WO2008040136A1 - Spannverfahren für werkstücke zur fertigung von verdichter- oder turbinenräder - Google Patents

Abstract

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, sollen die Möglichkeiten zur Automatisierung des Verfahrens verbessert werden. Hierzu wird vorgeschlagen, 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.

Description

Spannverfahren für Werkstücke zur Fertigung von Verdichter- oder

Turbinenräder

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit des eingangs genannten Fertigungsverfahrens zu verbessern.

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.

Die Aufgabe wird zudem durch eine Verdichterrad- oder Turbinenradspannvorrichtung gemäss Anspruch 15 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 16 gelöst.

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.

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.

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.

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.

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- und

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 um

Biegeauslenkungen der Werkstücke zu verringern. Im Zusammenhang mit der

Erfindung soll jedoch der Reitstock vorzugsweise als einziges Spann- bzw.

Klemmelement benutzt werden, mit dem eine Klemmkraft des Werkstücks am Werkstückträger erzeugt wird. Vorzugsweise kann aber der Reitstock auch als jenes

Spannelement vorgesehen sein, durch das zumindest ein überwiegender Anteil der

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.

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 einer bevorzugten Weiterbildung kann bereits alleine durch die Durchführung des Positionierschritts zusätzlich auch eine Sicherung des Werkstücks gegen

Drehbewegungen in Umfangsrichtung des Werkstücks erzielt werden. Eine hierzu geeignete Ausführungsform kann ein Positioniermittel vorsehen, das eine von einer

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.

Die zur Erzielung dieser Wirkung bisher oftmals üblichen aktiven Spannelemente zum Spannen des Werkstücks auf dem Werkstückträger sind im Zusammenhang mit der

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.

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.

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.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Palette zur Aufnahme eines

Werkstücks; Fig. 2 die Palette aus Fig.1 mit einem darauf angeordneten Werkstück;

Fig. 3 eine im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren einsetzbare Werkzeugmaschine ;

Fig. 4 eine Detaildarstellung aus Fig. 3, bei der sich eine Werkstückaufnahe der Werkzeugmaschine in einer Aufnahmeposition befindet;

Fig. 5 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 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. 7 eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 6;

Fig. 8 eine nochmals vergrößerte Detaildarstellung aus 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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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 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.

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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

Palette 10 Reitstock

Werkzeugmaschine 12 Anschlagelement

Werkstückaufnahme

Anpassteil a Anlagefläche

Bohrung

Längsachse

Aufnahmestift

Werkstück a freie Stirnseite

Werkzeugträger

Claims

Patentansprüche

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.

2. Fräsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierschritt außerhalb der Werkzeugmaschine durchgeführt wird.

3. Fräsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannschritt dem Positionierschritt zeitlich nachfolgt.

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.

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.

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.

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.

8. Fräsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger zusammen mit dem Werkstück zur

Durchführung des Spannschritts in einer Fräswerkzeugmaschine angeordnet wird.

9. Fräsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8) mittels eines Reitstocks (10) in der Werkzeugmaschine (2) gespannt wird.

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.

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.

12. Verfahren zur Fertigung einer Mehrzahl von Verdichter- oder Turbinenräder, insbesondere unterschiedlicher Verdichter- oder Turbinenräder, in einer Fräswerkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der für die

Fertigung von Verdichter- oder Turbinenräder vorgesehenen Werkstücke nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Werkzeugmaschine angeordnet und nachfolgend fräsbearbeitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Werkstückträgerpuffer, in den bestückte Werkstückträger gebracht werden.

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.

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.

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.