WO2018029147A2 - Verfahren zum spanenden bearbeiten von werkstuecken mittels einer schleifmaschine sowie schleifmaschine - Google Patents

Verfahren zum spanenden bearbeiten von werkstuecken mittels einer schleifmaschine sowie schleifmaschine Download PDF

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WO2018029147A2
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grinding
blank
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Werner Penkert
Markus Stanik
Holger GROENING
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Elb Schliff Werkzeugmaschinen GmbH
Kennametal Inc
Original Assignee
Elb Schliff Werkzeugmaschinen GmbH
Kennametal Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/14—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding turbine blades, propeller blades or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling

Definitions

  • the invention relates to a method for machining workpieces by means of a grinding machine and a grinding machine for carrying out the method.
  • Turbine blades are often milled from solid, ie from a blank, which usually has a block-like shape.
  • a first step the blank is clamped in a milling machine and cut there until the material of the blank has been removed to an allowance.
  • the blank is removed from the milling machine, transported to a grinding machine and clamped there, so that a high-precision machining by means of a grinding wheel (or by means of several grinding wheels) can be performed.
  • the disadvantage here is that with the milling machine and the grinding machine two machines must be kept for machining.
  • Another disadvantage is the expense of transporting the blank from the milling machine to the grinding machine. Added to this is the logistical effort of having to temporarily store the blank if the grinding machine is currently not available.
  • the object of the invention is to provide a method for more efficient machining of workpieces.
  • a method for machining workpieces by means of a grinding machine which has a clamping device for clamping a workpiece to be machined and at least one tool spindle, in which a machining tool can be clamped, wherein the following steps are provided: A to be machined blank is clamped in the jig. By means of a mounted on the tool spindle cutter at least one roughing is performed, in which the material of the blank is removed to an allowance. Then, a high-precision machining is performed by means of a grinding wheel attached to the tool spindle in the same clamping of the blank.
  • a grinding machine is also provided for carrying out this method, with a tool changer in which at least one milling cutter for roughing and a grinding wheel for high-precision machining are provided.
  • the invention overcomes the prejudice firmly anchored in the art that different machines are required for roughing and high-precision machining. Decisive for overcoming this prejudice is the realization that a grinding machine is only conditionally suitable for milling and that actually better results could be achieved on a milling machine, but these deficits can be accepted, since only a roughing is done on the grinding machine with the milling tool , Because of its orientation for high-precision machining, the grinding machine is not optimally suited for carrying out very large roughing operations.
  • the cutting performance of the grinding machine may be slightly behind that of the milling machine. If necessary, the roughing allowance can also be reduced compared to that which would be used in a milling machine. Nevertheless, there is a significant increase in efficiency, since between the roughing and the high-precision machining of the blank does not need to be re-clamped. Another advantage results from the fact that no milling machine must be kept.
  • a medium can be supplied in the region of the contact between the tool and the blank in order to cool the cutting tool and / or to assist the chip removal.
  • a cooling emulsion or a gaseous medium is supplied, wherein the gaseous medium is preferably pre-cooled. This allows the tool to be cooled better.
  • a gaseous medium air or carbon dioxide can be used.
  • a cooling emulsion or oil may be supplied as the cooling medium.
  • the method according to the invention is particularly efficient when the workpiece to be produced is a turbine blade. These are usually made of materials that can be machined very badly, especially when a mill is used.
  • the process according to the invention offers a particular increase in cost-effectiveness if the blank consists of a nickel-based alloy or of a ⁇ - ⁇ alloy.
  • these materials always had to be processed in different, spatially separate working steps or, if this should be avoided, be completely machined by means of a grinding wheel, which however led to extremely long process times. Furthermore, there are areas such as pockets or very small grooves on turbine blades, which can not be optimally manufactured by grinding.
  • the tool spindle is driven at a speed of up to 24,000 revolutions per minute. This leads to a high cutting performance, especially in roughing. Furthermore, the tool spindles used have a high torque.
  • the cutter is equipped with ceramic cutting plates.
  • the tool changer is also preferably used to provide other tools beyond a milling tool (or a plurality of milling tools) and a grinding wheel (or more grinding wheels), for example, at least one dressing roller for the grinding wheel (s), different coolant nozzles for the different cooling media, at least one Turning tool or at least one probe.
  • a milling tool or a plurality of milling tools
  • a grinding wheel or more grinding wheels
  • at least one dressing roller for the grinding wheel (s) different coolant nozzles for the different cooling media
  • at least one Turning tool or at least one probe This makes it possible to automatically load different tools as needed, thereby achieving short process times and performing further operations.
  • a probe makes it possible to optimally implement the inventive concept of a complete machining in a machine, since then the result can be checked and possibly corrected after each machining step.
  • the grinding machine on a machine bed with discharge surfaces for chips.
  • This aspect is important for an efficient workflow, since roughing can produce chips with dimensions that would otherwise not occur in grinding machines.
  • the discharge surfaces may be formed by structural walls of the machine bed, which are arranged with an inclination of at least 45 ° to a horizontal plane. As a result, the chips slip by itself into, for example, a drip pan.
  • the discharge surfaces may also be formed by cover plates, which are arranged with an inclination of at least 45 ° to a horizontal plane. Such cover plates can be retrofitted with little effort to existing grinding machines.
  • flushing nozzles can also be present with which a flushing stream can be applied to the discharge surfaces.
  • the same medium can be used, which is also used to cool the tool during machining.
  • the machine bed is provided with a cooling device.
  • a cooling device This makes it possible to dissipate the amounts of heat that arise during roughing.
  • the cooling device can be ensured that it does not come to unwanted thermal expansion in the machine bed.
  • the tool spindle can be provided with an HSK interface so that the tools can be changed quickly. With this, the desired clamping forces can be applied while meeting the requirements for the axial runout.
  • two tool spindles are provided on the grinding machine. These can be assigned to different processing operations and / or different tools.
  • the feed force for the tool used is at least 4000 N
  • the axle acceleration is at least 0.3 g
  • the axle speed is at least 40 m / min in all linear axes and / or the drive power of the tool spindle is at least 25 kW is.
  • FIG. 1 shows schematically a grinding machine according to the invention, on which the method according to the invention can be carried out; and FIG. 2 schematically shows details of the grinding machine of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a grinding machine 10 which has a machine bed 12, a multiaxially adjustable machining table 14 and also a tool spindle 16 which is also adjustable in a multi-axis manner.
  • a dressing roller 17 can be seen. This is mounted directly over the tool spindle 16. To increase the accuracy of processing, a dressing roller 17 may be mounted on the processing table 14.
  • the tool spindle 16 is provided with an interface, for example an HSK interface, so that different tools can be attached to it. These tools are held in a tool changer 18 shown schematically here and can be removed there by means of a schematically indicated gripping device 20 and attached to the tool spindle 16.
  • a tool changer 18 shown schematically here and can be removed there by means of a schematically indicated gripping device 20 and attached to the tool spindle 16.
  • various examples of such tools are shown schematically. From top to bottom are indicated here: A nozzle for a first cooling medium, a nozzle for a second cooling medium, a fitted with ceramic indexable milling head, a milling cutter, a first grinding wheel, a second grinding wheel and a probe.
  • the working table 14 and the tool spindle 16 are multiaxially movable relative to each other so that any contours can be machined on a workpiece to be produced.
  • Such a workpiece is a turbine blade as used in compressors and turbines of aircraft engines, industrial gas turbines, or the like.
  • the necessary for adjusting the processing table 14 and the tool spindle 16 drives are not shown here, since they are generally well known and are not required for the understanding of the invention. However, what is relevant in the context of the invention is that the drives as a whole are comparatively powerful. Thus, a drive power of at least 25 kW is provided for the drive spindle, and the speed of the tool spindle can be 24,000 revolutions and possibly more.
  • An essential feature of the grinding machine 10 is that not only grinding operations are carried out with it during the machining of the workpiece, but also roughing operations with a milling cutter. It is also essential that the roughing and a subsequent high-precision machining carried out with one or more grinding wheels take place in the same clamping of the workpiece.
  • the cutters are also used to create geometries such as pockets, holes and very narrow grooves that can not be produced by grinding.
  • the relevant surfaces of the grinding machine 10 are formed as discharge surfaces, that is aligned with an inclination of at least 45 ° relative to a horizontal plane.
  • two discharge surfaces 24 can be seen in FIG. 2 on the sides of the processing table 14, and discharge surfaces (provided here with the reference number 26) are also provided on the machine bed 12.
  • the discharge surfaces 24, 26 may be associated with spray nozzles, which can be removed there despite the slope adhering chips.
  • compressed air can be used. If, on the other hand, sanding dust is to be removed, a cooling emulsion can also be used.
  • the blank 30 is clamped firmly on the processing table 14.
  • a clamping device 32 is provided.
  • the blank 30 consists of a nickel-based alloy or of a ⁇ -TiAl alloy.
  • the blank 30 by means of a milling tool, which is attached to the tool spindle 16, machined to a contour S.
  • This contour S corresponds to the later contour of the workpiece to be produced plus an allowance.
  • a cutter for roughing preferably is used, which is equipped with ceramic cutting plates, in particular indexable inserts.
  • a suitable cooling medium for example cooling emulsion or even a gaseous medium.
  • a gaseous medium for example air
  • this is preferably cooled.
  • carbon dioxide creates a cooling effect by the expansion of the gas at the cutting edge of the tool.
  • a high-precision machining is carried out by grinding.
  • 16 suitable grinding wheels are attached to the tool spindle, with which then the blank 30 is processed to the final contour H high precision.
  • another, adapted to the processing cooling medium can be supplied, for example, a cooling emulsion or oil. But it can also be used multi-functional lubricants that can be used both during milling and grinding.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Schleifmaschine (10), die eine Spannvorrichtung (32) zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks aufweist sowie mindestens eine Werkzeugspindel (16), in der ein Bearbeitungswerkzeug eingespannt werden kann, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: - ein zu bearbeitender Rohling (30) wird in der Spannvorrichtung (32) eingespannt, - mittels eines an der Werkzeugspindel (16) angebrachten Fräsers wird mindestens eine Schruppbearbeitung durchgeführt, bei der das Material des Rohlings bis auf ein Aufmaß abgetragen wird, - mittels einer an der Werkzeugspindel (16) angebrachten Schleifscheibe wird in derselben Aufspannung des Rohlings eine Hochpräzisionsbearbeitung durchgeführt. Es ist auch eine Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen.

Description

Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Schleifmaschine sowie Schleifmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Schleifmaschine sowie eine Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass Werkstücke, deren Oberflächengeometrie hochpräzise sein soll, also sehr enge Toleranzvorgaben erfüllt, mittels einer Schleifscheibe bearbeitet werden. Mit der Schleifscheibe wird ein Aufmaß abgetragen, das nach einer vorhergehenden Bearbeitung verblieben ist.
Am Beispiel der Herstellung von Turbinenschaufeln wird dies nachfolgend ausführlicher erläutert. Turbinenschaufeln werden häufig aus dem Vollen gefräst, also aus einem Rohling, der meist eine blockartige Form hat. In einem ersten Schritt wird der Rohling in einer Fräsmaschine eingespannt und dort so weit zerspant, bis das Material des Rohlings bis auf ein Aufmaß abgetragen ist. Anschließend wird der Rohling aus der Fräsmaschine entnommen, zu einer Schleifmaschine transportiert und dort eingespannt, sodass eine Hochpräzisionsbearbeitung mittels einer Schleifscheibe (oder auch mittels mehrerer Schleifscheiben) durchgeführt werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass mit der Fräsmaschine und der Schleifmaschine zwei Maschinen zur spanenden Bearbeitung vorgehalten werden müssen. Nachteilig ist auch der Aufwand für den Transport des Rohlings von der Fräsmaschine zur Schleifmaschine. Hinzu kommt der logistische Aufwand, den Rohling unter Umständen Zwischenlagern zu müssen, wenn die Schleifmaschine gerade nicht verfügbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur effizienteren spanenden Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Schleifmaschine vorgesehen, die eine Spannvorrichtung zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks aufweist sowie mindestens eine Werkzeugspindel, in der ein Bearbeitungswerkzeug eingespannt werden kann, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Ein zu bearbeitender Rohling wird in der Spannvorrichtung eingespannt. Mittels eines an der Werkzeugspindel angebrachten Fräsers wird mindestens eine Schruppbearbeitung durchgeführt, bei der das Material des Rohlings bis auf ein Aufmaß abgetragen wird. Dann wird mittels einer an der Werkzeugspindel angebrachten Schleifscheibe in derselben Aufspannung des Rohlings eine Hochpräzisionsbearbeitung durchgeführt. Erfindungsgemäß ist auch eine Schleifmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehen, mit einem Werkzeugwechsler, in dem mindestens ein Fräser für eine Schruppbearbeitung und eine Schleifscheibe für eine Hochpräzisionsbearbeitung vorgehalten sind. Mit der Erfindung wird das in der Fachwelt fest verankerte Vorurteil überwunden, dass für die Schruppbearbeitung und die Hochpräzisions-'bearbeitung unterschiedliche Maschinen erforderlich sind. Maßgebend für die Überwindung dieses Vorurteils ist die Erkenntnis, dass eine Schleifmaschine zwar nur bedingt zum Fräsen geeignet ist und dass tatsächlich bessere Ergebnisse auf einer Fräsmaschine erzielt werden könnten, diese Defizite aber hingenommen werden können, da auf der Schleifmaschine mit dem Fräswerkzeug lediglich eine Schruppbearbeitung erfolgt. Die Schleifmaschine ist meist aufgrund ihrer Ausrichtung für die Hochpräzisionsbearbeitung nicht optimal dafür geeignet, sehr große Schruppbearbeitungen durchzuführen. Deshalb kann die Zerspanungsleistung der Schleifmaschine etwas hinter der der Fräsmaschine zurückbleiben. Fall notwendig, kann auch das Schruppaufmaß gegenüber demjenigen reduziert werden, das bei einer Fräsmaschine verwendet würde. Dennoch ergibt sich eine erhebliche Effizienzsteigerung, da zwischen der Schruppbearbeitung und der Hochpräzisionsbearbeitung der Rohling nicht umgespannt werden muss. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass keine Fräsmaschine vorgehalten werden muss.
In an sich bekannter Weise kann im Bereich des Kontakts zwischen Werkzeug und Rohling ein Medium zugeführt werden, um das Zerspanungswerkzeug zu kühlen und/oder die Spanabfuhr zu unterstützen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei der Schruppbearbeitung eine Kühlemulsion oder ein gasförmiges Medium zugeführt wird, wobei das gasförmige Medium vorzugsweise vorgekühlt ist. Hierdurch kann das Werkzeug besser gekühlt werden. Als gasförmiges Medium kann Luft oder auch Kohlendioxid verwendet werden.
Wenn die Hochpräzisionsbearbeitung durchgeführt wird, kann als Kühlmedium eine Kühlemulsion oder Öl zugeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders effizient, wenn es sich bei dem herzustellenden Werkstück um eine Turbinenschaufel handelt. Diese werden üblicherweise aus Materialien hergestellt, die sehr schlecht zerspant werden können, insbesondere wenn ein Fräser verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine besondere Steigerung der Wirtschaftlichkeit, wenn der Rohling aus einer Nickel-Basis-Legierung besteht oder aus einer γ-ΤΊΑΙ-Legierung. Diese Materialien mussten bisher immer in verschiedenen, räumlich voneinander getrennten Arbeitsschritten bearbeitet werden oder, falls dies vermieden werden sollte, vollständig mittels einer Schleifscheibe zerspant werden, was jedoch zu extrem langen Prozesszeiten führte. Weiterhin existieren gerade an Turbinenschaufeln Bereiche wie Taschen oder sehr kleine Nuten, die nicht optimal durch Schleifen hergestellt werden können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Werkzeugspindel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 24.000 Umdrehungen je Minute angetrieben wird. Dies führt zu einer hohen Zerspanungsleistung, insbesondere bei der Schruppbearbeitung. Weiterhin verfügen die verwendeten Werkzeugspindeln über ein hohes Drehmoment.
Vorzugsweise ist der Fräser mit Keramik-Schneidplatten bestückt. Auf diese Weise lässt sich mit einem Vorschub arbeiten, der auch bei Materialien wie einer Nickel-Basis-Legierung oder bei γ-Titanaluminiden zu einer sehr hohen Zerspanungsleistung führt. Der Werkzeugwechsler wird vorzugsweise auch dafür verwendet, über ein Fräswerkzeug (oder mehrere Fräswerkzeuge) und eine Schleifscheibe (oder mehrere Schleifscheiben) hinaus auch andere Werkzeuge bereitzustellen, beispielsweise mindestens eine Abrichtrolle für die Schleifscheibe(n), unterschiedliche Kühlmitteldüsen für die unterschiedlichen Kühlmedien, mindestens ein Drehwerkzeug oder mindestens einen Messtaster. Dies ermöglicht es, automatisch je nach Bedarf unterschiedliche Werkzeuge einzuwechseln und dadurch kurze Prozesszeiten zu erzielen und weitere Operationen durchzuführen. Gerade der Einsatz eines Messtasters ermöglicht es, das erfindungsgemäße Konzept einer Komplettbearbeitung in einer Maschine optimal umzusetzen, da dann nach jedem Bearbeitungsschritt das Ergebnis kontrolliert und ggf. korrigiert werden kann.
Vorzugsweise weist die Schleifmaschine ein Maschinenbett mit Abfuhrflächen für Späne auf. Dieser Aspekt ist für einen effizienten Arbeitsablauf wichtig, da bei der Schruppbearbeitung Späne mit Abmessungen entstehen können, wie sie ansonsten bei Schleifmaschinen nicht auftreten.
Die Abfuhrflächen können durch Strukturwände des Maschinenbetts gebildet sein, die mit einer Neigung von mindestens 45° zu einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Dadurch rutschen die Späne von allein in beispielsweise eine Auffangwanne. Die Abfuhrflächen können auch durch Abdeckbleche gebildet sein, die mit einer Neigung von mindestens 45° zu einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Solche Abdeckbleche können mit geringem Aufwand an bereits bestehenden Schleifmaschinen nachgerüstet werden.
Um die Spanabfuhr zu unterstützen, können auch Spüldüsen vorhanden sein, mit denen ein Spülstrom auf die Abfuhrflächen aufgebracht werden kann. Für den Spülstrom kann dasselbe Medium verwendet werden, das auch zum Kühlen des Werkzeugs bei der spanenden Bearbeitung verwendet wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Maschinenbett mit einer Kühlvorrichtung versehen. Dies ermöglicht es, die Wärmemengen abzuführen, die bei der Schruppbearbeitung entstehen. Mit der Kühlvorrichtung kann gewährleistet sein, dass es nicht zu unerwünschten Wärmedehnungen im Maschinenbett kommt. Die Werkzeugspindel kann, damit die Werkzeuge schnell gewechselt werden können, mit einer HSK-Schnittstelle versehen sein. Mit dieser können die gewünschten Spannkräfte aufgebracht werden, während gleichzeitig die Anforderungen an den Planlauf erfüllt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an der Schleifmaschine zwei Werkzeugspindeln vorgesehen. Diese können unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen und/oder unterschiedlichen Werkzeugen zugeordnet sein.
Im Hinblick auf kurze Prozesszeiten ist es vorteilhaft, wenn die Vorschubkraft für das verwendete Werkzeug mindestens 4.000 N beträgt, die Achsbeschleunigung mindestens 0,3 g beträgt, die Achsgeschwindigkeit mindestens 40m/min in allen Linearachsen beträgt und/oder die Antriebsleistung der Werkzeugspindel mindestens 25 kW beträgt. Mit diesen Werten lassen sich die Anforderungen sowohl für eine Fräs-Schruppbearbeitung als auch für eine Schleif-Hochpräzisionsbearbeitung in optimaler Weise erfüllen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Schleifmaschine, auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann; und - Figur 2 schematisch Details der Schleifmaschine von Figur 1.
In Figur 1 ist eine Schleifmaschine 10 gezeigt, die ein Maschinenbett 12, einen mehrachsig verstellbaren Bearbeitungstisch 14 und eine ebenfalls mehrachsig verstellbare Werkzeugspindel 16 aufweist.
Weiterhin ist eine Abrichtrolle 17 zu sehen. Diese ist direkt über der Werkzeugspindel 16 angebracht. Um die Genauigkeit der Bearbeitung zu steigern, kann auch eine Abrichtrolle 17 auf dem Bearbeitungstische 14 angebracht sein.
Die Werkzeugspindel 16 ist mit einer Schnittstelle versehen, beispielsweise einer HSK-Schnittstelle, sodass an ihr verschiedene Werkzeuge angebracht werden können. Diese Werkzeuge sind in einem hier schematisch dargestellten Werkzeugwechsler 18 vorgehalten und können dort mittels einer schematisch angedeuteten Greifvorrichtung 20 entnommen und an der Werkzeugspindel 16 angebracht werden. In Figur 1 sind schematisch verschiedene Beispiele für solche Werkzeuge dargestellt. Von oben nach unten sind hier angedeutet: Eine Düse für ein erstes Kühlmedium, eine Düse für ein zweites Kühlmedium, ein mit Keramik- Wendeschneidplatten bestückter Fräskopf, ein Fingerfräser, eine erste Schleifscheibe, eine zweite Schleifscheibe sowie ein Messtaster. Der Bearbeitungstisch 14 und die Werkzeugspindel 16 sind relativ zueinander mehrachsig so verfahrbar, dass beliebige Konturen an einem herzustellenden Werkstück bearbeitet werden können. Ein Beispiel eines solchen Werkstücks ist eine Turbinenschaufel, wie sie in Verdichtern und Turbinen von Flugzeugtriebwerken, Industriegasturbinen oder Ähnlichem eingesetzt werden. Die zum Verstellen des Bearbeitungstisches 14 und der Werkzeugspindel 16 nötigen Antriebe sind hier nicht dargestellt, da sie grundsätzlich allgemein bekannt sind und für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind. Relevant im Rahmen der Erfindung ist jedoch, dass die Antriebe insgesamt vergleichsweise leistungsfähig sind. So wird für die Antriebsspindel eine Antriebsleistung von mindestens 25 kW vorgesehen, und die Drehzahl der Werkzeugspindel kann 24.000 Umdrehungen sowie unter Umständen auch mehr betragen.
Wesentliches Kennzeichen der Schleifmaschine 10 ist, dass mit ihr bei der Bearbeitung des Werkstücks nicht nur Schleifbearbeitungen durchgeführt werden, sondern auch Schrupp-Arbeitsschritte mit einem Fräser. Wesentlich ist weiterhin, dass die Schruppbearbeitung und eine nachfolgend mit einer oder mehreren Schleifscheiben vorgenommene Hochpräzisionsbearbeitung in derselben Aufspannung des Werkstücks erfolgt. Neben der Schruppbearbeitung werden die Fräser auch dazu genutzt, Geometrien wie Taschen, Bohrungen und sehr schmale Nuten zu erzeugen, die durch Schleifen nicht herstellbar sind. Hier wird nicht nur die Schrupp-, sondern auch die Schlichtbearbeitung durch das Fräsen durchgeführt. Im Hinblick auf die Späne, die bei der Schruppbearbeitung entstehen, sind die relevanten Flächen der Schleifmaschine 10 als Abfuhrflächen ausgebildet, also mit einer Neigung von mindestens 45° relativ zu einer horizontalen Ebene ausgerichtet. Beispielhaft sind in Figur 2 an den Seiten des Bearbeitungstischs 14 zwei Abfuhrflächen 24 zu sehen, und auch am Maschinenbett 12 sind Abfuhrflächen (hier mit dem Bezugszeichen 26 versehen) vorgesehen.
Den Abfuhrflächen 24, 26 können Sprühdüsen zugeordnet sein, mit denen dort trotz der Neigung anhaftende Späne entfernt werden können. Hierfür kann beispielsweise Druckluft verwendet werden. Wenn dagegen Schleifstaub abgeführt werden soll, kann auch eine Kühlemulsion verwendet werden.
In Figur 2 sind auch verschiedene Kühlleitungen 28 angedeutet, die sich durch das Maschinenbett 12 und den Bearbeitungstisch 14 erstrecken. Diese sind Teil einer Kühlvorrichtung, mit der die bei einer Schruppbearbeitung anfallende Wärmemenge abgeführt werden kann. Mit der Schleifmaschine 10 wird ein in Figur 2 schematisch gezeigter Rohling wie folgt bearbeitet:
Der Rohling 30 wird am Bearbeitungstisch 14 fest gespannt. Hierfür ist eine Spannvorrichtung 32 vorgesehen.
Im Hinblick auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Turbinenschaufel hergestellt wird, kann davon ausgegangen werden, dass der Rohling 30 aus einer Nickel-Basis-Legierung oder aus γ-TiAI-Legierung besteht.
Als Erstes wird eine Schruppbearbeitung durchgeführt. Hierbei wird der Rohling 30 mittels eines Fräswerkzeugs, das an der Werkzeugspindel 16 angebracht ist, bis auf eine Kontur S zerspant. Diese Kontur S entspricht der späteren Kontur des herzustellenden Werkstücks zuzüglich eines Aufmaßes.
Für die Schruppbearbeitung wird vorzugsweise ein Fräser verwendet, der mit Keramik-Schneidplatten bestückt ist, insbesondere Wendeschneidplatten.
Bei der Schruppbearbeitung wird ein geeignetes Kühlmedium zugeführt, beispielsweise Kühlemulsion oder auch ein gasförmiges Medium. Im Falle eines Gasförmigen Mediums (beispielsweise Luft) ist dieses vorzugsweise gekühlt. Bei der Verwendung von Kohlendioxid entsteht durch die Expansion des Gases an der Werkzeugschneide ein Kühleffekt.
In einem zweiten Arbeitsschritt erfolgt eine Hochpräzisionsbearbeitung durch Schleifen. Hierfür werden an der Werkzeugspindel 16 geeignete Schleifscheiben angebracht, mit denen dann der Rohling 30 bis auf die endgültige Kontur H hochpräzisionsbearbeitet wird.
Bei der Hochpräzisionsbearbeitung kann ein anderes, an die Bearbeitung angepasstes Kühlmedium zugeführt werden, beispielsweise eine Kühlemulsion oder Öl. Es können aber auch Multifunktionsschmierstoffe eingesetzt werden, die sowohl beim Fräsen als auch beim Schleifen verwendet werden können.
Zwischen der Schruppbearbeitung und der Hochpräzisionsbearbeitung wird der Rohling 30 nicht umgespannt. Dies ist vorteilhaft sowohl hinsichtlich der sich ergebenden Präzision bei der Bearbeitung als auch hinsichtlich der Prozesszeiten.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken mittels einer Schleifmaschine (10), die eine Spannvorrichtung (32) zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks aufweist sowie mindestens eine Werkzeugspindel (16), in der ein Bearbeitungswerkzeug eingespannt werden kann, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:
ein zu bearbeitender Rohling (30) wird in der Spannvorrichtung (32) eingespannt,
mittels eines an der Werkzeugspindel (16) angebrachten Fräsers wird mindestens eine Schruppbearbeitung durchgeführt, bei der das Material des Rohlings bis auf ein Aufmaß abgetragen wird,
mittels einer an der Werkzeugspindel (16) angebrachten Schleifscheibe wird in derselben Aufspannung des Rohlings eine Hochpräzisionsbearbeitung durchgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Bereich des Kontakts zwischen Werkzeug und Rohling ein Medium zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium eine Kühlemulsion oder ein gasförmiges Medium ist, wenn die Schruppbearbeitung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium Luft oder Kohlendioxid ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium vorgekühlt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium eine Kühlemulsion oder Öl ist, wenn die
Hochpräzisionsbearbeitung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine Turbinenschaufel ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling aus einer Nickel-Basis-Legierung besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling aus einer γ-ΤΊΑΙ-Legierung besteht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (16) mit einer Geschwindigkeit von bis zu 24.000 U/min angetrieben wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines an der Werkzeugspindel (16) angebrachten Fräsers auch eine Schlichtbearbeitung durchgeführt wird.
12. Schleifmaschine (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Werkzeugwechsler (18), in dem mindestens ein Fräser für eine Schruppbearbeitung und eine Schleifscheibe für eine Hochpräzisionsbearbeitung vorgehalten sind.
13. Schleifmaschine nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser mit Keramik-Schneidplatten bestückt ist.
14. Schleifmaschine nach Anspruch 1 1 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeugwechsler (18) mindestens eine Abrichtrolle vorgehalten ist.
15. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeugwechsler (18) mindestens eine Kühlmitteldüse vorgehalten ist.
16. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeugwechsler (18) mindestens ein Drehwerkzeug vorgehalten ist.
17. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeugwechsler (18) mindestens ein Messtaster vorgehalten ist.
18. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Maschinenbett (12) mit Abfuhrflächen (24, 26) für Späne versehen ist.
19. Schleifmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abfuhrflächen (24, 26) durch Strukturwände des Maschinenbetts gebildet ist, die mit einer Neigung von mindestens 45° zu einer horizontalen Ebene angeordnet sind.
20. Schleifmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhrflächen (24, 26) durch Abdeckbleche gebildet sind, die mit einer Neigung von mindestens 45° zu einer horizontalen Ebene angeordnet sind.
21 . Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Spüldüsen vorhanden sind, mit denen ein Spülstrom auf die Abfuhrflächen aufgebracht werden kann.
22. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbett (12) mit einer Kühlvorrichtung versehen ist.
23. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (16) mit einer HSK-Schnittstelle versehen ist.
24. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkzeugspindeln (16) vorgesehen sind.
25. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubkraft mindestens 4000 N beträgt.
26. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsbeschleunigung mindestens 0,3 g beträgt.
27. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsgeschwindigkeit mindestens 40m/min in allen Linearachsen beträgt.
28. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung der Werkzeugspindel (16) mindestens
25 kW beträgt.
29. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbreite mindestens 275 mm, die Schleiflänge mindestens 500 mm und der Abstand von der Mitte der Werkzeugspindel (16) zum Tisch (14) mindestens 400 mm beträgt.
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