CH669924A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine mit einem Maschinenbett, einem auf dem Maschinenbett in einer ersten Richtung horizontal verschiebbaren und um eine vertikale Achse schwenkbaren Schleifspindelstock, einer auf dem Maschinenbett angeordneten Werkstücksäule und einem an der Werkstücksäule vertikal verfahrbaren Werkstückschlitten.

Das Schleifen von Werkstücken mit komplizierten Konturen, die aus vielen verschiedenen und in unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Flächen und Profilen zusammengesetzt sind, stellt insbesondere in der modernen Massenfertigung hohe Anforderungen an s die Schleifmaschine und deren Steuerung. Insbesondere die geforderte hohe Masshaltigkeit und Reproduzierbarkeit der Schleifergebnisse beim Produktionsschleifen von Werkstücken, wie z. B. Turbinenschaufeln oder Leitschaufeln für Turbinen, verursachen in der Praxis grosse Probleme, wobei auch die Forderung nach hoher Wirt-lo schaftlichkeit der Werkstückbearbeitung mit im Vordergrund steht.

Eine Schleifmaschine mit den einleitend beschriebenen Merkmalen ist aus der DE-OS 32 46168 bekannt. Mit dieser Schleifmaschine können zwar auch Werkstücke, wie Turbinenschaufeln, geschliffen werden, jedoch nur mit relativ einfachen Konturen, weil die Mög-15 lichkeiten der relativen Positionierung des Werkstücks und des Schleifspindelstocks hier stark begrenzt sind. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass die Anordnung des Schleifspindelstocks auf einem schwenkbaren Querschlitten, der auf einem Längsschlitten montiert ist, mit dem Querschlitten zwar eine schräge Zustellung 20 erlaubt, aber in geschwenkter Position zusätzliche Zustellbewegungen des Schlittens erfordert. Der Arbeitsbereich dieser Schleifmaschine ist sehr eingeschränkt, weil bei grossen Schwenkwinkeln die Zustellung zum Werkstück sehr erschwert bzw. überhaupt nicht mehr möglich ist. Die Auswahl von Flächen und Profilen, die mit 25 dieser Maschine an komplizierten Werkstücken wie den obengenannten Turbinenschaufelfüssen bzw. -dächern bearbeitet werden können, ist daher relativ eng begrenzt.

Durch die US-PS 4186 529 ist eine Schleifmaschine zum Schleifen von Schneidwerkzeugen bekannt, deren Schleifspindelstock auf 30 einem von einer drehbaren Hubsäule getragenen Schleifschlitten horizontal beweglich geführt ist. Der Werkstückhalter ist auf einem Kreuzschlitten montiert, der auf einem auf dem Maschinentisch horizontal verfahrbaren Längsschlitten um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist. Der Werkstückhalter selbst ist um eine ho-35 rizontale Kippachse kippbar und um eine dazu senkrecht verlaufende Drehachse drehbar. Für leichte Werkstücke und kleine Schleifkräfte mögen dieser Schleifmaschinenaufbau und die Achsenauslegung der Maschine akzeptabel sein, zum Bearbeiten schwererer Werkstücke unter den beim modernen Produktionsschleifen heute 40 erforderlichen grossen Schleifkräften ist diese bekannte Schleifmaschine jedoch nicht geeignet. Der Wirkpunkt der Schleifscheibe am Werkstück liegt weit von der Kippachse entfernt, so dass grosse Querkräfte auftreten, die die Präzision der Bearbeitung, jedenfalls beim Aufwenden grosser Schleifkräfte, beeinträchtigen. Bei der Be-45 arbeitung von Präzisionswerkstücken, wie das z. B. Turbinenschaufeln für Flugturbinen sind, kann das nicht toleriert werden.

Eine numerisch gesteuerte Maschine zum Schleifen unterschiedlicher Flächen und Profile an den Dach- und Fussteilen von Turbinenschaufeln ist auch durch die US-PS 4417 422 bekannt. Diese so Maschine unterscheidet sich in ihrem Aufbau aber wesentlich von der eingangs beschriebenen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche das Schleifen von Werkstücken mit komplizierten, aus 55 mehreren, in unterschiedlichen Richtungen zueinander verlaufenden, auch gekrümmten Profilen und Flächen bestehenden Formen in einer Aufspannung, auch bei wirtschaftlicher Massenproduktion, in höchster Präzision erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale 60 des Anspruchs 1. Der Schnittpunkt der Drehachse (A) des Werkstückkopfes und der Schwenkachse (C) des Werkstückhalters liegt gemäss der Erfindung im oder in der Nähe des eingespannten Werkstücks. Das führt zu kurzen Zustellwegen bei Schwenkungen des Werkstücks und damit zu einer kompakteren Bauweise der Maschi-65 ne. Ausserdem ergeben sich auch bei Anlegen grosser Schleifkräfte nur geringe Querkräfte, was der Präzision der Schleifbearbeitung zugute kommt. Gemäss weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkstücksäule auf einem quer zur Bewegungsbahn des Schleifspin

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delstocks in einer zweiten Richtung (X) auf dem Maschinenbett horizontal verfahrbaren Schlitten montiert. Die Werkstücksäule kann um eine vertikale Achse (B2) drehbar sein. Zusätzlich kann gemäss der Erfindung die Werkstücksäule wenigstens zwei vertikal verfahrbare Werkstückschlitten aufweisen. Das ermöglicht eine noch rationellere Ausnutzung der Maschinenzeiten, weil während der Bearbeitung eines Werkstücks auf der Rückseite der Werkstücksäule bereits ein neues zu bearbeitendes Werkstück eingesetzt werden kann. Ausserdem bietet diese zusätzliche Schwenkbarkeit der Werkstücksäule zusätzliche Positionierungsmöglichkeiten des Werkstücks relativ zur Schleifscheibe.

Die Vielseitigkeit der Schleifmaschine wird gemäss der Erfindung noch dadurch erweitert, dass der Schleifspindelstock auf einem in der ersten Richtung (Z) horizontal auf dem Maschinenbett verschiebbaren Schleifschlitten montiert ist und dass der Schleifschlitten neben dem ersten einen zweiten Schleifspindelstock trägt. Der zweite Schleifspindelstock kann mit einer unterschiedlich profilierten Schleifscheibe ausgerüstet sein, so dass in derselben Aufspannung weitere Schleifarbeiten am Werkstück möglich sind. Gemäss einer Varianten der Erfindung sind auf dem Maschinenbett nebeneinander wenigstens zwei in der ersten Richtung (Z) horizontal verschiebbare Schleifschlitten gelagert, die jeder wenigstens einen Schleifspindelstock tragen. Die beiden Schleifschlitten sind unabhängig voneinander antreibbar, so dass sich bei dieser Ausführungsform der Schleifmaschine nach der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit ergibt, die Schleifscheibe des einen Schleifspindelstocks abzurichten oder auszuwechseln, während die Schleifscheibe des anderen Schleifspindelstocks im Einsatz ist. Auch hierdurch wird die Stillstandszeit der Maschine für Umrüstarbeiten verkürzt. Wenigstens einer der Schleifspindelstöcke kann gemäss der Erfindung zusätzlich quer (in X-Richtung) zur ersten Richtung horizontal verfahrbar sein.

Ein besonders stabiler und platzsparender Aufbau der Schleifmaschine ergibt sich gemäss der Erfindung dadurch, dass wenigstens ein Schleifspindelstock eine auf einer Basisplatte montierte Schleifspindel mit wenigstens einer Schleifscheibe und eine auf der Basisplatte angeordnete, einen Schleifantrieb mit Drehmomentübertragungsmitteln zur Schleifspindel tragende Brückenkonstruktion aufweist, welche einen auf die Schleifscheibe ausgerichteten und zu dieser hin und zurück bewegbaren, eine Abrichteinrichtung tragenden Abrichtschlitten überspannt. Das Spindelgehäuse der Schleifspindel ist bei einer Ausführungsform dieser Maschine wenigstens teilweise von der Brückenkonstruktion überspannt, wobei ein Abschnitt der Brückenkonstruktion als Schutzhaube für die Schleifscheibe ausgebildet ist.

Mit der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Schleifmaschine ist in höchst vorteilhafter Weise das hochpräzise Schleifen mehrerer unterschiedlicher, schräg zueinander verlaufender, auch gekrümmter Flächen und Profile an Werkstücken mit komplizierten Formen in einer Aufspannung möglich. Besonders gut eignet sich diese Schleifmaschine zum Bearbeiten von Turbinenschaufelfüssen und -dä-chern. Die hohe Präzision ist auch beim Produktionsschleifen und grossen Schleifdrücken gewährleistet. Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Kombination der verfügbaren Maschinenachsen gestattet insbesondere auch das Schleifen von Krümmungen, deren Radius grösser als der Schwenkradius der Werkstückaufspannung ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Schleifmaschine nach der Erfindung,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Werkstückaufnahme,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Schleifmaschine nach der Erfindung,

Figur 4 eine Draufsicht auf eine Variante der Ausführungsform nach Figur 3, und

Figur 5 als Beispiel eines mit der Schleifmaschine nach der Erfindung zu bearbeitenden Werkstücks eine zweiblättrige Leitschaufel einer Turbine in perspektivischer Darstellung.

Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Schleifmaschine nach der Erfindung. Auf einem etwa T-förmig ausgebildeten Maschinenbett 1 ist ein Schleifschlitten 2 in Längsrichtung (in Z-Richtung) verschiebbar geführt, der einen Schleifspindelstock 3 trägt. Der Schleifspindelstock 3 ist auf einem Drehtisch 4 um eine vertikale Achse (Bl) drehbar gelagert.

Der Schleifspindelstock 3 weist eine Basisplatte 6 auf, auf welcher eine in Figur 1 nicht erkennbare Schleifspindel mit einer Schleifscheibe 7 angeordnet ist. Die Basisplatte 6 trägt eine Brückenkonstruktion 8, auf welcher ein Antriebsmotor 9 für die Schleifscheibe 7 befestigt ist. Die Drehmomentübertragung vom Antriebsmotor 9 zur die Schleifscheibe 7 tragenden Schleifspindel erfolgt über einen Zahnriemenantrieb, der in einem Gehäuse 11 (vgl. auch Figur 3) untergebracht ist. Die Brückenkonstruktion 8 überspannt eine Schlittenführung 12 einer Abrichteinrichtung 13. Ein auf der Schlittenführung 12 zum Umfang der Schleifscheibe 7 hin und zurück (in W-Richtung) bewegbar geführter Abrichtschlitten 14, der ein in Figur 1 nicht erkennbares, von einem Abrichtantrieb 16 angetriebenes Abrichtwerkzeug trägt, wird über ein in einem Gehäuse 17 untergebrachtes Getriebe von einem Zustellmotor 18 angetrieben.

Das Spindelgehäuse der Schleifspindel und die Schleifscheibe 7 werden von der Brückenkonstruktion teilweise überdeckt, so dass ein Abschnitt 19 der Brückenkonstruktion gleichzeitig eine Schutzhaube für die Schleifscheibe bildet. Dieser Abschnitt 19 trägt eine Kühlmitteldüse 21, die auf den Wirkbereich des Schleifscheibenum-fangs gerichtet ist. Auf dem quer zur Längsrichtung verlaufenden Teil la des Maschinenbettes 1 ist auf einem Querschlitten 22, der quer zur Längsrichtung (in X-Richtung) auf dem Maschinenbett la verfahrbar ist, eine Werkstücksäule 23 montiert. Die Werkstücksäule 23 trägt an ihrer dem Schleifspindelstock 3 zugewandten Seite einen Werkstückschlitten 24, der an der Säule in vertikaler Richtung (in Y-Richtung) auf und ab verfahrbar ist. An der Vorderseite des Werkstückschlittens 24 ist eine Werkstückaufnahme 26 mehrfach schwenkbar angebracht, die nun anhand der Figur 2 näher beschrieben wird.

In Figur 2 ist zu erkennen, dass der in Y-Richtung auf und ab verfahrbare Werkstückschlitten 24 an seiner Vorderseite mit einem Werkstückkopf 27 ausgerüstet ist, der in Richtung eines Doppelpfeiles 28 um eine horizontale Achse A drehbar gelagert ist. Am Werkstückkopf 27 ist eine Grundplatte 29 befestigt, welche zwei Lagerböcke 31 und 31a trägt. Zwischen den Lagerböcken 31 und 31a ist ein Werkstückhalter 32-um eine quer zur Drehachse A verlaufende Schwenkachse C schwenkbar gelagert. Die Schwenkrichtung um die Achse C gibt ein Doppelpfeil 33 an. Der Werkstückhalter 32 ist mit einer nicht näher dargestellten Spanneinheit 34 ausgerüstet, die ein in üblicher Weise in einen Spannblock 36 eingelegtes Werkstück 37 aufnimmt. Für diesen Zweck geeignete Spannblöcke, deren Herstellung und Entfernung vom Werkstück sind beispielsweise durch die deutschen Patentanmeldungen P 34 39 439, P 34 39 250 und P 3427 885 der Anmelderin bekannt.

Der Antrieb für die Schwenkbewegung um die C-Achse ist im Lagerbock 31 untergebracht. Die Drehbewegung um die A-Achse wird von einem auf dem Werkstückschlitten 24 angebrachten Antriebsmotor 38 bewirkt. Der Schlittenantrieb für den Werkstückschlitten 24 ist unsichtbar in der Säule 23 angeordnet.

' Ein typisches Beispiel für ein mit der beschriebenen Maschine zu bearbeitendes Werkstück ist in Figur 5 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Bei diesem Werkstück handelt es sich um ein Turbinenkranzsegment mit zwei Leitschaufeln 39. Als Beispiel seien hier folgende Bearbeitungsschritte angeführt. An der inneren Plattform 41i sind die Radien R1 und R2 sowie Planflächen und gegebenenfalls Nuten an den Seitenflächen 42 zu bearbeiten. An der äusseren Plattform 41a sind die Radien R3, R4 und R5 sowie Planflächen und gegebenenfalls Nuten an den Seitenflächen 43 zu schleifen. Ausserdem müssen an den inneren und äusseren Zungen 44i bzw. 44a Planflächen 46 bzw. Nuten 46a und 46b geschliffen werden. Diese unterschiedlichen Schleifaufgaben an ein und demselben Werkstück werden in einer einzigen Aufspannung durch die Konzeption der be5

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schriebenen Schleifmaschine und deren vorgeschlagene Achskonfiguration auf sehr vorteilhafte Weise optimal bewältigt.

In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Maschine vorgestellt. Da diese Maschine weitgehend mit der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Maschine übereinstimmt, sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figur 1. Eine Wiederholung der Beschreibung erübrigt sich insoweit. Im Unterschied zu Figur 1 weist die in Figur 3 gezeigte Maschine ausser einem ersten Schleifschlitten 2a mit einem ersten Schleifspindelstock 3a einen zweiten Schleifschlitten 2b mit einem zweiten Schleifspindelstock 3b auf. Die Schleifspindelstöcke 3a und 3b sind weitgehend identisch aufgebaut und stimmen mit dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Schleifspindelstock 3 überein. Das Besondere an dieser Maschine ist, dass die Schleifschlitten 2a und 2b getrennt voneinander in Längsrichtung verfahrbar sind. Zusätzlich weist der Schleifschlitten 2b einen Querschlitten 47 auf, mit dem die Schleifscheibe des Schleifspindelstocks 3b zum Werkstück hin zugestellt werden kann. Auf dem Querschlitten 47 ist der Schleifspindelstock 3b wie auch der andere Schleifspindelstock 3a drehbar um eine vertikale Achse gelagert. Durch diesen Aufbau ist eine vielfaltige Bearbeitung von Werkstücken möglich. Der Schleifspindelstock 3b kann, wie gezeigt, mit einer Schleifscheibe 7b zum Aussenrundschleifen bestückt sein. Ebenso kann aber diese Schleifscheibe auch als Werkzeug zum Innenschleifen ausgebildet sein.

Figur 4 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach der Figur 3. Auch hier sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den Figuren 3 und 1. Mit 1 ist auch hier das Maschinenbett bezeichnet, auf dem ein Schleifschütten 2c in Längsrichtung verfahrbar geführt ist. Der Schleifschlitten 2c trägt im Falle der

Figur 4 nebeneinander zwei um vertikale Achsen schwenkbare Schleifspindelstöcke 3c und 3d, deren Aufbau mit dem der Ausführungsform nach Figur 1 identisch ist und daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Die Schleifspindelstöcke 3c und 3d sind auf dem 5 gemeinsamen Längsschlitten 2c drehbar gelagert. Die Schleifsäule 23a, die an ihrer Vorderseite die Werkstückaufnahme 26 trägt, ist auch hier auf einem Schlitten 22 angeordnet, der auf dem Querbett la der Maschine in X-Richtung beweglich geführt ist. Allerdings trägt der Schlitten 22 im Falle der Figur 4 einen Drehtisch 48, auf io welchem die Werkstücksäule 23a montiert ist. Die Werkstücksäule ist bei dieser Ausführungsform der Schleifmaschine also in Richtung eines Doppelpfeiles 49 auf dem Schlitten 22 um eine vertikale Achse (B2) schwenkbar. Der Werkstückaufnahme 26 gegenüber trägt die Werkstücksäule 23a an einem zweiten, vertikal verfahrbaren Werk-15 stückschlitten 24a eine zweite Werkstückaufnahme 26a. Beide Werkstückaufnahmen können so ausgebildet sein wie im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben. Der Werkstückhalter 32 kann jedoch anstatt zweiseitig auch nur einseitig gelagert sein. Am prinzipiellen Aufbau der Werkstückaufnahmen ändert sich dadurch nichts. Diese 20 Variante der Schleifmaschine nach der Erfindung bietet den Vorteil weiterer Positioniermöglichkeiten des Werkstücks zur Schleifscheibe und der Möglichkeit, an der rückwärtigen Werkstückaufnahme 26a das Werkstück zu wechseln, während das in die Werkstückaufnahme 26 eingespannte Werkstück bearbeitet wird. Das führt zu einer 25 rationelleren Maschinennutzung. Darüber hinaus bietet auch die in Figur 4 gezeigte Schleifmaschine den Vorteil grosser Vielseitigkeit bei einfachem und kompaktem Aufbau. Die Stabilität aller Ausführungsformen der Maschinen ist so gross, dass auch bei grossen Schleifdrücken der modernen Massenfertigung hochgenaue Schleif-30 ergebnisse erzielt werden können.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (10)

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1. Numerisch gesteuerte Schleifmaschine mit einem Maschinenbett, einem auf dem Maschinenbett in einer ersten Richtung (Z) horizontal verschiebbaren und um eine vertikale Achse (Bl) schwenkbaren Schleifspindelstock, einer auf dem Maschinenbett angeordneten Werkstücksäule und einem an der Werkstücksäule vertikal (Y-Richtung) verfahrbaren Werkstückschlitten, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücksäule (23) und der Schleifspindelstock (3 bis 3d) quer zur ersten Richtung (Z) relativ zueinander horizontal in einer zweiten Richtung (X) verschiebbar sind, dass der Werkstückschlitten (24) einen um eine horizontale, konzentrische Drehachse (A) drehbaren Werkstückkopf (27) trägt, und dass am Werkstückkopf (27) wenigstens ein Werkstückhalter (32) um eine zur Drehachse senkrechte Schwenkachse (C) schwenkbar gelagert ist.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt der Drehachse (A) des Werkstückkopfes (27) und der Schwenkachse (C) des Werkstückhalters (32) im oder in der Nähe des eingespannten Werkstücks (37) liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücksäule (23) auf einem quer zur Bewegungsbahn des Schleifspindelstocks (3 bis 3d) in der zweiten Richtung (X) auf dem Maschinenbett (la) horizontal verfahrbaren Schlitten (22) montiert ist.

4. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücksäule (23) um eine vertikale Achse (B2) drehbar ist.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücksäule (23) wenigstens zwei vertikal verfahrbare Werkstückschlitten (24,24a) aufweist.

6. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifspindelstock (3c) auf einem in der ersten Richtung (Z) horizontal auf dem Maschinenbett (1) verschiebbaren Schleifschlitten (2c) montiert ist und dass der Schleifschlitten neben dem ersten einen zweiten Schleifspindelstock (3d) trägt.

7. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Maschinenbett (1) nebeneinander wenigstens zwei in der ersten Richtung (Z) horizontal verschiebbare Schleifschlitten (2a, 2b) gelagert sind und dass jeder Schleifschlitten wenigstens einen Schleifspindelstock (3a, 3b) trägt.

8. Schleifmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Schleifspindelstöcke (3b) zusätzlich quer zur ersten Richtung (Z) horizontal in der zweiten Richtung (X) verfahrbar ist.

9. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schleifspindelstock (3 bis 3d) eine auf einer Basisplatte (6) montierte Schleifspindel mit wenigstens einer Schleifscheibe (7) und eine auf der Basisplatte angeordnete, einen Schleifantrieb (9) mit Drehmomentübertragungsmitteln (11) zur Schleifspindel tragende Brückenkonstruktion (8) aufweist, welche einen auf die Schleifscheibe (7) ausgerichteten und zu dieser hin und zurück bewegbaren, eine Abrichteinrichtung tragenden Abrichtschlitten (14) überspannt.

10. Schleifmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelgehäuse der Schleifspindel wenigstens teilweise von der Brückenkonstruktion (8) überspannt wird und dass ein Abschnitt (19) der Brückenkonstruktion (8) als Schutzhaube für die Schleifscheibe (7) ausgebildet ist.