich 13 auf, an welchem die Kontaktrolle 11 zur Bearbeitung an ein Werkstück angelegt wird, wobei der Kontaktflächenbereich 13 entlang der ersten Schwenkachse 25 gesehen auf der von dem Arbeitskopf 5 abgewandten Seite der Drehachse der Kontaktrolle 11 liegt. Die Kontaktrolle 11 ist in der Weise verschiebbar an dem Arbeitskopf 5 gelagert, dass sich die erste Schwenkachse 25 und die zweite Schwenkachse 27 in dem Kontaktflächenbereich 13 der Kontaktrolle 11 schneiden, wenn sich die Kontaktrolle 11 in der Nulllage befindet (siehe 3).
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Der Maschinenrahmen 3 kann eine Schutzabdeckung oder Schutzkabine (nicht in den Figuren ersichtlich) umfassen, welche die Bandschleifmaschine 1 umschließt und den Bediener vor Materialsplittern und vor ungewolltem Kontakt mit beweglichen Teilen der Bandschleifmaschine 1 oder falscher Bedienung während des Bearbeitungsvorgangs schützt.
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Die Werkstückspannvorrichtung 17 umfasst Mittel, um ein Werkstück von zwei Seiten einzuspannen und um eine Spannachse 33 zu verschwenken, die parallel zu einer Ebene verläuft, welche durch die zwei horizontalen Richtungen aufgespannt wird, entlang derer das erste Ende 21 des Schwenkarms 19 gegenüber dem Maschinenrahmen 3 verfahren werden kann. Somit können die Kontaktrolle 11 und ein in die Werkstückspannvorrichtung 17 eingespanntes Werkstück relativ zueinander in drei orthogonale Raumrichtungen und um drei orthogonale Achsen (25, 27, 33) verfahren bzw. verschwenkt werden.
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2 zeigt einen Schnitt durch die Bandschleifmaschine 1, wobei dieser Schnitt im Vergleich zu 1 von der gegenüberliegenden Seite aus gesehen dargestellt ist. Hieraus ist zu erkennen, dass an dem Arbeitskopf 5 ein elektromagnetischer Linearmotor 35 und ein Pneumatikzylinder 37 angebracht sind. Der Linearmotor 35 und der Pneumatikzylinder 37 sind als Antriebe für die Verschiebung der Kontaktrolle 11 entlang der ersten Schwenkachse 25 gegenüber dem Arbeitskopf 5 vorgesehen.
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Der Linearmotor 35 und der Pneumatikzylinder 37 sind mit einem entlang der ersten Schwenkachse 25 verschiebbaren Kopplungselement 39 miteinander verbunden. Dieses Kopplungselement 39 ist im Wesentlichen starr ausgestaltet und umfasst eine Querverstrebung 41, die über eine Zug-/Druckfeder 43 an dem Arbeitskopf 5 anliegt. Des Weiteren umfasst das Kopplungselement 39 ein Antriebsgestänge 45, das mit seinem ersten Ende 47 an der Querverstrebung 41 und mit seinem zweiten Ende 49 über eine Halteplatte 50 an der Kontaktrolle 11 angebracht ist. Dabei ist die Kontaktrolle 11 drehbar an der Halteplatte 50 gelagert. Eine Bewegung, die von einem der beiden, also entweder dem Linearmotor 35 oder dem Pneumatikzylinder 37, hervorgerufen wird, kann also über das Kopplungselement 39, d. h. über die Querverstrebung 41, das Antriebsgestänge 45, und die Halteplatte 50 gleichermaßen auf die Kontaktrolle 11 übertragen werden.
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Neben der Kontaktrolle 11 sind an der Halteplatte 50 noch zwei Umlenkrollen 51 vorgesehen, die ebenfalls Bestandteil der Rollenanordnung 9 sind. Diese sorgen dafür, dass auch bei einer Bewegung der Kontaktrolle 11 entlang der ersten Schwenkachse 25 das Schleifband 15 innerhalb der Rollenanordnung 9 geführt wird, ohne in einer Position in ungewünschten Kontakt mit Bauteilen der Bandschleifmaschine 1 zu geraten.
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3 zeigt die Kontaktrolle 11 mit ihrem Kontaktflächenbereich 13 anliegend an einem Werkstück, wobei die Kontaktrolle 11 so angeordnet ist, dass der Kontaktflächenbereich 13 von der ersten Schwenkachse 25 und von der zweiten Schwenkachse 27 geschnitten wird. Durch diese Anordnung der Schwenkachsen 25, 27 ist sichergestellt, dass die Schwenkbewegung des Kontaktflächenbereichs 13 um die Schwenkachsen 25, 27 entkoppelt von einer translatorischen Bewegung des Kontaktflächenbereichs 13 relativ zu den translatorischen Bewegungsachsen stattfinden kann. Eine solche Entkopplung der Bewegung um die Schwenkachsen 25, 27 minimiert den Steuerungsaufwand für die Bewegung des Arbeitskopfes 5 bzw. der Kontaktrolle 11, da keine Ausgleichsbewegungen mehr notwendig sind. Dies wiederum auch führt auch zu einer höheren Maßgenauigkeit.
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4 zeigt einen Linearmotor 35, wie er in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Verschiebung der Kontaktrolle 11 entlang der ersten Schwenkachse 25 gegenüber dem Arbeitskopf 5 vorgesehen ist. Der Linearmotor 35 umfasst einen Stator 53 mit einem Metallzylinder 55 und innerhalb des Metallzylinders 55 angeordnete Wicklungen 57 eines elektrischen Leiters. Diese Wicklungen 57 erzeugen beim Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektromagnetisches Feld. Ferner umfasst der Linearmotor 35 eine Hubstange 59, die in ihrem Inneren Permanentmagneten 61 aufweist und mit Hilfe dieser als Läufer innerhalb des Stators 53 dient. Des Weiteren sind in dem Metallzylinder Positionssensoren 63 und Temperatursensoren 65 vorgesehen, die einen weggesteuerten Betrieb des Linearmotors 35 ermöglichen.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Bandschleifmaschine 1 umfasst außerdem eine Steuerungseinrichtung 67, mit welcher zunächst die die Verschiebung der Kontaktrolle 11 definierenden Parameter wie Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kontaktrolle 11 und auch die Kraft, welche die Kontaktrolle 11 erfährt, wenn sie an ein Werkstück angelegt wird, erfasst werden. Anschließend steuert die Steuerungseinrichtung 67 den Linearmotor 35 und/oder den Pneumatikzylinder 37 oder beide so an, dass einer oder mehrere der die Verschiebung der Kontaktrolle 11 definierenden Parameter auf einem bestimmten, konstanten Wert gehalten wird bzw. werden oder gemäß einer vorgegebenen Funktion verändert wird bzw. werden.
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Die Steuerungseinrichtung 67 weist außerdem Mittel auf, um die zuvor genannten Parameter zu speichern und zu dokumentieren. Damit können Arbeitsprozesse bezüglich verschiedener Parameter und deren kritische Werte oder im Sinne eines ökonomischen Prozessablaufes sowohl überwacht als auch im Nachhinein analysiert werden. Die Speichermittel in der Steuerungseinrichtung 67 erlauben schließlich, dass die die Verfahrbewegung definierenden Parameter einschließlich derer, die die Verfahrbewegung der Kontaktrolle betreffen, und damit u. a. auch der tatsächliche Materialabtrag dokumentiert werden, was bei sensiblen Bauteilen wie Turbinenschaufeln von großer Bedeutung sein kann.
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Die Bandschleifmaschine 1 zum Maßschleifen von Freiformflächen arbeitet wie folgt. Die Antriebsrolle 29 treibt das mit Hilfe der Spannrolle 31 um die Rollenanordnung 9 gespannte Schleifband 15 an. Dabei wird die Kontaktrolle 11 zunächst bezüglich der drei transversalen Raumrichtungen und der ersten und zweiten Schwenkachse 25, 27 so gegenüber der Werkstückspannvorrichtung 17 verfahren bzw. verschwenkt, dass der Kontaktflächenbereich 13 der Kontaktrolle 11 gegenüberliegend zu der zu schleifenden Fläche eines in der Werkstückaufnahme eingespannten Werkstücks und mit geringem Abstand zu dem Werkstück angeordnet ist. Gleichzeitig wird das Werkstück mit der zu schleifenden Fläche bezüglich der Spannachse 33, d. h. der dritten Schwenkachse, parallel zu dem Kontaktflächenbereich 13 der Kontaktrolle 11 ausgerichtet. Mit den zuvor genannten sechs Freiheitsgraden der Bandschleifmaschine 1 kann der Kontaktflächenbereich 13 gegenüber der zu schleifenden Fläche des Werkstücks ausgerichtet werden.
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Befinden sich beide zuvor genannten Flächen unmittelbar gegenüber mit nur einem Spalt Abstand zwischen einander, so wird das Anlegen des Kontaktflächenbereichs 13 der Kontaktrolle 11 an das Werkstück mit Hilfe des elektromagnetischen Linearmotors 35 bzw. den Pneumatikzylinders 37 vollzogen, die eine Verschiebung der Kontaktrolle 11 entlang der ersten Schwenkachse 25 gegenüber dem Arbeitskopf 5 durchführen.
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Dabei kann der Linearmotor 35 in Abhängigkeit von der Position der Kontaktrolle 11 gesteuert werden, d. h. abhängig von der Position gegenüber dem Werkstück, sodass hier weggesteuert gearbeitet wird, während bei dem Pneumatikzylinder 37 die Kraft, die beim Anlegen an das Werkstücks ausgeübt wird, gesteuert wird. Die wegabhängige Steuerung ermöglicht es dabei, den Materialabtrag am Werkstück unmittelbar zu steuern.
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Der elektromagnetische Linearmotor 35 arbeitet in der Weise, dass dessen stromdurchflossene Leiterwicklungen 57 eine elektromagnetische Kraft hervorrufen, welche die mit Permanentmagneten 61 versehene Hubstange 59 in eine lineare Bewegung versetzt. Mit Positionssensoren 63 und einer eigenen Steuerungseinrichtung wird die lineare Position der Hubstange 59 gemessen und entlang der Erstreckungsrichtung der Hubstange 59 zwischen zwei äußeren Positionen frei eingestellt.
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Mit Hilfe des Pneumatikzylinders 37 ist es aber auch möglich, dass der Abstand zwischen Werkstück und Kontaktrolle 11 so geregelt wird, dass der Druck, der zwischen Kontaktrolle 11 und Werkstück wirkt, auf einem konstanten Wert gehalten wird.
