EP2076348A1 - Clamping method for workpieces used for the production of compressor or turbine wheels - Google Patents
Clamping method for workpieces used for the production of compressor or turbine wheelsInfo
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- EP2076348A1 EP2076348A1 EP07800669A EP07800669A EP2076348A1 EP 2076348 A1 EP2076348 A1 EP 2076348A1 EP 07800669 A EP07800669 A EP 07800669A EP 07800669 A EP07800669 A EP 07800669A EP 2076348 A1 EP2076348 A1 EP 2076348A1
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Definitions
- the invention relates to a milling method for machining a workpiece of a compressor or turbine wheel in a machine tool, in which using a rotating milling tool on the workpiece contour machining takes place provided for flow line sections of the compressor or turbine wheel, wherein the workpiece is received in a workpiece carrier and relatively is fixed to this for the production.
- compressor wheels impers
- turbine wheels blisk
- compressor wheels and turbine wheels with a simpler geometry, which are often used, for example, in the automotive sector, to be produced by economic casting methods.
- the limits of manufacturability by casting are also achieved by the more and more use found non-pourable materials. It is therefore a trend towards increased use of manufacturing compressor and turbine wheels using machine tools.
- the compressor or turbine wheel in two sub-processes.
- the first sub-process the outer contour and the part required for subsequent assembly in a compressor or in a turbine are manufactured. This sub-process is often performed on lathes.
- the second sub-process the pre-machined blank is placed on a milling machine to produce the geometries of the compressor or turbine wheels.
- clamping devices must be provided in the milling machine, which clamp the respective workpiece within the smallest tolerances and sufficiently stable for the machining.
- the tensioning devices must be designed so that it can be used simultaneously At least 5-axis milling process can come to a collision between the clamping device and the tool or machine.
- the clamping devices are usually designed so that the voltage of the workpiece is done on the already prefabricated mounting parts of the workpiece.
- the half-finished blanks are either bolted directly to the machine on appropriately prepared devices or screwed outside the machine on a workpiece carrier (pallet) and then brought into the machines either directly into the processing room of the machine tool or in an automated magazine system.
- the workpiece usually has a through hole through which a threaded bolt of the pallet is performed. With a nut screwed onto the free end of the threaded bolt manually, the workpiece is then clamped in the axial direction against the pallet.
- the invention is therefore based on the object to improve the efficiency of the aforementioned manufacturing process.
- This object is achieved in a method of the type mentioned in accordance with the invention that in a positioning step, the workpiece preferably outside the machine tool by means of a positioning aid or a positioning in a provided for a subsequent manufacturing process, with respect to a longitudinal axis of the workpiece carrier, or Workpiece, at least radially predetermined, position is positioned in the workpiece carrier, and the workpiece is fixed in a different from the positioning step clamping step within the machine tool relative to the workpiece carrier in the axial direction.
- the invention thus provides for the workpieces to be arranged in at least two preparation or set-up steps in a workpiece carrier receptacle suitable for milling in a milling machine tool and to be fixed therein.
- the workpiece in the workpiece carrier at least in relation to the longitudinal axis or another reference or reference variable, is already aligned in a radially correct position (radially correct with respect to a predetermined longitudinal axis of the workpiece carrier).
- a fixation in the direction of the longitudinal axis of the workpiece carrier is not yet after completion of the positioning step and before the introduction of the assembled workpiece carrier in the machine tool in front.
- This independent process step "positioning step” should thus take place outside the machine tool, which advantageously reduces set-up times in the machine tool During this process, the machine tool can therefore continue to be in productive use for the machining of other workpieces Insertion of the workpiece in a certain rotational position in and with respect to the workpiece carrier, it is particularly suitable for automation, for example to be carried out by means of a handling device, such as a robot, without operator.
- the workpiece carrier in turn can then at a later
- the insertion of the stocked workpiece carrier can preferably be effected by means of a handling device automated.
- clamping direction can preferably be automated. This division into simple and successive partial process steps enables a higher degree of automation and in particular a reduction of unproductive non-productive times of the machine tools.
- the workpiece carrier should thus preferably be brought to a position other than that radially prepositioned with respect to the longitudinal axis, but preferably otherwise loosely, than at the time of performing the positioning step, only here the clamping step being carried out.
- the clamping step following the positioning step can preferably be carried out at a different location than the positioning step, in particular in the machine tool itself. In connection with the invention, it is particularly preferred if for the clamping step in many milling machines anyway, existing, in connection with one piece Compressor or turbine wheels but not yet used, tailstock is used.
- the workpiece carrier can first be inserted into a workpiece holder of the machine tool with the workpiece already aligned in the radial direction relative to the workpiece carrier. Subsequently, the tailstock is relatively moved to the workpiece in the axial direction and pressed a pressing element by means of the tailstock against the hitherto free end side of the workpiece. The workpiece is (only) thereby clamped in the machine tool between the tailstock and a contact surface of the workpiece carrier.
- the clamping force and frictional force generated in this case should be so great that the occurring axial and tangential machining forces can be absorbed by the frictional connection.
- the inventive method thus allows the supply of clamping elements - such as screws or nuts - and their assembly on the workpiece during the set-up process at least largely and preferably completely dispense. This also contributes to achieving an uncomplicated automation of the manufacturing process.
- Tailstocks have been used above all in workpieces that have a great length in relation to their radial extension and therefore tend to buckling during machining.
- the invention should preferably tailstock as the only clamping or
- Clamping element can be used with which a clamping force of the workpiece is produced on the workpiece carrier.
- the tailstock as that
- the tailstock can also be used to generate the only forces that counteract the forces acting in the circumferential direction processing forces.
- a complete new use of tailstocks is proposed.
- an embodiment of the positioning method step is particularly suitable, in which the positioning is achieved by means of a positive connection between the workpiece and the workpiece carrier.
- the positive connection should take place at least with respect to the longitudinal or rotational axis of the compressor or turbine wheel in the radial directions.
- at least one recess and a pin-like positioning means intended for engagement in the recess can be provided on the workpiece carrier and the respective workpiece.
- the recess may in this case be assigned to the workpiece on the basis of a simple manufacturability, and the positioning means suitable for this purpose in its geometric form may be assigned to the workpiece carrier.
- solutions with reverse assignment are also possible.
- An embodiment suitable for this purpose may provide a positioning means which is one of a
- Circular shape has different cross-sectional shape.
- a recess matching the positioning means in terms of size, geometric shape and manufacturing accuracy can be provided.
- at least a significant portion, preferably all, of the tangential and radial forces are removed by the positioning means via a positive connection with the workpiece.
- clamping mandrels can also be provided as positioning means, which bear against the wall surface of the recess in which the respective mandrel is located during an actuation.
- the method according to the invention makes possible a so-called chaotic production.
- workpieces are manufactured on a machine tool in practically any order or short order resulting without retooling.
- several workpiece carriers can be stored in a workpiece magazine with workpieces already arranged thereon in a positioning step.
- Such a workpiece magazine can be assigned to one or more machine tools. Since, in connection with the invention, workpieces can be exchanged very quickly in comparison with the processing times usually required, only a small number of workpiece carriers per workpiece type are required. In a preferred embodiment, only two or a little more workpiece carriers are provided in a series production of compressor or turbine wheels for a machine tool or a workpiece magazine per workpiece type.
- Fig. 1 is a perspective view of a pallet for receiving a
- FIG. 2 shows the pallet from FIG. 1 with a workpiece arranged thereon;
- FIG. 3 shows a machine tool which can be used in connection with the method according to the invention
- FIG. 4 shows a detailed view of FIG. 3, in which a workpiece attachment of the machine tool is in a receiving position
- Fig. 5 is an enlarged detail view of Fig. 4;
- FIG. 6 shows the machine tool of FIG. 3, in which the workpiece holder and a tailstock are in a position intended for milling;
- Fig. 7 is an enlarged detail view of Fig. 6;
- FIG. 8 shows a further enlarged detail illustration from FIG. 7.
- Fig. 1 a formed as a pallet 1 workpiece carrier is shown, as it can be used in connection with the present invention.
- This is a standard zero-span workpiece pallet, such as those offered by the companies Erowa AG, CH-6233 réellen, and System 3R AG, CH-9230 Flawil, under the names Erowa system ITS and Macro Magnum.
- Such pallets 1 are for high-precision yet automated arrangements in a machine tool 2, as shown for example in Fig. 3, is provided. Both the pallet 1 and the machine tool 2 each have an interface in order to be able to securely hold pallets 1 in the machine tool 2 in processing positions by means of a workpiece holder 3 of the machine tool 2.
- On a workpiece side of the pallet on the pallet a disc-shaped adjustment part 4 is fixed.
- the workpiece-specific fitting part 4 has for this purpose four holes 5, in which screws not shown are arranged and screwed into the pallet 1.
- Centrally or coaxially to a Leksr provided for feed movements and axis of rotation 6 is in the fitting part 4 to its free end in sections conically and in cross-section circular shaped receiving pin 7 is provided, which has the function of a positioning.
- the receiving pin 7 projects from a planar, or planar, abutment surface 4a of the fitting part 4 associated with the pallet 1, the longitudinal axis 6 of the receiving pin 7 being aligned perpendicular to the abutment surface 4a.
- the receiving pin 7 can be arranged in a not visible in the illustration of FIG. 1 recess of the contact surface or fixed, in particular screwed by a thread, be.
- the pallet 1 has on its underside positioning and tensioning aids, such as, for example, not shown in detail clamping pin and an index pin, by which they can be clamped by a clamping device of a machine tool 2.
- the trained in per se known manner positioning and clamping tools are part of the interface, by means of which the clamping of the pallet is made in the machine tool and the pallet is secured against relative movement with respect to the workpiece holder.
- the pallet 1 is provided for receiving already pre-machined workpieces 8.
- the pre-machining may in particular include a turning of a portion of a piece of bar stock.
- the workpiece may already have received an outer contour that corresponds to the outer contour of the component to be produced.
- Such a preprocessed workpiece 8 is shown arranged on a pallet 1 in FIG. 2.
- the workpiece 8 has to be arranged on the pallet 1 on its side facing the workpiece carrier end face on an open recess, which may preferably be formed as a blind hole or as a through hole.
- a longitudinal axis the recess coincides with the later axis of rotation of the compressor or turbine wheel.
- the contour or geometric shape and size of the receiving pin is adapted to the bore or agrees that the workpiece 8 comes through an arrangement on the receiving pin 7 in abutment against the contact surface 4a and with respect to the longitudinal axis 6 of the receiving pin against radial Movements is secured.
- FIGS. 3 to 7 show a machine tool 2 intended for milling workpieces, which is suitable for 5-axis simultaneous machining.
- the machine tool thus has at least five driven axles, which can be used all or in part by a control of the machine tool simultaneously.
- Such equipped with at least five driven axes (three translational and two axes of rotation) for generating feed movements machines are capable of the compressor and turbine wheels typically complicated geometric shapes, in particular sheet shapes to be able to manufacture.
- Such a machine tool for example, offered by the applicant under the name STC 100 and used in conjunction with other clamping methods.
- the tool carrier 9 of the machine tool 2 is provided for receiving a milling tool, wherein a rotational axis 10 of the milling tool is aligned in a neutral position of the tool carrier 9 orthogonal to a workpiece axis of the workpiece holder 3 (FIGS. 7 and 8).
- the workpiece holder 3 is intended to receive one of the pallets 1 with a workpiece 8 arranged thereon, wherein the workpiece holder 3 detects the pallet via its interface.
- the workpiece holder 3 also has a known tailstock 10, which can be delivered to the workpiece.
- a universal stop element 12 of the tailstock 10 can also be brought by a pivoting movement into a position in which the stop element 12th aligned with the bore of the workpiece 8.
- a hydraulically or pneumatically actuated cylinder for example, or by a spindle drive, the conically shaped stop element 12 can then be inserted into the bore at the free end face 8a of the workpiece and brought into abutment against the hitherto free end face of the workpiece.
- the workpiece 8 is thus clamped between the adjustment part 4 and the stopper member 12 and thus fixed against axial movement.
- the clamping force should in this case be dimensioned so that the forces occurring during milling machining in the circumferential direction of the workpiece due to frictions are also included.
- the workpiece holder 3 In the position shown in FIGS. 3 to 5, the workpiece holder 3 is in a receiving position, in which the pallet workpiece carrier can be received in a horizontal orientation together with a workpiece prepositioned thereon.
- the pallet 1 with the fitting part 4 arranged thereon can already be located in the workpiece holder 3 of the machine tool and be clamped there.
- the pallet 1 is brought in the machine tool in the horizontal position shown in Fig. 3 and 5. In this position, the receiving pin 7 is aligned at least substantially vertically.
- one of the already prepared by turning workpieces 8 can be arranged with its recess or bore on the receiving pin 7 and thus loosely prepositioned.
- This arrangement can be advantageously carried out by an automatic handling machine, which removes such a workpiece from a workpiece storage and touches the receiving pin 7.
- the conical shape of the receiving pin 7 makes it possible to compensate for possible positioning inaccuracies of the handling machine and always to achieve an exact positioning of the workpieces 8 on the pallet 1.
- the tailstock 10 can be moved toward the workpiece 8, the stop element 12 pivoted to the free end face 8a of the workpiece and inserted into the recess.
- the workpiece for milling operations Due to the positive connection with the receiving pin 7 (positioning) and a resulting by a sufficiently large clamping force frictional engagement the workpiece for milling operations is held securely and with high precision in the machine tool and is securely clamped therein. In this setting, the workpiece can be finished. After completion of the processing, the workpiece holder 3 is again transferred to the horizontal position of Fig. 3, and the finished compressor wheel are removed manually or by means of the handling machine.
- the invention allows for a variety of variations, not all of which can be discussed.
- provision can be made, for example, for the workpieces to be already inserted into a pallet 1 outside the machine tool, preferably automatically.
- the positioning step carried out in this case can essentially correspond to the positioning step carried out in the machine tool.
- the respective workpiece carrier can be arranged for this purpose at a set-up point, not shown, on which the workpiece carrier is equipped with a workpiece.
- the respective pallet can be transferred to a not-shown workpiece magazine of the respective machine tool, for example by means of an automatic handling machine.
- an automated setup process can be achieved.
- the pallets can be brought to the processing position in the machine tool in a certain time determined by a parent control computer manufacturing, in which connection their workpieces are clamped with the tailstock in the axial direction against the pallet.
- at least two pallets, each adapted to the workpiece type fitting parts should be provided for each tool type for meaningful automation and uninterrupted production per machine tool.
- the pallets 1 are stored in a pallet magazine and can be equipped there by a structurally simple designed handling machine with workpieces.
- the corresponding workpiece carrier is preferably positioned at a transfer point only shortly before the loading of the workpiece into the machine tool. This has the advantage that the system thus linked allows a true chaotic production even without complex host computer and / or production planning system.
- Machine tool 12 stop element
- Adjustment part a contact surface
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Abstract
Disclosed is a milling method for machining a workpiece of a compressor or turbine wheel in a machine tool. In said method, the contour of flow-conducting sections of the compressor or turbine wheel is machined using a rotating milling tool on the workpiece that is accommodated in a workpiece support and is fastened relative thereto for the production process. In order to increase the possibilities to automate said method, the workpiece (8) is placed, by means of a positioning aid, in a certain position within the workpiece support in a positioning step, said position being used for a subsequent production process and being at least radially predetermined relative to a longitudinal axis (6) of the workpiece support, and the workpiece is fastened within the machine tool in an axial direction relative to the workpiece support in a clamping step that differs from the positioning step.
Description
Spannverfahren für Werkstücke zur Fertigung von Verdichter- oder Clamping process for workpieces for the production of compressor or
Turbinenräderturbine wheels
Die Erfindung betrifft ein Fräsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks eines Verdichter- oder Turbinenrades in einer Werkzeugmaschine, bei dem unter Einsatz eines rotierenden Fräswerkzeugs am Werkstück eine Konturbearbeitung von zur Strömungsleitung vorgesehenen Abschnitten des Verdichter- oder Turbinenrads stattfindet, wobei das Werkstück in einem Werkstückträger aufgenommen und relativ zu diesem für die Fertigung fixiert wird.The invention relates to a milling method for machining a workpiece of a compressor or turbine wheel in a machine tool, in which using a rotating milling tool on the workpiece contour machining takes place provided for flow line sections of the compressor or turbine wheel, wherein the workpiece is received in a workpiece carrier and relatively is fixed to this for the production.
Sogenannte Verdichterräder (Impeller) oder Turbinenräder (Blisk) werden sowohl durch Giessverfahren als auch durch spanabhebende Fertigungsverfahren auf Werkzeugmaschinen hergestellt. Hierbei ist es üblich, dass insbesondere Verdichter- und Turbinenräder mit einfacherer Geometrie, wie sie beispielsweise oft im Automobilbereich Anwendung finden, durch wirtschaftliche Gießverfahren hergestellt werden. Ausser komplizierten, nicht oder nur mit großem Aufwand giessfähigen, Geometrien, werden die Grenzen der Herstellbarkeit durch Giessen auch durch die immer öfter Verwendung findenden nicht giessfähigen Werkstoffe erreicht. Es ist deshalb ein Trend zu einer vermehrten Anwendung der Herstellung von Verdichterund Turbinenrädern unter Verwendung von Werkzeugmaschinen festzustellen.So-called compressor wheels (impellers) or turbine wheels (blisk) are produced both by casting processes and by machining processes on machine tools. In this case, it is customary in particular for compressor wheels and turbine wheels with a simpler geometry, which are often used, for example, in the automotive sector, to be produced by economic casting methods. Except complicated, not or only with great effort pourable, geometries, the limits of manufacturability by casting are also achieved by the more and more use found non-pourable materials. It is therefore a trend towards increased use of manufacturing compressor and turbine wheels using machine tools.
Bei derartigen herkömmlichen Fertigungsverfahren ist es üblich, das Verdichter- oder Turbinenrad in zwei Teilprozessen herzustellen. Im ersten Teilprozess wird die Aussenkontur und die zur späteren Montage in einem Verdichter oder in einer Turbine erforderliche Partie gefertigt. Dieser Teilprozess wird oftmals auf Drehmaschinen durchgeführt. Im zweiten Teilprozess wird der so vorbearbeitete Rohling auf eine Fräsmaschine gebracht, um die Geometrien der Verdichter- oder Turbinenräder zu fertigen. Dazu müssen in der Fräsmaschine Spanneinrichtungen vorgesehen werden, die das jeweilige Werkstück innerhalb geringster Toleranzen und für die spanabhebende Bearbeitung ausreichend stabil spannen. Des Weiteren müssen die Spannvorrichtungen so ausgeführt werden, dass es während des simultanen
mindestens 5-achsigen Fräsprozesses zu keiner Kollision zwischen der Spannvorrichtung und dem Werkzeug bzw. Maschine kommen kann. Dazu werden die Spannvorrichtungen in der Regel so ausgeführt, dass die Spannung des Werkstücks an den schon vorgefertigten Montagepartien des Werkstückes erfolgt.In such conventional manufacturing processes, it is customary to produce the compressor or turbine wheel in two sub-processes. In the first sub-process, the outer contour and the part required for subsequent assembly in a compressor or in a turbine are manufactured. This sub-process is often performed on lathes. In the second sub-process, the pre-machined blank is placed on a milling machine to produce the geometries of the compressor or turbine wheels. For this purpose, clamping devices must be provided in the milling machine, which clamp the respective workpiece within the smallest tolerances and sufficiently stable for the machining. Furthermore, the tensioning devices must be designed so that it can be used simultaneously At least 5-axis milling process can come to a collision between the clamping device and the tool or machine. For this purpose, the clamping devices are usually designed so that the voltage of the workpiece is done on the already prefabricated mounting parts of the workpiece.
Mit den bekannten Werkzeugmaschinen, die für eine solche Bearbeitungsaufgabe geeignet sind, werden dazu verschiedene (je nach Werkstücktyp angepasste) Methoden angewandt. Am häufigsten werden die halbfertigen Rohteile entweder direkt in der Maschine auf entsprechend vorbereiteten Vorrichtungen angeschraubt oder ausserhalb der Maschine auf einem Werkstückträger (Palette) festgeschraubt und anschliessend, entweder direkt in den Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine oder in ein automatisiertes Magazinsystem in die Maschinen gebracht. Das Werkstück weist hierzu in der Regel eine Durchgangsbohrung auf, durch die ein Gewindebolzen der Palette durchgeführt ist. Mit einer auf das freie Ende des Gewindebolzens manuell aufgeschraubten Mutter wird dann das Werkstück in axialer Richtung gegen die Palette geklemmt.With the known machine tools, which are suitable for such a machining task, different (adapted depending on the workpiece type) methods are used. Most often, the half-finished blanks are either bolted directly to the machine on appropriately prepared devices or screwed outside the machine on a workpiece carrier (pallet) and then brought into the machines either directly into the processing room of the machine tool or in an automated magazine system. For this purpose, the workpiece usually has a through hole through which a threaded bolt of the pallet is performed. With a nut screwed onto the free end of the threaded bolt manually, the workpiece is then clamped in the axial direction against the pallet.
Bei der Verwendung von Werkstückträgern sind auch Lösungen bekannt, bei denen aktive Spannelemente auf den Werkstückträgern selbst vorgesehen sind, mit denen die Werkstücke dann geklemmt werden. Ausserdem sind auch Lösungen bekannt, bei denen die Werkstücke über Handhabungssysteme direkt auf einem, meist hydraulisch oder pneumatisch betätigten, Spannsystem im Bearbeitungsraum der Maschine einspannt werden. Diese Spannsysteme sind in der Regel als Backenspanner bzw. als Spannringe für eine Aussenspannung am Rohteil oder auch als Spanndorne für Innenspannungen in vorhandenen Bohrungen ausgeführt. Die Längsachsen dieser Bohrungen verlaufen stets fluchtend mit der Rotationsachse des fertigen Verdichteroder Turbinenrads.When using workpiece carriers, solutions are also known in which active clamping elements are provided on the workpiece carriers themselves, with which the workpieces are then clamped. In addition, solutions are known in which the workpieces are clamped on handling systems directly on a, usually hydraulically or pneumatically operated, clamping system in the processing room of the machine. These clamping systems are usually designed as jaw tensioners or as clamping rings for an external stress on the blank or as clamping mandrels for internal stresses in existing holes. The longitudinal axes of these bores always run in alignment with the axis of rotation of the finished compressor or turbine wheel.
Alle diese Spannmethoden erfordern entweder einen sehr hohen Rüstaufwand und hohe Vorrichtungskosten oder verursachen sehr hohe Anlagenkosten und einen hohen Montageaufwand bei der Umstellung der Anlage auf neue Werkstücktypen.All of these clamping methods require either a very high set-up effort and high device costs or cause very high system costs and high assembly costs when converting the system to new workpiece types.
Dies führt in der Konsequenz entweder zu einem hohen Personalaufwand für den
Betrieb der Maschinen und Anlagen oder die Anlagen und Verfahren eignen sich nur bedingt für eine wirtschaftlich zu realisierende und zu betreibende Automatisierung des Fertigungsprozesses. Insbesondere eine Umrüstung der Anlage auf neue Werkstücktypen ist in der Regel nur vollständig manuell zu bewerkstelligen und hat damit hohe Rüstkosten zur Folge. Die Wirtschaftlichkeit solcher Fertigungsverfahren ist somit nicht zufriedenstellend.As a consequence, this leads either to a high personnel expenditure for the Operation of the machines and plants or the plants and processes are only conditionally suitable for an economically feasible and to be operated automation of the manufacturing process. In particular, a conversion of the plant to new types of workpieces is usually only completely manually to accomplish and thus has high setup costs. The economics of such manufacturing processes is therefore not satisfactory.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit des eingangs genannten Fertigungsverfahrens zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the efficiency of the aforementioned manufacturing process.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem Positionierschritt das Werkstück vorzugsweise ausserhalb der Werkzeugmaschine mittels einer Positionierhilfe bzw. einem Positioniermittel in eine für einen nachfolgenden Fertigungsprozess vorgesehene, in Bezug auf eine Längsachse des Werkstückträgers, bzw. des Werkstücks, zumindest radial vorbestimmte, Lage im Werkstückträger positioniert wird, und das Werkstück in einem sich vom Positionierschritt unterscheidenden Spannschritt innerhalb der Werkzeugmaschine relativ zum Werkstückträger in axialer Richtung fixiert wird.This object is achieved in a method of the type mentioned in accordance with the invention that in a positioning step, the workpiece preferably outside the machine tool by means of a positioning aid or a positioning in a provided for a subsequent manufacturing process, with respect to a longitudinal axis of the workpiece carrier, or Workpiece, at least radially predetermined, position is positioned in the workpiece carrier, and the workpiece is fixed in a different from the positioning step clamping step within the machine tool relative to the workpiece carrier in the axial direction.
Die Aufgabe wird zudem durch eine Verdichterrad- oder Turbinenradspannvorrichtung gemäss Anspruch 15 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 16 gelöst.The object is also achieved by a compressor wheel or Turbinenradspannvorrichtung according to claim 15 and a use according to claim 16.
Die Erfindung sieht somit vor, die Werkstücke in zumindest zwei Vorbereitungs- bzw. Rüstschritten in eine zur Fräsbearbeitung geeignete Werkstückträgeraufnahme in einer Fräswerkzeugmaschine anzuordnen und in dieser zu fixieren. Hierbei wird in dem zeitlich vorausgehenden Positionierschritt das Werkstück im Werkstückträger zumindest in Bezug auf Längsachse oder eine sonstige Referenz- bzw. Bezugsgrösse bereits in eine radialkorrekte Lage (radialkorrekt in Bezug auf eine vorgegebene Längsachse des Werkstückträgers) ausgerichtet. Eine Fixierung in Richtung der Längsachse des Werkstückträgers liegt nach Abschluß des Positionierschritts und vor der Einführung des bestückten Werkstückträgers in die Werkzeugmaschine noch nicht
vor. Dieser eigenständige Verfahrensschritt „Positionierschritt" soll somit ausserhalb der Werkzeugmaschine stattfinden, wodurch sich in vorteilhafter Weise Rüstzeiten in der Werkzeugmaschine reduzieren lassen. Während dieses Vorgangs kann die Werkzeugmaschine deshalb für die Bearbeitung anderer Werkstücke weiter in produktivem Einsatz sein. Da zur Durchführung dieses Verfahrensschritts lediglich ein Einsetzen des Werkstücks in einer bestimmten Rotationsposition in den und in Bezug auf den Werkstückträger erforderlich ist, eignet er sich in besonderem Masse zur Automatisierung, beispielsweise um mittels einer Handhabungseinrichtung, wie einem Roboter, bedienerlos ausgeführt zu werden. Der Werkstückträger seinerseits kann dann zu einem späteren Zeitpunkt in eine ebenfalls vorbestimmte Position in eine Werkstückaufnahme der jeweiligen Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Auch das Einsetzen des bestückten Werkstückträgers kann vorzugsweise mittels einer Handhabungseinrichtung automatisiert erfolgen.The invention thus provides for the workpieces to be arranged in at least two preparation or set-up steps in a workpiece carrier receptacle suitable for milling in a milling machine tool and to be fixed therein. In this case, in the temporally preceding positioning step, the workpiece in the workpiece carrier, at least in relation to the longitudinal axis or another reference or reference variable, is already aligned in a radially correct position (radially correct with respect to a predetermined longitudinal axis of the workpiece carrier). A fixation in the direction of the longitudinal axis of the workpiece carrier is not yet after completion of the positioning step and before the introduction of the assembled workpiece carrier in the machine tool in front. This independent process step "positioning step" should thus take place outside the machine tool, which advantageously reduces set-up times in the machine tool During this process, the machine tool can therefore continue to be in productive use for the machining of other workpieces Insertion of the workpiece in a certain rotational position in and with respect to the workpiece carrier, it is particularly suitable for automation, for example to be carried out by means of a handling device, such as a robot, without operator.The workpiece carrier in turn can then at a later At the same time, the insertion of the stocked workpiece carrier can preferably be effected by means of a handling device automated.
Erst in dem vorzugsweise nachfolgenden Spannschritt werden die Werkstücke dann auch in axialer Richtung fixiert, wobei der Spannschritt in der Werkzeugmaschine stattfinden soll. Auch Spannrichtung kann vorzugsweise automatisiert erfolgen. Diese Aufteilung in an sich einfache und nacheinander durchzuführende Teilverfahrensschritte ermöglicht einen höheren Grad der Automatisierung und insbesondere eine Verringerung von unproduktiven Nebenzeiten der Werkzeugmaschinen vorzusehen.Only in the preferably subsequent clamping step, the workpieces are then fixed in the axial direction, wherein the clamping step is to take place in the machine tool. Also clamping direction can preferably be automated. This division into simple and successive partial process steps enables a higher degree of automation and in particular a reduction of unproductive non-productive times of the machine tools.
Zur Durchführung des Spannschritts sollte somit der Werkstückträger vorzugsweise mit dem bereits in Bezug auf die Längsachse radial vorpositionierten - aber vorzugsweise sonst lose angeordneten - Werkstück an eine andere Stelle als bei der Durchführung des Positionierschritts gebracht werden, wobei erst hier der Spannschritt ausgeführt wird. Der dem Positionierschritt nachfolgende Spannschritt kann vorzugsweise an einer anderen Stelle durchgeführt werden als der Positionierschritt, insbesondere in der Werkzeugmaschine selbst. Im . Zusammenhang mit der Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn für den Spannschritt ein in vielen Fräsmaschinen ohnehin , vorhandener, im Zusammenhang mit einstückigen
Verdichter- oder Turbinenrädern bisher jedoch nicht zum Einsatz gekommener, Reitstock benutzt wird.To carry out the clamping step, the workpiece carrier should thus preferably be brought to a position other than that radially prepositioned with respect to the longitudinal axis, but preferably otherwise loosely, than at the time of performing the positioning step, only here the clamping step being carried out. The clamping step following the positioning step can preferably be carried out at a different location than the positioning step, in particular in the machine tool itself. In connection with the invention, it is particularly preferred if for the clamping step in many milling machines anyway, existing, in connection with one piece Compressor or turbine wheels but not yet used, tailstock is used.
Der Werkstückträger kann hierzu zuerst mit dem in radialer Richtung gegenüber dem Werkstückträger bereits ausgerichteten Werkstück in eine Werkstückaufnahme der Werkzeugmaschine eingesetzt werden. Nachfolgend wird der Reitstock relativ an das Werkstück in axialer Richtung verfahren und ein Andrückelement mittels des Reitstocks gegen die bis dahin freie Stirnseite des Werkstücks gedrückt. Das Werkstück wird (erst) hierdurch in der Werkzeugmaschine zwischen dem Reitstock und einer Anlagefläche des Werkstückträgers geklemmt. Die hierbei erzeugte Klemmkraft und Reibkraft sollte so gross sein, dass die auftretenden axialen und tangentialen Bearbeitungskräfte durch die kraftschlüssige Verbindung aufgenommen werden können. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt somit auf die Zuführung von Spannelementen - wie beispielsweise Schrauben oder Muttern - und deren Montage am Werkstück während des Rüstvorgangs zumindest weitestgehend und vorzugsweise vollständig zu verzichten. Auch dies trägt zur Erzielung einer unaufwendigen Automatisierung des Fertigungsprozesses bei.For this purpose, the workpiece carrier can first be inserted into a workpiece holder of the machine tool with the workpiece already aligned in the radial direction relative to the workpiece carrier. Subsequently, the tailstock is relatively moved to the workpiece in the axial direction and pressed a pressing element by means of the tailstock against the hitherto free end side of the workpiece. The workpiece is (only) thereby clamped in the machine tool between the tailstock and a contact surface of the workpiece carrier. The clamping force and frictional force generated in this case should be so great that the occurring axial and tangential machining forces can be absorbed by the frictional connection. The inventive method thus allows the supply of clamping elements - such as screws or nuts - and their assembly on the workpiece during the set-up process at least largely and preferably completely dispense. This also contributes to achieving an uncomplicated automation of the manufacturing process.
Reitstöcke sind bisher vor allem bei Werkstücken eingesetzt worden, die im Verhältnis zu ihrer radialen Erstreckung eine große Länge aufweisen und deshalb bei der spanabhebendenden Bearbeitung zur Durchbiegung neigen. Bei Verdichter- undTailstocks have been used above all in workpieces that have a great length in relation to their radial extension and therefore tend to buckling during machining. For compressor and
Turbinenrädern sind hingegen die Verhältnisse der Dimensionen dieser Werkstücke in der Regel genau umgekehrt, d.h. die Bauteile weisen üblicherweise in Bezug auf ihre radiale Erstreckung eine geringe axiale Länge auf. Ein weiterer Unterschied zu bisherigen Anwendungen ist darin zu sehen, dass bis anhin Reitstöcke nur unterstützende Wirkung beim Halten des Werkstücks haben, insbesondere umTurbine wheels, however, the ratios of the dimensions of these workpieces are usually exactly the opposite, that is. the components usually have a small axial length with respect to their radial extent. Another difference to previous applications is the fact that until now tailstocks have only supportive effect when holding the workpiece, in particular to
Biegeauslenkungen der Werkstücke zu verringern. Im Zusammenhang mit derTo reduce bending deflections of the workpieces. In connection with the
Erfindung soll jedoch der Reitstock vorzugsweise als einziges Spann- bzw.However, the invention should preferably tailstock as the only clamping or
Klemmelement benutzt werden, mit dem eine Klemmkraft des Werkstücks am Werkstückträger erzeugt wird. Vorzugsweise kann aber der Reitstock auch als jenesClamping element can be used with which a clamping force of the workpiece is produced on the workpiece carrier. Preferably, however, the tailstock as that
Spannelement vorgesehen sein, durch das zumindest ein überwiegender Anteil derBe provided by the clamping element at least a majority of the
Klemmkraft bereitgestellt wird. Zumindest für bestimmte zweckmässige Ausführungs-
formen der Erfindung kann der Reitstock auch zur Erzeugung der einzigen Kräfte verwendet werden, die den in Umfangsrichtung wirkenden Bearbeitungskräften entgegen wirken. Erfindungsgemäß wird somit eine völlige neue Verwendung von Reitstöcken vorgeschlagen.Clamping force is provided. At least for certain appropriate implementing Forms of the invention, the tailstock can also be used to generate the only forces that counteract the forces acting in the circumferential direction processing forces. Thus, according to the invention, a complete new use of tailstocks is proposed.
Im Zusammenhang mit der Erfindung ist eine Ausführungsform des Positionierverfahrensschritts besonders geeignet, bei dem die Positionierung mittels eines Formschlusses zwischen dem Werkstück und dem Werkstückträger erreicht wird. Der Formschluss sollte zumindest in Bezug auf die Längs- bzw. Rotationsachse des Verdichter- oder Turbinenrads in radialer Richtungen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann hierzu beim Werkstückträger und dem jeweiligen Werkstück zumindest eine Ausnehmung und ein zum Eingriff in die Ausnehmung bestimmtes stiftartiges Positioniermittel vorgesehen sein. Die Ausnehmung kann hierbei aufgrund einer einfachen Fertigbarkeit dem Werkstück zugeordnet und das dazu in seiner geometrischen Form zum Eingriff passende Positioniermittel dem Werkstückträger zugeordnet sein. Es sind selbstverständlich auch Lösungen mit umgekehrter Zuordnung möglich.In connection with the invention, an embodiment of the positioning method step is particularly suitable, in which the positioning is achieved by means of a positive connection between the workpiece and the workpiece carrier. The positive connection should take place at least with respect to the longitudinal or rotational axis of the compressor or turbine wheel in the radial directions. In a preferred embodiment, for this purpose, at least one recess and a pin-like positioning means intended for engagement in the recess can be provided on the workpiece carrier and the respective workpiece. The recess may in this case be assigned to the workpiece on the basis of a simple manufacturability, and the positioning means suitable for this purpose in its geometric form may be assigned to the workpiece carrier. Of course, solutions with reverse assignment are also possible.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann bereits alleine durch die Durchführung des Positionierschritts zusätzlich auch eine Sicherung des Werkstücks gegenIn a preferred embodiment, even alone by performing the positioning step, a backup of the workpiece against
Drehbewegungen in Umfangsrichtung des Werkstücks erzielt werden. Eine hierzu geeignete Ausführungsform kann ein Positioniermittel vorsehen, das eine von einerRotary movements in the circumferential direction of the workpiece can be achieved. An embodiment suitable for this purpose may provide a positioning means which is one of a
Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist. Selbstverständlich kann auch bei diesen Ausführungsformen jeweils eine zu dem Positioniermittel in Größe, geometrischer Form und Fertigungsgenauigkeit passende Ausnehmung vorgesehen sein. Bei derartigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird zumindest ein erheblicher Teil, vorzugsweise sämtliche, der tangential und radial wirkenden Kräfte durch das Positioniermittel über einen Formschluss mit dem Werkstück abgetragen.Circular shape has different cross-sectional shape. Of course, in these embodiments as well, a recess matching the positioning means in terms of size, geometric shape and manufacturing accuracy can be provided. In such embodiments according to the invention, at least a significant portion, preferably all, of the tangential and radial forces are removed by the positioning means via a positive connection with the workpiece.
Die zur Erzielung dieser Wirkung bisher oftmals üblichen aktiven Spannelemente zum Spannen des Werkstücks auf dem Werkstückträger sind im Zusammenhang mit derThe to achieve this effect hitherto often common active clamping elements for clamping the workpiece on the workpiece carrier are in connection with the
Erfindung nicht zwingend erforderlich, deren Funktion zur Erzielung einer Spannkraft kann zumindest primär insbesondere durch den werkzeugmaschinenseitigen
Reitstock übernommen wird. Die sich hierdurch auch ergebenden geringen Vorrichtungskosten tragen zur besonderen Wirtschaftlichkeit erfindungsgemäßer Ausführungsformen bei.Invention not mandatory, whose function to achieve a clamping force can, at least primarily, especially by the machine tool side Tailstock is taken. The resulting also low device costs contribute to the particular economics of embodiments according to the invention.
In weiteren Ausführungsformen können auch Spanndorne als Positioniermittel vorgesehen sein, die sich bei einer Betätigung gegen die Wandfläche der Ausnehmung anlegen, in dem sich der jeweilige Spanndorn befindet.In further embodiments, clamping mandrels can also be provided as positioning means, which bear against the wall surface of the recess in which the respective mandrel is located during an actuation.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht trotz der Komplexität der zu fertigenden Konturen und selbst bei einer Vielzahl von sich in Grosse und Form voneinander unterscheidenden Werkstücken eine sogenannte chaotische Fertigung. Bei einer solchen werden in praktisch beliebiger bzw. sich kurzfristig ergebender Reihenfolge ohne Umrüstarbeiten unterschiedliche Werkstücke auf einer Werkzeugmaschine gefertigt. Um einen möglichst schnellen Wechsel zu erreichen, können mehrere Werk- stückträger mit jeweils in einem Positionierschritt bereits darauf angeordneten Werkstücken in einem Werkstückmagazin bevorratet werden. Ein solches Werkstückmagazin kann einer oder auch mehreren Werkzeugmaschinen zugeordnet sein. Da sich im Zusammenhang mit der Erfindung Werkstücke im Vergleich zu den üblicherweise benötigten Bearbeitungszeiten sehr schnell austauschen lassen, ist nur eine geringe Anzahl an Werkstückträgern pro Werkstücktyp erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einer Serienfertigung von Verdichter- oder Turbinenräder für eine Werkzeugmaschine bzw. ein Werkstückmagazin pro Werkstücktyp lediglich zwei oder wenig mehr Werkstückträger vorgesehen.Despite the complexity of the contours to be produced and even with a large number of workpieces differing in size and shape, the method according to the invention makes possible a so-called chaotic production. In such a variety of workpieces are manufactured on a machine tool in practically any order or short order resulting without retooling. To achieve the fastest possible change, several workpiece carriers can be stored in a workpiece magazine with workpieces already arranged thereon in a positioning step. Such a workpiece magazine can be assigned to one or more machine tools. Since, in connection with the invention, workpieces can be exchanged very quickly in comparison with the processing times usually required, only a small number of workpiece carriers per workpiece type are required. In a preferred embodiment, only two or a little more workpiece carriers are provided in a series production of compressor or turbine wheels for a machine tool or a workpiece magazine per workpiece type.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown purely schematically in the figures, in which:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Palette zur Aufnahme einesFig. 1 is a perspective view of a pallet for receiving a
Werkstücks;
Fig. 2 die Palette aus Fig.1 mit einem darauf angeordneten Werkstück;Workpiece; FIG. 2 shows the pallet from FIG. 1 with a workpiece arranged thereon; FIG.
Fig. 3 eine im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren einsetzbare Werkzeugmaschine ;3 shows a machine tool which can be used in connection with the method according to the invention;
Fig. 4 eine Detaildarstellung aus Fig. 3, bei der sich eine Werkstückaufnahe der Werkzeugmaschine in einer Aufnahmeposition befindet;FIG. 4 shows a detailed view of FIG. 3, in which a workpiece attachment of the machine tool is in a receiving position; FIG.
Fig. 5 eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 4;Fig. 5 is an enlarged detail view of Fig. 4;
Fig. 6 die Werkzeugmaschine aus Fig. 3, bei der sich die Werkstückaufnahme und ein Reitstock in einer zur Fräsbearbeitung vorgesehenen Position befinden;FIG. 6 shows the machine tool of FIG. 3, in which the workpiece holder and a tailstock are in a position intended for milling; FIG.
Fig. 7 eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 6;Fig. 7 is an enlarged detail view of Fig. 6;
Fig. 8 eine nochmals vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 7.8 shows a further enlarged detail illustration from FIG. 7.
In Fig. 1 ist ein als Palette 1 ausgebildeter Werkstückträger gezeigt, wie er in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. Es handelt sich hierbei um eine Standard-Nullspann-Werkstückpalette, wie sie beispielsweise von den Firmen Erowa AG, CH-6233 Büron, und System 3R AG, CH-9230 Flawil, unter den Bezeichnungen Erowa-System ITS und Macro Magnum angeboten werden. Derartige Paletten 1 sind für hochpräzise und trotzdem automatisierte Anordnungen in einer Werkzeugmaschine 2, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, vorgesehen. Sowohl die Palette 1 als auch die Werkzeugmaschine 2 weisen jeweils eine Schnittstelle auf, um durch eine Werkstückaufnahme 3 der Werkzeugmaschine 2 Paletten 1 in der Werkzeugmaschine 2 in Bearbeitungspositionen sicher halten zu können.
Auf einer Werkstückseite der Palette ist auf der Palette ein scheibenförmiges Anpassteil 4 befestigt. Das werkstückspezifische Anpassteil 4 weist hierzu vier Bohrungen 5 auf, in denen nicht näher dargestellte Schrauben angeordnet und in die Palette 1 eingeschraubt sind. Zentrisch bzw. koaxial zu einer für Vorschubbe- wegungen vorgesehenen Längsr und Rotationsachse 6 ist im Anpassteil 4 ein zu seinem freien Ende hin abschnittsweise konisch und im Querschnitt kreisförmig ausgeformter Aufnahmestift 7 vorgesehen, der die Funktion eines Positioniermittels hat. Der Aufnahmestift 7 steht von einer ebenen, bzw. planen, Anlagefläche 4a des der Palette 1 zugeordneten Anpassteils 4 ab, wobei die Längsachse 6 des Aufnahmestifts 7 senkrecht zur Anlagefläche 4a ausgerichtet ist. Der Aufnahmestift 7 kann in einer in der Darstellung von Fig. 1 nicht erkennbaren Ausnehmung der Anlagefläche angeordnet bzw. befestigt, insbesondere mittels einem Gewinde eingeschraubt, sein.In Fig. 1 a formed as a pallet 1 workpiece carrier is shown, as it can be used in connection with the present invention. This is a standard zero-span workpiece pallet, such as those offered by the companies Erowa AG, CH-6233 Büron, and System 3R AG, CH-9230 Flawil, under the names Erowa system ITS and Macro Magnum. Such pallets 1 are for high-precision yet automated arrangements in a machine tool 2, as shown for example in Fig. 3, is provided. Both the pallet 1 and the machine tool 2 each have an interface in order to be able to securely hold pallets 1 in the machine tool 2 in processing positions by means of a workpiece holder 3 of the machine tool 2. On a workpiece side of the pallet on the pallet a disc-shaped adjustment part 4 is fixed. The workpiece-specific fitting part 4 has for this purpose four holes 5, in which screws not shown are arranged and screwed into the pallet 1. Centrally or coaxially to a Längsr provided for feed movements and axis of rotation 6 is in the fitting part 4 to its free end in sections conically and in cross-section circular shaped receiving pin 7 is provided, which has the function of a positioning. The receiving pin 7 projects from a planar, or planar, abutment surface 4a of the fitting part 4 associated with the pallet 1, the longitudinal axis 6 of the receiving pin 7 being aligned perpendicular to the abutment surface 4a. The receiving pin 7 can be arranged in a not visible in the illustration of FIG. 1 recess of the contact surface or fixed, in particular screwed by a thread, be.
Die Palette 1 weist an ihrer Unterseite Positionier- und Spannhilfsmittel, wie beispielsweise nicht im einzelnen dargestellte Spannzapfen und einen Indexstift auf, durch die sie von einer Spanneinrichtung einer Werkzeugmaschine 2 geklemmt werden kann. Die in an sich vorbekannter Weise ausgebildeten Positionier- und Spannhilfsmittel sind Teil der Schnittstelle, mittels der die Klemmung der Palette in der Werkzeugmaschine vorgenommen wird und durch die die Palette gegen Relativbewegungen in Bezug auf die Werkstückaufnahme gesichert ist.The pallet 1 has on its underside positioning and tensioning aids, such as, for example, not shown in detail clamping pin and an index pin, by which they can be clamped by a clamping device of a machine tool 2. The trained in per se known manner positioning and clamping tools are part of the interface, by means of which the clamping of the pallet is made in the machine tool and the pallet is secured against relative movement with respect to the workpiece holder.
Die Palette 1 ist zur Aufnahme von bereits vorbearbeiteten Werkstücken 8 vorgesehen. Die Vorbearbeitung kann insbesondere eine Drehbearbeitung eines Abschnitts eines Stangenmaterialstücks umfassen. Durch die Drehbearbeitung kann das Werkstück bereits eine Aussenkontur erhalten haben, die der Aussenkontur des herzustellenden Bauteils entspricht. Ein solches vorbearbeitetes Werkstück 8 ist in Fig. 2 auf einer Palette 1 angeordnet gezeigt.The pallet 1 is provided for receiving already pre-machined workpieces 8. The pre-machining may in particular include a turning of a portion of a piece of bar stock. As a result of the turning operation, the workpiece may already have received an outer contour that corresponds to the outer contour of the component to be produced. Such a preprocessed workpiece 8 is shown arranged on a pallet 1 in FIG. 2.
Das Werkstück 8 weist zur Anordnung auf der Palette 1 an seiner zum Werkstückträger gewandten Stirnseite eine offene Ausnehmung auf, die vorzugsweise als Sackloch- oder als Durchgangsbohrung ausgebildet sein kann. Eine Längsachse
der Ausnehmung stimmt mit der späteren Drehachse des Verdichter- bzw. Turbinenrads überein. Die Kontur bzw. geometrische Form und Grosse des Aufnahmestifts ist auf die Bohrung so angepasst bzw. stimmt überein, dass das Werkstück 8 durch eine Anordnung auf dem Aufnahmestift 7 in Anlage gegen die Anlagefläche 4a gelangt und in Bezug auf die Längsachse 6 des Aufnahmestifts gegen radiale Bewegungen gesichert ist.The workpiece 8 has to be arranged on the pallet 1 on its side facing the workpiece carrier end face on an open recess, which may preferably be formed as a blind hole or as a through hole. A longitudinal axis the recess coincides with the later axis of rotation of the compressor or turbine wheel. The contour or geometric shape and size of the receiving pin is adapted to the bore or agrees that the workpiece 8 comes through an arrangement on the receiving pin 7 in abutment against the contact surface 4a and with respect to the longitudinal axis 6 of the receiving pin against radial Movements is secured.
In den Fig. 3 bis 7 ist eine zur Fräsbearbeitung von Werkstücken vorgesehene Werkzeugmaschine 2 gezeigt, die für eine 5-Achsen-Simultanbearbeitung geeignet ist. Die Werkzeugmaschine besitzt somit zumindest fünf angetriebene Achsen, die sämtliche oder in Teilmengen von einer Steuerung der Werkzeugmaschine gleichzeitig zum Einsatz gebracht werden können. Hierbei sind zwei Bewegungsachsen auf die Werkstückaufnahme 3 und drei Bewegungsachsen auf einen Werkzeugträger 9 aufgeteilt. Solche mit mindestens fünf angetriebenen Achsen (drei translatorische und zwei Drehachsen) zur Erzeugung von Vorschubbewegungen versehenen Maschinen sind dazu geeignet, die für Verdichter- und Turbinenräder typischen komplizierten geometrischen Formen, insbesondere Blattformen, fertigen zu können. Eine solche Werkzeugmaschine wird beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung STC 100 angeboten und im Zusammenhang mit anderen Spannverfahren eingesetzt.FIGS. 3 to 7 show a machine tool 2 intended for milling workpieces, which is suitable for 5-axis simultaneous machining. The machine tool thus has at least five driven axles, which can be used all or in part by a control of the machine tool simultaneously. Here are two axes of movement on the workpiece holder 3 and three axes of motion on a tool carrier 9 divided. Such equipped with at least five driven axes (three translational and two axes of rotation) for generating feed movements machines are capable of the compressor and turbine wheels typically complicated geometric shapes, in particular sheet shapes to be able to manufacture. Such a machine tool, for example, offered by the applicant under the name STC 100 and used in conjunction with other clamping methods.
Der Werkzeugträger 9 der Werkzeugmaschine 2 ist zur Aufnahme eines Fräswerkzeuges vorgesehen, wobei eine Rotationsachse 10 des Fräswerkzeuges in einer neutralen Position des Werkzeugträgers 9 orthogonal zu einer Werkstückachse der Werkstückaufnahme 3 ausgerichtet ist (Fig. 7 und 8).The tool carrier 9 of the machine tool 2 is provided for receiving a milling tool, wherein a rotational axis 10 of the milling tool is aligned in a neutral position of the tool carrier 9 orthogonal to a workpiece axis of the workpiece holder 3 (FIGS. 7 and 8).
Die Werkstückaufnahme 3 ist zur Aufnahme einer der Paletten 1 mit einem darauf angeordneten Werkstück 8 bestimmt, wobei die Werkstückaufnahme 3 die Palette über ihre Schnittstelle erfasst. Die Werkstückaufnahme 3 weist ferner einen an sich bekannten Reitstock 10 auf, der auf das Werkstück zugestellt werden kann. Ein Universal-Anschlagelement 12 des Reitstocks 10 kann zudem durch eine Schwenkbewegung in eine Position gebracht werden, in der das Anschlagelement 12
mit der Bohrung des Werkstücks 8 fluchtet. Mittels eines beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Zylinders oder durch einen Spindeltrieb kann das konisch ausgeformte Anschlagelement 12 dann an der freien Stirnseite 8a des Werkstücks in die Bohrung eingeführt und so gegen die bis dahin freie Stirnseite des Werkstücks in Anlage gebracht werden. Das Werkstück 8 wird somit zwischen dem Anpassteil 4 und dem Anschlagelement 12 eingeklemmt und damit gegen axiale Bewegungen fixiert. Die Klemmkraft sollte hierbei jedoch so bemessen sein, dass die bei Fräsbearbeitungen auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung des Werkstücks aufgrund von Reibschlüssen ebenfalls aufgenommen werden.The workpiece holder 3 is intended to receive one of the pallets 1 with a workpiece 8 arranged thereon, wherein the workpiece holder 3 detects the pallet via its interface. The workpiece holder 3 also has a known tailstock 10, which can be delivered to the workpiece. A universal stop element 12 of the tailstock 10 can also be brought by a pivoting movement into a position in which the stop element 12th aligned with the bore of the workpiece 8. By means of a hydraulically or pneumatically actuated cylinder, for example, or by a spindle drive, the conically shaped stop element 12 can then be inserted into the bore at the free end face 8a of the workpiece and brought into abutment against the hitherto free end face of the workpiece. The workpiece 8 is thus clamped between the adjustment part 4 and the stopper member 12 and thus fixed against axial movement. However, the clamping force should in this case be dimensioned so that the forces occurring during milling machining in the circumferential direction of the workpiece due to frictions are also included.
In der in Fig. 3 bis 5 gezeigten Position befindet sich die Werkstückaufnahme 3 in einer Aufnahmeposition, in welcher der als Palette ausgebildete Werkstückträger zusammen mit einem darauf vorpositionierten Werkstück in horizontaler Ausrichtung aufgenommen werden kann.In the position shown in FIGS. 3 to 5, the workpiece holder 3 is in a receiving position, in which the pallet workpiece carrier can be received in a horizontal orientation together with a workpiece prepositioned thereon.
In einer ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens kann sich die Palette 1 mit dem darauf angeordneten Anpassteil 4 bereits in der Werkstückaufnahme 3 der Werkzeugmaschine befinden und dort eingespannt sein. Zur Aufnahme eines Werkstücks 8 wird die Palette 1 in der Werkzeugmaschine in die in Fig. 3 und 5 gezeigte horizontale Position gebracht. In dieser Position ist der Aufnahmestift 7 zumindest im wesentlichen senkrecht ausgerichtet.In a first variant of the method according to the invention, the pallet 1 with the fitting part 4 arranged thereon can already be located in the workpiece holder 3 of the machine tool and be clamped there. For receiving a workpiece 8, the pallet 1 is brought in the machine tool in the horizontal position shown in Fig. 3 and 5. In this position, the receiving pin 7 is aligned at least substantially vertically.
Nun kann eines der durch Drehbearbeitung bereits vorbereiteten Werkstücke 8 mit seiner Ausnehmung bzw. Bohrung auf den Aufnahmestift 7 angeordnet und somit lose vorpositioniert werden. Diese Anordnung kann mit Vorteil durch einen Handhabungsautomaten vorgenommen werden, der hierzu ein solches Werkstück aus einem Werkstücklager entnimmt und auf den Aufnahmestift 7 aufsetzt. Die konische Form des Aufnahmestifts 7 erleichtert hierbei eventuelle Positionierungenauigkeiten des Handhabungsautomaten auszugleichen und stets eine exakte Positionierung der Werkstücke 8 auf der Palette 1 zu erreichen.
Nachfolgend kann der Reitstock 10 auf das Werkstück 8 zubewegt, das Anschlagelement 12 auf die freie Stirnseite 8a des Werkstücks zugeschwenkt und in die Ausnehmung eingeführt werden. Durch den Formschluss mit dem Aufnahmestift 7 (Positioniermittel) und einen sich durch eine ausreichend große Klemmkraft ergebenden Reibschluss wird das Werkstück für Fräsbearbeitungen sicher und hochpräzise in der Werkzeugmaschine gehalten bzw. ist darin sicher eingespannt. In dieser Aufspannung kann das Werkstück fertigbearbeitet werden. Nach Beendigung der Bearbeitung wird die Werkstückaufnahme 3 wieder in die horizontale Position aus Fig. 3 überführt, und das fertige Verdichterrad manuell oder mittels des Handhabungsautomaten entnommen werden.Now one of the already prepared by turning workpieces 8 can be arranged with its recess or bore on the receiving pin 7 and thus loosely prepositioned. This arrangement can be advantageously carried out by an automatic handling machine, which removes such a workpiece from a workpiece storage and touches the receiving pin 7. The conical shape of the receiving pin 7 makes it possible to compensate for possible positioning inaccuracies of the handling machine and always to achieve an exact positioning of the workpieces 8 on the pallet 1. Subsequently, the tailstock 10 can be moved toward the workpiece 8, the stop element 12 pivoted to the free end face 8a of the workpiece and inserted into the recess. Due to the positive connection with the receiving pin 7 (positioning) and a resulting by a sufficiently large clamping force frictional engagement the workpiece for milling operations is held securely and with high precision in the machine tool and is securely clamped therein. In this setting, the workpiece can be finished. After completion of the processing, the workpiece holder 3 is again transferred to the horizontal position of Fig. 3, and the finished compressor wheel are removed manually or by means of the handling machine.
Die Erfindung lässt eine Vielzahl von Variationen zu, von denen nicht auf sämtliche eingegangen werden kann. So kann in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens beispielsweise vorgesehen sein, dass die Werkstücke bereits außerhalb der Werkzeugmaschine in eine Palette 1 eingesetzt werden, vorzugsweise automatisiert. Der hierbei durchgeführte Positionierschritt kann im wesentlichen dem in der Werkzeugmaschine durchgeführten Positionierschritt entsprechen. Der jeweilige Werkstückträger kann hierzu an einem nicht näher dargestellten Rüstplatz angeordnet werden, an dem der Werkstückträger mit einem Werkstück bestückt wird.The invention allows for a variety of variations, not all of which can be discussed. For example, in a preferred variant of the method according to the invention, provision can be made, for example, for the workpieces to be already inserted into a pallet 1 outside the machine tool, preferably automatically. The positioning step carried out in this case can essentially correspond to the positioning step carried out in the machine tool. The respective workpiece carrier can be arranged for this purpose at a set-up point, not shown, on which the workpiece carrier is equipped with a workpiece.
Anschliessend kann die jeweilige Palette in ein nicht näher dargestelltes Werkstückmagazin der jeweiligen Werkzeugmaschine überführt werden, beispielsweise mittels einem Handhabungsautomaten. Auch hier kann - insbesondere aufgrund des auch als Einführhilfe fungierenden Aufnahmestifts 7 und der zu diesem Zeitpunkt nicht erforderlichen Spannung oder Klemmung des Werkstücks in axialer Richtung - zuverlässig und dennoch mit geringem technischen Aufwand ein automatisierter Rüstvorgang erzielt werden. Die Paletten können in einer von einem übergeordneten Leitrechner der Fertigung bestimmten Zeitpunkt in die Bearbeitungsposition in der Werkzeugmaschine gebracht, wobei in diesem Zusammenhang ihre Werkstücke mit dem Reitstock in axialer Richtung gegen die Palette geklemmt werden.
Bei dieser Ausführungsform sollten für eine sinnvolle Automatisierung und unterbrechungsfreie Produktion pro Werkzeugmaschine für jeden Werkstücktyp zumindest zwei Paletten mit jeweils an den Werkstücktyp adaptierte Anpassteile vorgesehen sein. Die Paletten 1 sind in einem Palettenmagazin hinterlegt und können dort von einem konstruktiv einfach gestalteten Handhabungsautomaten mit Werkstücken bestückt werden. Dabei wird vorzugsweise erst kurz vor der Beladung des Werkstücks in die Werkzeugmaschine der entsprechende Werkstückträger an einer Übergabestelle positioniert. Dies hat den Vorteil, dass das so verkettete System auch ohne komplexen Leitrechner und/oder Produktionsplanungs-Systems eine echte chaotische Fertigung ermöglicht.
Subsequently, the respective pallet can be transferred to a not-shown workpiece magazine of the respective machine tool, for example by means of an automatic handling machine. Again, in particular due to acting as an insertion aid receiving pin 7 and not required at this time voltage or clamping of the workpiece in the axial direction - reliable and yet with little technical effort, an automated setup process can be achieved. The pallets can be brought to the processing position in the machine tool in a certain time determined by a parent control computer manufacturing, in which connection their workpieces are clamped with the tailstock in the axial direction against the pallet. In this embodiment, at least two pallets, each adapted to the workpiece type fitting parts should be provided for each tool type for meaningful automation and uninterrupted production per machine tool. The pallets 1 are stored in a pallet magazine and can be equipped there by a structurally simple designed handling machine with workpieces. In this case, the corresponding workpiece carrier is preferably positioned at a transfer point only shortly before the loading of the workpiece into the machine tool. This has the advantage that the system thus linked allows a true chaotic production even without complex host computer and / or production planning system.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Palette 10 ReitstockPallet 10 tailstock
Werkzeugmaschine 12 AnschlagelementMachine tool 12 stop element
WerkstückaufnahmeWorkpiece holder
Anpassteil a AnlageflächeAdjustment part a contact surface
Bohrungdrilling
Längsachselongitudinal axis
Aufnahmestiftrecording pen
Werkstück a freie StirnseiteWorkpiece a free end face
Werkzeugträger
tool carrier
Claims
1. Fräsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks eines Verdichter- oder Turbinenrades in einer Werkzeugmaschine, bei dem unter Einsatz eines rotierenden Fräswerkzeugs am Werkstück eine Konturbearbeitung von zur Strömungsleitung vorgesehenen Abschnitten des Verdichter- oder Turbinenrads stattfindet, wobei das Werkstück in einem Werkstückträger aufgenommen und relativ zu diesem für die Fertigung fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Positionierschritt das Werkstück (8) mittels einer Positionierhilfe in eine für einen nachfolgenden Fertigungsprozess vorgesehene, in Bezug auf eine Längsachse (6) des Werkstückträgers zumindest radial vorbestimmte, Lage im Werkstückträger positioniert wird, und das Werkstück in einem sich vom Positionierschritt unterscheidenden Spannschritt innerhalb der Werkzeugmaschine relativ zum Werkstückträger in axialer Richtung fixiert wird.A milling method for machining a workpiece of a compressor or turbine wheel in a machine tool, in which using a rotating milling tool on the workpiece contour machining takes place provided for flow line sections of the compressor or turbine wheel, wherein the workpiece is received in a workpiece carrier and relative to this is fixed for manufacturing, characterized in that in a positioning step, the workpiece (8) by means of a positioning in a provided for a subsequent manufacturing process, with respect to a longitudinal axis (6) of the workpiece carrier at least radially predetermined position in the workpiece carrier is positioned, and the workpiece is fixed relative to the workpiece carrier in an axial direction in a clamping step different from the positioning step within the machine tool.
2. Fräsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierschritt außerhalb der Werkzeugmaschine durchgeführt wird.2. Milling method according to claim 1, characterized in that the positioning step is performed outside the machine tool.
3. Fräsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannschritt dem Positionierschritt zeitlich nachfolgt.3. Milling method according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping step follows the positioning step in time.
4. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Positionierschritt mittels eines Formschlusses mit dem Werkstückträger eine Positionierung des Werkstücks (8) in der radialen Lage erzeugt wird.4. Milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the positioning step by means of a positive connection with the workpiece carrier positioning of the workpiece (8) is generated in the radial position.
5. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Positionier- und Spannschritts bei der Aufnahme des Werkstücks (8) im Werkstückträger in einer zur Fräsbearbeitung geeigneten Anordnung ausschliesslich Mittel verwendet werden, die entweder bereits vor der Zuführung des Werkstücks am Werkstückträger angeordnet waren oder an der Werkzeugmaschine (2) installiert sind.5. Milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that for carrying out the positioning and clamping step in the recording of the workpiece (8) in the workpiece carrier in a for Milling processing suitable arrangement exclusively means are used, which were either already arranged before the supply of the workpiece on the workpiece carrier or on the machine tool (2) are installed.
6. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger und das Werkstück eine Ausnehmung und eine zum Eingriff in die Ausnehmung stiftartige Positionierhilfe aufweisen, wobei die Ausnehmung in Bezug auf die Rotationsachse des Verdichter- oder Turbinenrads fluchtend angeordnet ist.6. milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece carrier and the workpiece have a recess and a pin-like positioning aid for engaging in the recess, wherein the recess is arranged in alignment with respect to the axis of rotation of the compressor or turbine wheel.
7. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Spannschritts der Werkstückträger mit dem vorpositionierten Werkstück an einer anderen Stelle angeordnet wird als jener Stelle, an welcher der Positionierschritt durchgeführt wird.7. milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that is arranged to carry out the clamping step of the workpiece carrier with the prepositioned workpiece at a different location than that point at which the positioning step is performed.
8. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger zusammen mit dem Werkstück zur8. Milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece carrier together with the workpiece for
Durchführung des Spannschritts in einer Fräswerkzeugmaschine angeordnet wird.Performing the clamping step is arranged in a milling machine tool.
9. Fräsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8) mittels eines Reitstocks (10) in der Werkzeugmaschine (2) gespannt wird.9. milling method according to claim 8, characterized in that the workpiece (8) by means of a tailstock (10) in the machine tool (2) is tensioned.
10. Fräsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Reitstock (10) eine Klemmkraft ausgeübt wird, deren Richtung mit der Längsachse (6) zumindest im wesentlichen fluchtet bzw. zumindest parallel zu dieser verläuft.10. Milling method according to claim 9, characterized in that with the tailstock (10) a clamping force is exerted, whose direction with the longitudinal axis (6) is at least substantially aligned or at least parallel to this.
11. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger werkstückseitig mit einem auf den jeweiligen Werkstücktyp angepassten austauschbaren Anpassteil versehen und werkzeugmaschinenseitig zu einem Schnellspannsystem kompatibel ausgebildet ist.11. Milling method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece carrier provided on the workpiece side with an adapted to the respective workpiece type replaceable adapter part and machine tool side is designed to be compatible with a quick release system.
12. Verfahren zur Fertigung einer Mehrzahl von Verdichter- oder Turbinenräder, insbesondere unterschiedlicher Verdichter- oder Turbinenräder, in einer Fräswerkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der für die12. A method for manufacturing a plurality of compressor or turbine wheels, in particular different compressor or turbine wheels, in a milling machine tool, characterized in that each of the for the
Fertigung von Verdichter- oder Turbinenräder vorgesehenen Werkstücke nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Werkzeugmaschine angeordnet und nachfolgend fräsbearbeitet wird.Production of compressor or turbine wheels provided workpieces arranged according to at least one of claims 1 to 11 in a machine tool and is subsequently milled.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Werkstückträgerpuffer, in den bestückte Werkstückträger gebracht werden.13. The method according to claim 12, characterized by a workpiece carrier buffer are placed in the assembled workpiece carrier.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Werkstück zusammen mit dem Werkstückträger aus der Werkzeugmaschine entnommen wird, das Werkstück vom Werkstückträger genommen wird und nachfolgend der Werkstückträger außerhalb der Werkzeugmaschine mit einem der weiteren Werkstücke bestückt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the respective workpiece is removed together with the workpiece carrier from the machine tool, the workpiece is taken from the workpiece carrier and subsequently the workpiece carrier outside the machine tool is equipped with one of the other workpieces.
15. Verdichterrad- oder Turbinenradspannvorrichtung zur Anordnung eines zur Fertigung eines Verdichterrad- oder Turbinenrads vorgesehenen Werkstücks in einer Fräswerkzeugmaschine, die einen Werkstückträger aufweist, der in die Fräswerkzeugmaschine ein- und ausführbar ist und auf dem das Werkstück in einer für die Fräsbearbeitung geeigneten Weise anordenbar ist, gekennzeichnet durch ein Positioniermittel, mit dem in Bezug auf eine Längsachse (6) des Werkstückträgers für Fräsbearbeitungen eine radiale Ausrichtung des Werkstücks (8) erzeugbar ist sowie durch einen Reitstock (10), der für die Durchführung von Fräsbearbeitungen am Werkstück (8) in Anlage gegen das Werkstück bringbar ist, um auf das Werkstück eine axiale Klemmkraft auszuüben.15. Verdichterrad- or Turbinenradspannvorrichtung for arranging a provided for manufacturing a Verdichterrad- or turbine wheel workpiece in a Fräswerkzeugmaschine having a workpiece carrier, which is in the Fräswerkzeugmaschine and executable and on which the workpiece is arranged in a suitable manner for milling machining characterized by a positioning means, with respect to a longitudinal axis (6) of the workpiece carrier for milling machining a radial alignment of the workpiece (8) can be generated and by a tailstock (10), for performing milling operations on the workpiece (8) in Plant is brought against the workpiece to exert on the workpiece an axial clamping force.
16. Verwendung eines Reitstocks von einer zur Fräsbearbeitung vorgesehenen Werkzeugmaschine zur Anordnung des Reitstocks gegen eine Stirnseite eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass der Reitstock (10) zum Spannen eines Verdichter- oder Turbinenrades während einer Fräsbearbeitung von strömungsleitenden Elementen des Verdichter- oder Turbinenrads in einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. 16. Use of a tailstock of a tool provided for milling machine tool for arranging the tailstock against an end face of a Workpiece, characterized in that the tailstock (10) is provided for clamping a compressor or turbine wheel during milling of flow-conducting elements of the compressor or turbine wheel in a machine tool.
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