WO2013178377A1

WO2013178377A1 - Cnc-bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: WO2013178377A1
Application number: PCT/EP2013/056247
Authority: WO
Inventors: Christian GÜHNEMANN
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine CNC-Bearbeitungs-maschine (1), die zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufern sowie Induktoren ausgelegt ist, mit einem Maschinenbett, auf dem ein Spindelstock (3) mit einem Spindelstockspannfutter (4), ein Reitstock (5) mit einem Reitstockspannfutter (6), zumindest zwei Lagerböcke (7, 8) und wenigstens ein Werkzeugmodul (9) befestigt sind, wobei das Werkzeugmodul (9) derart ausgelegt ist, dass es ein Bewegen eines an diesem gehaltenen Werkzeugs (15) zumindest entlang der X-, Y- und Z-Achse der CNC-Bearbeitungsmaschine (1) gestattet, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbett in wenigstens drei in Reihe lösbar miteinander verbindbaren Maschinenbettmodule (2) unterteilt ist, und dass die Maschinenbettmodule (2), der Spindelstock (3), der Reitstock (5), die Lagerböcke (7, 8) und das Werkzeugmodul (9) derart ausgebildet sind, dass der Spindelstock (3), der Reitstock (5), die Lagerböcke (7, 8) und das Werkzeugmodul (9) lösbar an den Maschinenbettmodulen (2) befestigt werden können.

Description

CNC-Bearbeitungsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine CNC-Bearbeitungs- maschine, die zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläu^¬ fern sowie Induktoren ausgelegt ist, mit einem Maschinenbett, auf dem ein Spindelstock mit einem Spindelstockspannfutter, ein Reitstock mit einem Reitstockspannfutter, zumindest zwei Lagerböcke und wenigstens ein Werkzeugmodul befestigt sind, wobei das Werkzeugmodul derart ausgelegt ist, dass es ein Be^¬ wegen eines an diesem gehaltenen Werkzeugs zumindest entlang der X-, Y- und Z-Achse der CNC-Bearbeitungsmaschine gestat^¬ tet. Die Y-Achse erstreckt sich dabei in einer Richtung senk^¬ recht zum Maschinenbett, die X-Achse in Querrichtung des Maschinenbetts und die Z-Achse in Längsrichtung des Maschi^¬ nenbetts .

Derartige CNC-Bearbeitungsmaschinen sind als Dreh-, Schleifund/oder Fräsmaschinen in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt und werden ortsfest in Maschinenhallen aufgestellt. Grundsätzlich werden sie dabei an speziell ausgelegten

Maschinenfundamenten verankert. Zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufern sowie Induktoren werden die Werkstücke zur Maschinenhalle transportiert, wo sie dann unter Verwen- dung der CNC-Bearbeitungsmaschine spanend bearbeitet werden. Hauptanwendungsgebiete sind beispielsweise das Rundschleifen der Außendurchmesser von Schaufelspitzen und das Nachfräsen von Schaufelfußnuten, um nur einige Beispiele zu nennen. Ein Nachteil solcher CNC-Bearbeitungsmaschinen zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufern sowie Induktoren besteht darin, dass der Transport der Werkstücke zu den jewei^¬ ligen Maschinenhallen mit langen Ausfallzeiten einhergeht, was nicht wünschenswert ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine CNC-Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen alternativen Aufbau aufweist und mit geringen Ausfallzeiten einhergeht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine CNC-Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Maschinenbett in wenigs^¬ tens drei in Reihe lösbar miteinander verbindbaren Maschinen- bettmodule unterteilt ist, und dass die Maschinenbettmodule, der Spindelstock, der Reitstock, die Lagerböcke und das Werk- zeugmodul derart ausgebildet sind, dass der Spindelstock, der Reitstock, die Lagerböcke und das Werkzeugmodul lösbar an den Maschinenbettmodulen befestigt werden können. Mit anderen Worten schafft die vorliegende Erfindung eine modular aufge^¬ baute CNC-Bearbeitungsmaschine, die sich in ihrem in die ein- zelnen Module zerlegten Zustand problemlos transportieren lässt, so dass die CNC-Bearbeitungsmaschine vor Ort montiert und zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufen sowie Induktoren eingesetzt werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass die CNC-Bearbeitungsmaschine und nicht die Werkstücke transportiert werden müssen, lassen sich die Stillstandzeiten wesentlich verkürzen, wodurch enorme Kosten eingespart werden können .

Bevorzugt weisen die Maschinenbettmodule einheitliche Verbin- dungseinrichtungen auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Maschinenbettmodule in einer an ein zu bear^¬ beitendes Werkstück angepassten Weise frei kombinierbar miteinander verbunden werden können. Die Verbindungseinrichtungen können aus herkömmliche, dem Fachmann bekannten Zentrier- und Befestigungsmitteln bestehen, die eine hinreichend exakte und steife Verbindung zwischen den Maschinenbettmodulen gewährleisten .

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Maschinenbettmodule an ihrer Oberseite mit Referenznuten ver^¬ sehen, die eine miteinander fluchtende Positionierung des Spindelstocks, des Reitstocks und der Lagerböcke in Richtung der Z-Achse gewährleisten. Durch derartige Referenznuten, die vorteilhaft geschliffen ausgeführt sind, wird eine ordnungs^¬ gemäße Positionierung und Ausrichtung der genannten Komponenten bei der Montage der CNC-Bearbeitungsmaschine sicherge^¬ stellt .

Bevorzugt weisen die Maschinenbettmodule an ihrer Oberseite Werkzeugmodul-Referenznuten auf, die die Parallelität für die Positionierung und Ausrichtung des Werkzeugmoduls zur Z-Achse der CNC-Bearbeitungsmaschine gewährleisten. Entsprechend lässt sich auch das Werkzeugmodul problemlos positionieren und ausrichten.

Die Maschinenbettmodule sind vorteilhaft mit als Sicherungs^¬ punkte dienenden Durchgangsbohrungen versehen, in die Befes- tigungselemente zum optionalen Verdübeln der Maschinenbett^¬ module an einem Untergrund einsetzbar sind. Dank solcher Durchgangsbohrungen lassen sich die Maschinenbettmodule ortsfest an einem Untergrund fixieren, auch wenn dies für viele Anwendungsfälle nicht erforderlich sein wird. Zur Fixierung können beispielsweise Gabelspanneisen oder dergleichen verwendet werden.

Bevorzugt umfasst die CNC-Bearbeitungsmaschine Höhenausricht- elemente zur Höhenausrichtung der Maschinenbettmodule, die insbesondere lösbar mit den Maschinenbettmodulen verbunden werden können. Mit derartigen Höhenausrichtelementen lassen sich Unebenheiten des Untergrunds beim Aufstellen der CNC-Bearbeitungsmaschine ausgleichen. Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung ist das Werkzeugmodul zur Aufnahme von Drehwerkzeugen, Schleifwerkzeugen und/oder Fräswerkzeugen ausgelegt. Mit anderen Worten können mit der CNC-Bearbeitungsmaschine Drehbearbeitung und/oder Schleifbearbeitungen und/oder Fräsbearbeitungen durchgeführt werden. Je mehr Bearbeitungsarten mit der CNC-Bearbeitungsmaschine durchführbar sind, desto flexibler ist ihre Ersetzbarkeit . Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Lagerböcke im Bereich ihrer Lagerfläche eine hydrostati^¬ sche Lagerschale auf. Auf diese Weise wird ein sehr einfacher Aufbau erzielt.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Spannfutter des Spindelstocks und des Reitstocks Spannbe^¬ reiche von 600 mm bis 1.200 mm auf.

Bevorzugt ist die CNC-Bearbeitungsmaschine für maximale Werk^¬ stücklängen von 12.000 mm, für maximale Werkstückdurchmesser von 4.500 mm und für ein maximales Werkstückgewicht von 200 t ausgelegt .

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer CNC-Bearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine

CNC-Bearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungs^¬ form der vorliegenden Erfindung in einem ersten Montagezustand bei der Bearbeitung eines Gasturbi^¬ nenläufers zeigt;

Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die in Figur 1 dargestellte CNC-Bearbeitungs^¬ maschine ohne Gasturbinenläufiger zeigt;

Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht, die das aus mehreren Maschinenbettmodulen zusammengesetzte Maschinenbett der in Figur 1 dargestellten CNC-Bearbeitungsmaschine zeigt;

Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines einzelnen Maschinenbettmoduls ; Figur 5 eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Lagerbock der in Figur 1 dargestellten CNC- Bearbeitungsmaschine zeigt; Figur 6 eine schematische Seitenansicht, welche die CNC- Bearbeitungsmaschine in einem zweiten Montagezu^¬ stand bei der Bearbeitung eines Gasturbinenläufers zeigt ; Figur 7 eine schematische Seitenansicht, welche die CNC- Bearbeitungsmaschine in einem dritten Montagezu^¬ stand bei der Bearbeitung eines Dampfturbinenläu- fers zeigt; und Figur 8 eine schematische Seitenansicht, welche die CNC- Bearbeitungsmaschine in einem vierten Montagezu^¬ stand bei der Bearbeitung eines Generatorläufers zeigt . Die Figuren zeigen eine CNC-Bearbeitungsmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufern sowie von Induktoren ausgelegt ist. Die CNC-Bearbeitungsmaschine 1 ist modu- lar aufgebaut und umfasst als Einzelmodule bzw. als Einzel- komponenten acht Maschinenbettmodule 2, einen Spindelstock 3 mit einem Spindelstockspannfutter 4, einen Reitstock 5 mit einem Reitstockspannfutter 6, zwei Lagerböcke 7 und 8 und ein Werkzeugmodul 9. Die Maschinenbettmodule 2 sind jeweils identisch ausgebildet und weisen einheitliche Verbindungseinrichtungen 10 und Zentriereinrichtungen 11 auf, die derart ausgebildet und angeord^¬ net sind, dass die Maschinenbettmodule 2 in einer an ein zu bearbeitendes Werkstück angepassten Weise frei kombinierbar miteinander verbunden werden können. Die CNC-Bearbeitungsmaschine 1 kann Höhenausrichtelemente aufweisen, um während ihrer Montage des Maschinenbetts Unebenheiten des Untergrunds auszugleichen. Derartige Höhenausrichtungselemente sind im Stand der Technik bekannt, weshalb hierauf vorliegend nicht näher eingegangen wird.

An der Oberseite der Maschinenbettmodule 2 sind sich in

Längsrichtung erstreckende geschliffene Referenznuten 12 vorgesehen, die im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand eine miteinander fluchtende Positionierung des Spindelstocks 3, des Reitstocks 5 und der Lagerböcke 7 und 8 sowie die Paral^¬ lelität des Kreuzschlittens oder Fahrständers des Werkzeug- moduls 9 zur Z-Achse gewährleisten. Ferner sind eine Vielzahl von Befestigungsnuten 13 in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet, entlang der sich der Spindelstock 3, der Reitstock 5, die Lagerböcke 7 und 8 und das Werkzeugmodul 9 an verschiedensten Positionen auf den Maschinenbettmodulen 2 positionieren und mit dem Fachmann bekannten Befestigungsmitteln lösbar befestigen lassen. Die Anzahl, die Positionierung und die Art der Befestigungsmittel sind derart zu wählen, dass die erforderliche Genauigkeit und Steifheit der jeweili^¬ gen Verbindung erzielt werden. Ferner sind ausgehend von der Oberseite der Maschinenbettmodule 2 eine Vielzahl von sich senkrecht zur Unterseite erstreckenden Durchgangsbohrungen 14 vorgesehen, in die Befestigungselemente zum Verdübeln der Maschinenbettmodule 2 an einem Untergrund einsetzbar sind, wie beispielsweise Gabelspanneisen oder dergleichen. Entspre- chend lassen sich die Maschinenbettmodule 2 bei Bedarf an einem Untergrund fixieren.

Das Werkzeugmodul 9 ist zur Aufnahme von Werkzeugen 15 ausge^¬ legt, bei denen es sich um Drehwerkzeuge, Schleifwerkzeuge oder Fräswerkzeuge handeln kann. Als Werkzeugaufnahme ist vorliegend eine HSK-100 Bohr-Dreh-Frässpindel vorgesehen, wobei natürlich auch andere geeignete Werkzeugaufnahmen verwendet werden können. Das Werkzeugmodul 9 weist einen Kreuz^¬ support auf oder ist als Fahrständer ausgelegt, so dass das an diesem gehaltene Werkzeug 12 in bekannter Weise in X-, Y- und Z-Richtung verfahren werden kann. Der Verfahrweg in Z- Richtung beträgt vorliegend 2.000 mm, der Verfahrweg in X- Richtung 1.300 mm und der Verfahrweg in Y-Richtung ± 500 mm um die O-Lage des zu bearbeitenden Werkstückes.

Die Lagerböcke 7 und 8 sind im Bereich ihrer Lagerfläche je- weils mit einer hydrostatischen Lagerschale 13 versehen. Die Lagerböcke 7 und 8 decken jeweils Durchmesser zwischen 200 mm und 800 mm ab .

Die CNC-Bearbeitungsmaschine 1 ist insgesamt für maximale Werkstücklängen von 12.000 mm, für maximale Werkstückdurchmesser von 4.500 mm und für ein maximales Werkstückgewicht von 200 t ausgelegt.

Ein wesentlicher Vorteil der modular aufgebauten CNC-Bearbei- tungsmaschine 1 besteht darin, dass diese in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Werkstück sehr variabel montiert werden kann. So kann zum einen in Abhängigkeit von der geplanten Verwendung eine entsprechende Anzahl von Maschinenbettmodulen 2 zur Bildung des Maschinenbetts miteinander verbunden wer- den. Darüber hinaus können die Positionen und die Ausrichtungen des Spindelstockes 3, des Reitstockes 5, der Lagerböcke 7 und 8 und des Werkzeugmoduls 9 an die entsprechenden Anforde^¬ rungen angepasst werden. Die Figuren 6 bis 8 zeigen beispiel^¬ haft unterschiedliche Montagezustände der CNC-Bearbeitungs- maschine 1 zur Bearbeitung eines Gasturbinenläufers 17, eines Dampfturbinenläufers 18 und eines Generatorläufers 19. Ein weiterer Vorteil der CNC-Bearbeitungsmaschine 1 besteht da^¬ rin, dass diese, wenn sie in ihre Einzelmodule bzw. Einzel^¬ komponenten zerlegt ist, problemlos transportabel ist. Somit kann die CNC-Bearbeitungsmaschine 1 im zerlegten Zustand an den Einsatzort des zu bearbeitenden Werkstücks verbracht wer^¬ den, wodurch die Stillstandzeiten sehr gering gehalten werden können. Als Transportbehälter können herkömmliche oder speziell dimensionierte und ausgebildete Cargo-Behälter dienen. Darüber hinaus ist die CNC-Bearbeitungsmaschine 1 sehr flexi^¬ bel einsetzbar. So können beispielsweise Schaufelspitzen rund gedreht und/oder geschliffen oder auch Schaufelfußnuten nachgefräst werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche

1. CNC-Bearbeitungsmaschine (1),

die zur Bearbeitung von Turbinen- und Generatorläufern sowie Induktoren ausgelegt ist,

mit einem Maschinenbett, auf dem ein Spindelstock (3) mit einem Spindelstockspannfutter (4), ein Reitstock (5) mit einem Reitstockspannfutter (6), zumindest zwei Lagerböcke

(7, 8) und wenigstens ein Werkzeugmodul (9) befestigt sind, wobei das Werkzeugmodul (9) derart ausgelegt ist, dass es ein Bewegen eines an diesem gehaltenen Werkzeugs (15) zumindest entlang der X-, Y- und Z-Achse der CNC-Bearbei- tungsmaschine (1) gestattet,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Maschinenbett in wenigstens drei in Reihe lösbar mit^¬ einander verbindbaren Maschinenbettmodule (2) unterteilt ist, und dass die Maschinenbettmodule (2), der Spindelstock (3), der Reitstock (5), die Lagerböcke (7, 8) und das Werk^¬ zeugmodul (9) derart ausgebildet sind, dass der Spindel^¬ stock (3), der Reitstock (5), die Lagerböcke (7, 8) und das Werkzeugmodul (9) lösbar an den Maschinenbettmodulen (2) befestigt werden können.

2. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Maschinenbettmodule (2) einheitliche Verbindungsein- richtungen aufweisen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Maschinenbettmodule (2) in einer an ein zu bearbeitendes Werkstück angepassten Weise frei kombinierbar miteinander verbunden werden können.

3. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Maschinenbettmodule (2) an ihrer Oberseite mit Refe- renznuten (12) versehen sind, die eine miteinander fluchtende Positionierung des Spindelstocks (3) , des Reitstocks (5) und der Lagerböcke (7, 8) in Richtung der Z-Achse ge^¬ währleisten .

4. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Maschinenbettmodule (2) an ihrer Oberseite mit Werk^¬ zeugmodul-Referenznuten (12) versehen sind, die die Paral- lelität des Werkzeugmoduls (9) zur Z-Achse gewährleisten.

5. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Maschinenbettmodule (2) mit als Sicherungspunkte die^¬ nenden Durchgangsbohrungen (14) versehen sind, in die Befestigungselemente zum Verdübeln der Maschinenbettmodule (2) an einem Untergrund einsetzbar sind.

6. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

Höhenausrichtelemente zur Höhenausrichtung der Maschinenbettmodule (2) vorgesehen sind, die insbesondere lösbar mit den Maschinenbettmodulen (2) verbunden werden können.

7. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Werkzeugmodul (9) zur Aufnahme von Drehwerkzeugen und

Fräswerkzeugen ausgelegt ist.

8. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Lagerböcke (7, 8) im Bereich ihrer Lagerfläche eine hydrostatische Lagerschale (16) aufweisen.

9. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Spannfutter (4, 6) des Spindelstocks (3) und des Reit^¬ stocks (5) Spannbereiche von 600 mm bis 1200 mm aufweisen.

10. CNC-Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

diese für maximale Werkstücklängen von 12.000 mm, für maximale Werkstückdurchmesser von 4.500 mm und ein maximales Werkstückgewicht von 200 t ausgelegt ist.