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Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von großen, halbschalenförmigen
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Werkstücken, insbesondere von Turbinengehäusen Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Werkzeugmaschine für die Bearbeitung großer, halbschalenförmiger Werkstücke,
insbesondere für das Ausdrehen von Turbinengehäusen, die mit einem Spindelstock
und einer im Spindelstock in einem vorderen und einem hinteren Lager drehbar gelagerten
Spindel versehen ist.
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Bekanntlich werden Turbinen von zwei sich gegenüberliegenden Halbschalen
gebildet, die koaxial einen Rotor umschließen. Feste und bewegliche Schaufeln, die
reziprok ineinandergreifen, sind unter Einhaltung enger Maßtoleranzen im Innern
des Gehäuses bzw.
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außen am Rotor befestigt.
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Um diese Toleranzen zu erreichen, ist es insbesondere bei Turbinengehäusen
erforderlich, daß die ausgedrehten Sitze, die einerseits für die direkte Aufnahme
der festen Leitschaufeln, wie auch andererseits und bevorzugt für die Aufnahme geeigneter,
zylindrischer Schaufelträger bestimmt sind, entsprechend enge Toleranzen aufweisen.
Die einzelnen Gehäuseteile müssen daher im Innern mit hoher Genauigkeit ausgedreht
werden, so daß die Sitze zur Aufnahme der festen Leitschaufeln (oder der zylindrischen
Schaufelträger) bei ihrem Aufeinanderpassen den engen Toleranzforderungen genüe.
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Um diese Forderung zu erfüllen, müssen die zu bearbeitenden Gehäuseteile
auf dem Tisch der Werkzeugmaschine genau positioniert und starr befestigt sein und
dann nach den vorge -schriebenen technologischen Parametern ausgedreht werden, wobei
an den bearbeitenden Teilen häufige Kontrollen nötig sind, um sicherzustellen, daß
die Toleranzen eingehalten werden. Sobald sich eine Tendenz zum Uberschreiten der
Toleranzgrenze zeigt, zum Beispiel durch Wärmeverfor-mung der Maschine oder des
Werkstücks, oder infolge anderer Ursachen, wird eine Nachstellung der Ausrichtkeile
erforderlich, mit denen das Werkstück auf dem Maschinentisch befestigt ist, um so
die erforderlichen Korrekturen durchführen zu können.
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Wenn dieses Verfahren auch im wesentlichen seinen Zweck erfüllt, so
weist es doch eine Reihe von Nachteilen auf, die bisher notgedrungen akzeptiert
wurden.
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Insbesondere erweist es sich als langwierig und umständlich.
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Einerseits verschlechtert sich der Ausnutzungsgrad der Maschine, die
längeren Stillstandszeiten ausgesetzt ist und zum anderen wird das gelegentliche
Eingreifen qualifizierten Personals erforderlich, um die gewünschten Korrekturen
durchzuführen.
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Die Aufgabe, die dieser Erfindung zugrundeliegt, besteht daher darin,
eine Werkzeugmaschine der genannten Art zur Verfügung zu stellen, die solche konstruktiven
und funktionellen Merkmale aufweist, daß den genannten Erfordernissen Rechnung getragen
wird und qleichzeiti die vorgenannten Nachteile in bezug auf derl heutigen Stand
der Technik beseitigt werden.
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Die Aufgabe wird von einer Werkzeugmaschine der genannten Art gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine das hintere La(3cr ui#sci#iießende
Vorrichtunq umfaßt, zwei Einstellkeile, die zwischen der Vorrichtung und dem Spindelstock
angeordnet sind, um 90° gegeneinander versetzt sind und in einer Ebene senkrecht
zur
Spindelachse liegen, sowie federnde Mittel zwischen der Vorriclltung
und dem Spindelstock, um die Vorrichtung in Druckberührunq mit den Einstellkeilen
zu halten wobei die Lager in der Art von Pendellagern ausgebildet sind. Vorzuflciweise
besteht das vordel(! Lager aus einem hydrostatischen I1aqer, bei welcticm die aneinal1-derliegenden
Flächen kugelförmig sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Werkzeugmaschine entsprechend dieser
Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
und aus den beigefügten Zeichnungen.
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Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Aufriß einer Werkzeugmaschine
entsprechend der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Einzelheit der
Werkzeugmaschine nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, teilweise geschnitten entlang
der Linie II-II und Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Einzelheit der Werk zeugmaschine
nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, teilweise geschnitten entlang der Linie III-III.
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In den beigefügten Zeichnungen ist mit 1 global eine Werkzeugmaschine
gekennzeichnet zum Ausdrehen eines Gehäuses 2 einer Turbine, das im wesentlichen
halbschalenförmig ist und die Achse X-X hat. Die Werkzeugmaschine 1 umfaßt einen
Ständer 3, der auf einem am Boden verankerten Bett 4 in der Richtung X-X verschiebbar
ist. Am Ständer 3 ist vertikal beweglich ein Schlitten 5 angeordnet, an welchem
ein Spindelstock 6 befestigt ist, der horizontal in einer Richtung Y-Y senkrecht
zu X-X verschoben werden kann. Die Werkzeugmaschine 1 umfaßt weiterhin einen Tisch
7, der auch am Boden verankert ist und auf welchem mittels Auflageblöcken 8 und
Bügeln 9 das Gehäuse 2 aufgespannt ist. Im Spindelstock 6 ist eine Spindel 10 in
einem vorderen Laqer 11 und einem hinteren Lager 12 drehbar gelagert.
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1)ie Spindel 10 besteht aus einem röhrenförmigen Körper, dessen vorderes
Ende zurückgebogen ist, so daß ein ringförmiger Flansch 13 und eine ringförmige
Fläche 14 entsteht, die beide einen ringförmigen Hohlraum 15 bilden, der koaxial
zu der Spindel 10 licht. Der Spindelstock 6 hat ein röhrenförmiges Teil 16, das
koaxial zu der Spindel 10 und somit auch zu deren ringförmiger Fläche ist und das
aus einem ersten Stück 17 und einem zweiten Endstück 18 besteht, wobei das letztere
in das Innere des ringförmigen Hohlraums 15 herein reicht und mit der ringförmigen
Fläche 14 einen Zwischenraum 19 bildet, in welchem das vordere Lager 11 aufgenommen
wird. Das hintere Lager 12 ist von der Art eines Pendelrollenlagers, mit zum Beispiel
zwei Reihen von tonnenförmigen Rollen, und ist am hinteren Ende der Spindel 10 montiert
und dort axial zwischen einer Schulter 20 und einem Anlaufring 21 gehalten. Das
hintere Lager 12 wird von einer Vorrichtung 22 utnschlossen, die dort zwischen einer
Schulter 23 und einem Anla(1frìng 24 axial gehalten wird. Die Vorrichtung 22 ist
auf ihrer Außenseite quadratisch, wobei sich je zwei der Planseiten 25, 26, 27 und
28 gegenüberliegen.
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Zwischen den um 90° gegeneinander versetzten Planseiten 25 und 27
sind die zugehörigen Einstellkeile 29 und 30 angeordnet, die mit ihren Achsen a-a
und b-b ebenfalls um 90° gegeneinander versetzt sind und in einer Ebene senkrecht
zur Spindelachse liegen.
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Mit 31 und 32 sind motorische Mittel bezeichnet, die am Spindelstück
6 befestigt sind und dazu dienen, eine Verschiebung der linstellkeile 29 und 30
entlang ihrer jeweiligen Achsen a-a und b-b zu bewirken. Die motorischen Mittel
sind an sich bekannt und bestehen zum Beispiel aus einer Gewindespindel und einem
SchrittmoLor, so dtß eine ferngesteuerte Bewegung der Einstellkeile 29 uiiti 30
möglich ist.
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Zwischen dell Planseiten 26 und 28, die den Planseiten 25 und 27 gegenüberliegen
und dem Spindelstock 6, sind federnde Mittel angeordnet, die t 33 und 34 bezeichnet
sind. Jedes dieser federndem Mittel 33 und 34 besteht aus zwei Gruppen von Tellerfedern,
die
parallel zueinander wirken und beide mit 35 bezeichnet sind.
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Im einzelnen wird jede Gruppe von Tellerfedern 35 zwischen einen am
Spindelstock 6 befestigten Ring 36 und einer Scheibe 37 mit einem Führungsdorn für
die Tellerfedern zusammengepreßt, wobei die Tellerfedern in einem in den Spindelstock
eingearbeiteten zylindrischen Sitz 38 geführt werden. Die Scheibe 37 ist unter Einwirkung
der Tellerfedern 35 in Druckberührung mit der Vorrichtung 22.
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Die Spindel 10 ist vorn mit einem am Flansch 13 befesti<iten Plansupport
39 ausgerüstet, in welchem ein Halter 40 in radialer Richtung zur Achse der Spindel
10 beweglich geführt wird. Am Halter 40 ist ein Werkzeugträger 41 befestigt, in
welchen#inerseits ein Werkzeug 42 eingespannt ist.
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Für die Vorschubbewegung des Halters 40 am Plansupport 39 ist ein
Gleichstrommotor 43 vorgesehen, der im Innern der Spindel 10 koaxial befestigt ist,
sich mit dieser dreht und über einen umlaufenden Kollektor 44 elektrisch gespeist
wird.
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Der Gleichstrommotor 43 versetzt über ein erstes Zahnradpaar 45 und
über ein zweites Paar von Kegelzahnrädern 46 eine Gewindespindel 47 in Drehung,
die mit einem Gewinde mit einer am Halter 40 starr befestigten Spindelmutter 48
im Eingriff ist.
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Für den Antrieb der Spindel 10 ist ein Zahnrad 49 vorgesehen, das
frei drehend auf dem Stück 17 des röhrenförmigen Teils 16 des Spindelstocks 6 angebracht
ist und über eine Zahnkupplung 50 mit der Spindel 10 eingekuppelt wird, wobei die
Verzahnungen 51 und 52 der Zahnkupplung, von denen eine in konvexer Form sich innen
und die andere in gerader Form sich außen befindet, einerseits in die ringförmige
Fläche 14 der Spindel 10 und andererseits innen in einen Teil des Zahnrads 49 eingearbeitet
sind.
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Das Zahnrad 49 ist spielfrei im Eingriff mit einem Zahnritzel 53,
das aus zwei Teilen 54 und 55 besteht, die in einer an sich bekannten Weise axial
gegeneinander vorgespannt sind.
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Das Ritzel 53 wird durch an sich bekannte und nicht dargestellte motorische
Mittel über ein Schneckenradgetriebe 56 und ein Zahnradpaar 57 angetrieben.
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Das vordere Lager 11 ist von der Art eines Pendellagers und besteht
vorzugsweise aus einem hydrostatischen Lager mit aneinanderlieqenden kugeligen Flächen
58 und 59 in zugehörigen Ringen 6C und 61, von denen der eine innen und der andere
außen angeordnet ist. Das Lager 11 ist mit einer doppelten Reihe einer Vielzahl
von Taschen 62 und 63 versehen, die in konventioneller Weise mit Drucköl versorgt
werden und in reziprokem Abstandsverhältnis in zwei Umfangsreihen in den Innenring
60 eingearbeitet sind, um so dem Lager selbst eine ausreichende axiale Stabilität
zu verleihen.
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Der Einstellkeil 29 (30) wird nachfolgend im Detail beschrieben.
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Im einzelnen hat dieser die aktiven Seiten 64 und 65 (66 und 67),
die miteinander einen kleinen Winkel, zum Beispiel 70bilden. Die Seite 64 (66) liegt
an der Planseite 25 (27) der Vorrichtung 22 an und verläuft parallel zur Bewegungsachse
a-a (b-b) des Keils.
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Die Seite 65 (67) ist über eine am Spindelstock befestigte Platte
68 (69) aus geeignetem, verschleißfestem Material mit dem Spindelstock 6 selbst
in Kontakt. Insbesondere bilden die gegenüberliegenden Seiten der Platten 68 und
69 einen kleinen Winkel miteinander, so daß schräg verlaufende Bearbeitungen mit
dem Spindelstock vermieden werden.
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Wenn während der Bearbeitung des Gehäuses 2 unter Einsatz des Werkzeugs
42, zum Beispiel während einer Ausdrehoperation, Verformungen am Ständer auftreten,
infolge von Wärmedehnung oder durch andere Ursachen, so ist festzustellen, daß die
Ausdrehebene sich allmiihlicil von der gewünschten Senkrechten zur Achse X-X des
(;e#iliuse~; entfernt oder, was das gleiche ist, die Ausdre#-achse läuft .sllmahlicil
aus der X-X Achse heraus und bildet Irlii dieser einen Winkelfewllicr.
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Um diesen Fehler zu beseitigen, genügt es bei der Werk#.eu9-maschine
entsprechend der Erfindung, die Antriebsmittel 31 und 32 in Funktion zu setzen und
somit eine Verschiebunc; der Einstellkeile 29 und 30 zu bewirken. Es ergeben sich
dadurch Bewegungen in den Richtungen b-b und a-a am hinteren Ende dei Spindel, und
damit entsprechende Auslenkungen der Cipindelavllse in zwei rechtwinkligen Ebenen.
Der o}en genannte Winkelfe1#le#-ist leicht zu kompensieren, wenn die beiden Keile
so bewegt werden, daß die jeweiligen Auslenkungen der Spindelachse in ihrer Resultierenden
genau gleich und entgegengesetzt dem Winkelfehler sind.
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Der genannte Winkelfehler ist leicht zu messen, zum Beispiel durch
Ermittlung der Achse X-X des Turbinengehäuses mittels einem optischen oder Laser-Strahl
entlang dem Gehäuse und zwischen den beiden Enden nach zwei vorhergehenden Referenzbearbeitungen
und durch Registrierung des Strahls über ein optisches oder Laser-Meßgerät, das
am Spindelstock oder vorzugsweise direkt an der Spindel befestigt ist.
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Aufgrund der vom Meßgerät gelieferten Angaben ist es möglich, die
Antriebsmittel 31 und 32 für die Einstellkeile 29 und 30 so zu steuern, daß sich
entsprechende Bewegungen am hinteren Ende der Spindel ergeben.
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Es ist anzumerken, daß diese Auslenkungen des Spindelendes, die vorzugsweise
mittels der vorgenannten Keile bewirkt werden, auch andererseits über Verstellgewindespindeln
mit entsprechender Steigung erreicht werden können.
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Der hauptsächliche Vorteil der Werkzeugmaschine entsprechend dieser
Erfindung besteht darin, daß eine schnelle Wiederaufnahme der gewünschten Präzisionsbearbeitung
möglich ist, die durch thermische oder andere Veränderungen beeinträchtigt wurde,
so daß sich eine beträchtliche Verkürzung der Bearbeitungszeit und Einsparungen
an Arbeitskräften ergeben.
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Ein weiterer Vorteil der Werkzeugmaschine entsprechend der Erfindung
ist darin zu sehen, daß diese zur Aufrechterhaltung der gewünschten Präzisionsbearbeitung
mit einem autom~ltischen System in einem geschlossenen Kreis ausgerüstet werden
kann.