-
-
Schleifmaschine
-
Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine,
insbesondere Profilschleifmaschine, mit einem Maschinenbett, einem auf dem Maschinenbett
in einer ersten Richtung (Z) horizontal verschiebbaren und um eine vertikale Achse
(B1) schwenkbaren Schleifspindelstock, einer auf dem Maschinenbett angeordneten
Werkstücksäule und einem an der Werkstücksäule vertikal (in Y-Richtung) verfahrbaren
Werkstückschlitten.
-
Das Schleifen von Werkstücken mit komplizierten Konturen, die aus
vielen verschiedenen und in unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Flächen und
Profilen zusammengesetzt sind, stellt insbesondere in der modernen Massenfertigung
hohe Anforderungen an die Schleifmaschine und deren Steuerung. Insbesondere die
geforderte hohe Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit der Schleifergebnisse beim
Produktionsschleifen von Werkstücken,wie z.B. Turbinenschaufeln oder Leitschaufeln
für Turbinen, verursachen in der Praxis große Probleme, wobei auch die Forderung
nach hoher Wirtschaftlichkeit der Werkstückbearbeitung mit im Vordergrund steht.
-
Eine Schleifmaschine mit den einleitend beschriebenen Merkmalen ist
aus der DE-OS 32 46 168 bekannt. Mit dieser Schleifmaschine können zwar auch Werkstücke,
wie Turbinenschaufeln, geschliffen werden, jedoch nur mit relativ einfachen Konturen,
weil die Möglichkeiten der relativen Positionierung des Werkstücks und des Schleifspindelstocks
hier stark begrenzt sind. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, daß die Anordnung
des Schleifspindelstocks auf einem schwenkbaren Querschlitten, der auf einem Längsschlitten
montiert ist, mit dem Querschlitten zwar eine
schräge Zustellung
erlaubt, aber in geschwenkter Position zusätzliche Zustellbewegungen des Schlittens
erfordert.
-
Der Arbeitsbereich dieser Schleifmaschine ist sehr eingeschränkt,
weil bei großen Schwenkwinkeln die Zustellung zum Werkstück sehr erschwert bzw.
überhaupt nicht mehr möglich ist. Die Auswahl von Flächen und Profilen, die mit
dieser Maschine an komplizierten Werkstücken wie den obengenannten Turbinenschaufelfüßenbzw.
-dächern bearbeitet werden können, ist daher relativ eng begrenzt.
-
Durch die US-PS 4 186 529 ist eine Schleifmaschine zum Schleifen von
Schneidwerkzeugen bekannt, deren Schleifspindelstock auf einem von einer drehbaren
Hubsäule getragenen Schleifschlitten horizontal beweglich geführt ist.
-
Der Werkstückhalter ist auf einem Kreuzschlitten montiert, der auf
einem auf dem Maschinentisch horizontal verfahrbaren Längsschlitten um eine vertikale
Achse schwenkbar gelagert ist. Der Werkstückhalter selbst ist um eine horizontale
Kippachse kippbar und um eine dazu senkrecht verlaufende Drehachse drehbar. Für
leichte Werkstücke und kleine Schleifkräfte mögen dieser Schleifmaschinenaufbau
und die Achsenauslegung der Maschine akzeptabel sein, zum Bearbeiten schwererer
Werkstücke unter den beim modernen Produktionsschleifen heute erforderlichen großen
Schleifkräften ist diese bekannte Schleifmaschine jedoch nicht geeignet. Der Wirkpunkt
der Schleifscheibe am Werkstück liegt weit von der Kippachse entfernt, so daß große
Querkräfte auftreten, die die Präzision der Bearbeitung, jedenfalls beim Aufwenden
großer Schleifkräfte, beeinträchtigen.
-
Bei der Bearbeitung von Präzisionswerkstücken, wie das z.B.
-
Turbinenschaufeln für Flugturbinen sind, kann das nicht toleriert
werden.
-
Eine numerisch gesteuerte Maschine zum Schleifen unterschiedlicher
Flächen und Profile an den Dach- und Fußteilen von Turbinenschaufeln ist auch durch
die US-PS 4 417 422 bekannt. Diese Maschine unterscheidet sich in ihrem Aufbau aber
wesentlich von der eingangs beschriebenen.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine numerisch gesteuerte
Schleifmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche das Schleifen von
Werkstücken mit komplizierten, aus mehreren in unterschiedlichen Richtungen zueinander
verlaufenden, auch gekrümmten Profilen und Flächen bestehenden Formen in einer Aufspannung,
auch bei wirtschaftlicher Massenproduktion, in höchster Präzision erlaubt.
-
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer numerisch gesteuerten Schleifmaschine
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Werkstücksäule und
der Schleifspindelstock quer zur ersten Richtung (in X-Richtung) relativ zueinander
horizontal verschiebbar sind, daß der Werkstückschlitten einen um eine horizontale,
konzentrische Drehachse (A) drehbaren Werkstückkopf trägt und daß am Werkstückkopf
wenigstens ein Werkstückhalter um eine zur Drehachse senkrechte Schwenkachse (C)
schwenkbar gelagert ist. Der Schnittpunkt der Drehachse (A) des Werkstückkopfes
und der Schwenkachse (C) des Werkstückhalters liegt gemäß der Erfindung im oder
in der Nähe des eingespannten Werkstücks. Das führtizu kurzen Zustellwegen bei Schwenkungen
des Werkstücks und damit zu einer kompakteren Bauweise der Maschine. Außerdem ergeben
sich auch bei Anlegen großer Schleifkräfte nur geringe Querkräfte, was der Präzision
der Schleifbearbeitung zugute kommt. Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist die Werkstücksäule auf einem quer zur Bewegungsbahn des Schleifspindelstocks
in einer
zweiten Richtung (X) auf dem Maschinenbett horizontal verfahrbaren
Schlitten montiert. Die Werkstücksäule kann um eine vertikale Achse (82) drehbar
sein. Zusätzlich kann gemäß der Erfindung die Werkstücksäule wenigstens zwei vertikal
verfahrbare Werkstückschlitten aufweisen. Das ermöglicht eine noch rationellere
Ausnutzung der Maschinenzeiten, weil während der Bearbeitung eines Werkstücks auf
der Rückseite der Werkstücksäule bereits ein neues zu bearbeitendes Werkstück eingesetzt
werden kann. Außerdem bietet diese zusätzliche Schwenkbarkeit der Werkstücksäule
zusätzliche Positionierungsmöglichkeiten des Werkstücks relativ zur Schleifscheibe.
-
Die Vielseitigkeit der Schleifmaschine wird gemäß der Erfindung noch
dadurch erweitert, daß der Schleifspindelstock auf einem in der ersten Richtung
(Z) horizontal auf dem Maschinenbett verschiebbaren Schleifschlitten montiert ist
und daß der Schleifschlitten neben dem ersten einen zweiten Schleifspindelstock
trägt. Der zweite Schleifspindelstock kann mit einer unterschiedlich profilierten
Schleifscheibe ausgerüstet sein, so daß in derselben Aufspannung weitere Schleifarbeiten
am Werkstück möglich sind.
-
Gemäß einer Varianten der Erfindung sind auf dem Maschinenbett nebeneinander
wenigstens zwei in der ersten Richtung (Z)horizontal verschiebbare Schleifschlitten
gelagert, die jeder wenigstens einen Schleifspindelstock tragen. Die beiden Schleifschlitten
sind unabhängig voneinander antreibbar, so daß sich bei dieser Ausführungsform der
Schleifmaschine nach der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit ergibt, die Schleifscheibe
des einen Schleifspindelstocks abzurichten oder auszuwechseln, während die Schleifscheibe
des anderen Schleifspindelstocks im Einsatz ist. Auch hierdurch wird die Stillstandszeit
der Maschine für Umrüstarbeiten verkürzt. Wenigstens einer der Schleifspindel-
stöcke
kann gemäß der Erfindung zusätzlich quer (in X-Richtung) zur ersten Richtung horizontal
verfahrbar sein.
-
Ein besonders stabiler und platzsparender Aufbau der Schleifmaschine
ergibt sich gemäß der Erfindung dadurch, daß wenigstens ein Schleifspindelstock
eine auf einer Basisplatte montierte Schleifspindel mit wenigstens einer Schleifscheibe
und eine auf der Basisplatte angeordnete, einen Schleifantrieb mit Drehmomentübertragungsmitteln
zur Schleifspindel tragende Brückenkonstruktion aufweist, welche einen auf die Schleifscheibe
ausgerichteten und zu dieser hin und zurück bewegbaren, eine Abrichteinrichtung
tragenden Abrichtschlitten überspannt. Das Spindelgehäuse der Schleifspindel ist
bei einer Ausführungsform dieser Maschine wenigstens teilweise von der Brückenkonstruktion
überspannt, wobei ein Abschnitt der Brückenkonstruktion als Schutzhaube für die
Schleifscheibe ausgebildet ist.
-
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schleifmaschine ist in höchst
vorteilhafter Weise das hochpräzise Schleifen mehrerer unterschiedlicher, schräg
zueinander verlaufender, auch gekrümmter Flächen und Profile an Werkstücken mit
komplizierten Formen in einer Aufspannung möglich. Besonders gut eignet sich diese
Schleifmaschine zum Bearbeiten von Turbinenschaufelfüßen und -dächern. Die hohe
Präzision ist auch beim Produktionsschleifen und großen Schleifdrücken gewährleistet.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination der verfügbaren Maschinenachsen gestattet
insbesondere auch das Schleifen von Krümmungen, deren Radius größer als der Schwenkradius
der Werkstückaufspannung ist.
-
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Schleifmaschine
nach der Erfindung, Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Werkstückaufnahme,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Schleifmaschine
nach der Erfindung, Figur 4 eine Draufsicht auf eine Variante der Ausführungsform
nach Figur 3 und Figur 5 als Beispiel eines mit der Schleifmaschine nach der Erfindung
zu bearbeitenden Werkstücks eine zweiblättrige Leitschaufel einer Turbine in perspektivischer
Darstellung.
-
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel
einer Schleifmaschine nach der Erfindung.
-
Auf einem etwa T-förmig ausgebildeten Maschinenbett 1 ist ein Schleifschlitten
2 in Längsrichtung (in Z-Richtung) verschiebbar geführt, der einen Schleifspindelstock
3 trägt.
-
Der Schleifspindelstock 3 ist auf einem Drehtisch 4 um eine vertikale
Achse (Bl) drehbar gelagert.
-
Der Schleifspindelstock 3 weist eine Basisplatte 6 auf, auf welcher
eine in Figur 1 nicht erkennbare Schleifspindel mit einer Schleifscheibe 7 angeordnet
ist. Die Basisplatte 6 trägt eine Brückenkonstruktion 8, auf welcher ein Antriebsmotor
9 für die Schleifscheibe 7 befestigt ist.
-
Die Drehmomentübertragung vom Antriebsmotor 9 zur die Schleifscheibe
7 tragenden Schleifspindel erfolgt über einen Zahnriementrieb, der in einem Gehäuse
11 (vergl.auch Figur 3) untergebracht ist. Die Brückenkonstruktion 8 überspannt
eine Schlittenführung 12 einer Abrichteinrichtung 13. Ein auf der Schlittenführung
12 zum Umfang der Schleifscheibe 7 hin und zurück (in W-Richtung) bewegbar geführter
Abrichtschlitten 14, der ein in Figur 1 nicht erkennbares, von einem Abrichtantrieb
16 angetriebenes Abrichtwerkzeug trägt, wird über ein in einem Gehäuse 17 untergebrachtes
Getriebe von einem Zustellmotor 18 angetrieben.
-
Das Spindelgehäuse der Schleifspindel und die Schleifscheibe 7 werden
von der Brückenkonstruktion teilweise überdeckt, so daß ein Abschnitt 19 der Brückenkonstruktion
gleichzeitig eine Schutzhaube für die Schleifscheibe bildet.
-
Dieser Abschnitt 19 trägt eine Kühlmitteldüse 21, die auf den Wirkbereich
des Schleifscheibenumfangs gerichtet ist.
-
Auf dem quer zur Längsrichtung verlaufenden Teil la des Maschinenbettes
1 ist auf einem Querschlitten 22, der quer zur Längsrichtung (in X-Richtung) auf
dem Maschinenbett la verfahrbar ist, eine Werkstücksäule 23 montiert. Die Werkstücksäule
23 trägt an ihrer dem Schleifspindelstock 3 zugewandten Seite einen Werkstückschlitten
24, der an der Säule in vertikaler Richtung (in Y-Richtung) auf und ab verfahrbar
ist. An der Vorderseite des Werkstückschlittens 24 ist eine Werkstückaufnahme 26
mehrfach schwenkbar angebracht, die nun anhand der Figur 2 näher beschrieben wird.
-
In Figur 2 ist zu erkennen, daß der in Y-Richtung auf und ab verfahrbare
Werkstückschlitten 24 an seiner Vorderseite mit einem Werkstückkopf 27 ausgerüstet
ist, der in Richtung eines Doppelpfeiles 28 um eine horizontale Achse A drehbar
gelagert ist. Am Werkstückkopf 27 ist eine Grundplatte 29 befestigt, welche zwei
Lagerböcke 31 und 31a trägt. Zwischen den Lagerböcken 31 und 31a ist ein Werkstückhalter
32 um eine quer zur Drehachse A verlaufende Schwenkachse C schwenkbar gelagert.
Die Schwenkrichtung um die Achse C gibt ein Doppelpfeil 33 an. Der Werkstückhalter
32 ist mit einer nicht näher dargestellten Spanneinheit 34 ausgerüstet, die ein
in üblicher Weise in einen Spannblock 36 eingelegtes Werkstück 37 aufnimmt.
-
Für diesen Zweck geeignete Spannblöcke, deren Herstellung und Entfernung
vom Werkstück sind beispielsweise durch die deutschen Patentanmeldungen P 34 39
439, P 34 39 250 und P 34 27 885 der Anmelderin bekannt.
-
Der Antrieb für die Schwenkbewegung um die C-Achse ist im Lagerbock
31 untergebracht. Die Drehbewegung um die A-Achse wird von einem auf dem Werkstückschlitten
24 angebrachten Antriebsmotor 38 bewirkt. Der Schlittenantrieb für den Werkstückschlitten
24 ist unsichtbar in der Säule 23
angeordnet.
-
Ein typisches Beispiel für ein mit der beschriebenen Maschine zu bearbeitendes
Werkstück ist in Figur 5 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Bei diesem
Werkstück handelt es sich um ein Turbinenkranzsegment mit zwei Leitschaufeln 39.
Als Beispiel seien hier folgende Bearbeitungsschritte angeführt. An der inneren
Plattform 41i sind die Radien R1 und R2 sowie Planflächen und gegebenenfalls Nuten
an den Seitenflächen 42 zu bearbeiten. An der äußeren Plattform 41a sind die Radien
R3, R4 und R5 sowie Planflächen und gegebenenfalls Nuten an den Seitenflächen 43
zu schleifen. Außerdem müssen an den inneren und äußeren Zungen 44i bzw. 44a Planflächen
46 bzw. Nuten 46a und 46b geschliffen werden. Diese unterschiedlichen Schleifaufgaben
an ein und demselben Werkstück werden in einer einzigen Aufspannung durch die Konzeption
der beschriebenen Schleifmaschine und deren vorgeschlagene Achskonfiguration auf
sehr vorteilhafte Weise optimal bewältigt.
-
In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Maschine vorgestellt. Da diese Maschine weitgehend mit der im Zusammenhang mit Figur
1 beschriebenen Maschine übereinstimmt, sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen
versehen wie in Figur 1.
-
Eine Wiederholung der Beschreibung erübrigt sich insoweit.
-
Im Unterschied zu Figur 1 weist die in Figur 3 gezeigte Maschine außer
einem ersten Schleifschlitten 2a mit einem ersten Schleifspindelstock 3a einen zweiten
Schleifschlitten 2b mit einem zweiten Schleifspindelstock 3b auf.
-
Die Schleifspindelstöcke 3a und 3b sind weitgehend identisch aufgebaut
und stimmen mit dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Schleifspindelstock
3 überein. Das Besondere an dieser Maschine ist, daß die Schleifschlitten
2a
und 2b getrennt voneinander in Längsrichtung verfahrbar sind. Zusätzlich weist der
Schleifschlitten 2b einen Querschlitten 47 auf, mit dem die Schleifscheibe des Schleifspindelstocks
3b zum Werkstück hin zugestellt werden kann.
-
Auf dem Querschlitten 47 ist der Schleifspindelstock 3b wie auch der
andere Schleifspindelstock 3a drehbar um eine vertikale Achse gelagert. Durch diesenAufbau
ist eine vielfältige Bearbeitung von Werkstücken möglich. Der Schleifspindelstock
3b kann, wie gezeigt, mit einer Schleifscheibe 7b zum Außenrundschleifen bestückt
sein. Ebenso kann aber diese Schleifscheibe auch als Werkzeug zum Innenschleifen
ausgebildet sein.
-
Figur 4 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach der Figur 3.
Auch hier sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den Figuren
3 und 1. Mit 1 ist auch hier das Maschinenbett bezeichnet, auf dem ein Schleifschlitten
2c in Längsrichtung verfahrbar geführt ist. Der Schleifschlitten 2c trägt im Falle
der Figur 4 nebeneinander zwei um vertikale Achsen schwenkbare Schleifspindelstöcke
3c und 3d, deren Aufbau mit dem der Ausführungsform nach Figur 1 identisch ist und
daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Die Schleifspindelstöcke 3c und 3d
sind auf dem gemeinsamen Längsschlitten 2c drehbar gelagert. Die Schleifsäule 23a,
die an ihrer Vorderseite die Werkstückaufnahme 26 trägt, ist auch hier auf einem
Schlitten 22 angeordnet, der auf dem Querbett la der Maschine in X-Richtung beweglich
geführt ist. Allerdings trägt der Schlitten 22 im Falle der Figur 4 einen Drehtisch
48, auf welchem die Werkstücksäule 23a montiert ist. Die Werkstücksäule ist bei
dieser Ausführungsform der Schleifmaschine also in Richtung eines Doppelpfeiles
49 auf dem Schlitten 22 um eine vertikale Achse B2 schwenkbar.
-
Der Werkstückaufnahme 26 gegenüber trägt die Werkstück-
säule
23a an einem zweiten vertikal verfahrbaren Werkstückschlitten 24a eine zweite Werkstückaufnahme
26a. Beide Werkstückaufnahmen können so ausgebildet sein wie im Zusammenhang mit
Figur 2 beschrieben. Der Werkstückhalter 32 kann jedoch anstatt zweiseitig auch
nur einseitig gelagert sein. Am prinzipiellen Aufbau der Werkstückaufnahmen ändert
sich dadurch nichts. Diese Variante der Schleifmaschine nach der Erfindung bietet
den Vorteil weiterer Positioniermöglichkeiten des Werkstücks zur Schleifscheibe
und der Möglichkeit, an der rückwärtigen Werkstückaufnahme 26a das Werkstück zu
wechseln, während das in die Werkstückaufnahme 26 eingespannte Werkstück bearbeitet
wird. Das führt zu einer rationelleren Maschinennutzung. Darüberhinaus bietet auch
die in Figur 4 gezeige Schleifmaschine den Vorteil großer Vielseitigkeit bei einfachem
und kompaktem Aufbau. Die Stabilität aller Ausführungsformen der Maschinen ist so
groß, daß auch bei großen Schleifdrücken der modernen Massenfertigung hochgenaue
Schleifergebnisse erzielt werden können.
-
- Leerseite -