DE102005041031A1

DE102005041031A1 - Method for machining workpieces with curved surfaces, in particular for grinding turbine blades, machine tool and programming system

Info

Publication number: DE102005041031A1
Application number: DE102005041031A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Mushardt
Original assignee: Blohm Maschinenbau GmbH
Current assignee: Blohm Maschinenbau GmbH
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-03-01
Also published as: EP1757405A1; ATE444832T1; ES2331709T3; EP1757405B1; DE502006005018D1

Abstract

The method involves moving a wok-piece along an axis (58) and simultaneously rotating the work-piece around another axis (64), where the axis (64) incorporates a finite angle with the axis (58). The work-piece is moved along a third axis (26), where the axis (26) incorporates the finite angle with the axis (58) and the axis (64), and the work-piece is moved in fast oscillating movement along the axis (58) in a direction tangential to the processing of the work-piece. Independent claims are also included for the following: (1) a machine tool for machining a work-piece (2) a programming system for evaluating programming parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit gekrümmter Oberfläche, bei dem das Werkstück entlang einer ersten Achse verfahren und gleichzeitig um eine zweite Achse gedreht wird, die mit der ersten Achse einen endlichen Winkel einschließt, und bei dem ein Bearbeitungswerkzeug entlang einer dritten Achse zustellbar ist, die mit der ersten Achse und mit der zweiten Achse ebenfalls einen endlichen Winkel einschließt.The The invention relates to a method for machining of workpieces with a crooked Surface, where the workpiece moved along a first axis and at the same time to a second Axis is rotated, with the first axis a finite angle includes, and wherein a machining tool along a third axis is deliverable, with the first axis and the second axis also includes a finite angle.

Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit gekrümmter Oberfläche, mit einem entlang einer ersten Achse verfahrbaren und gleichzeitig um eine zweite Achse verdrehbaren Werkzeughalter, wobei die zweite Achse mit der ersten Achse einen endlichen Winkel einschließt, und mit einem Bearbeitungswerkzeug, das entlang einer dritten Achse zustellbar ist, die mit der ersten Achse und mit der zweiten Achse ebenfalls einen endlichen Winkel einschließt.The The invention further relates to a machine tool for machining Machining workpieces with a crooked Surface, with a movable along a first axis and at the same time about a second axis rotatable tool holder, wherein the second Axis with the first axis includes a finite angle, and with a machining tool that runs along a third axis is deliverable, with the first axis and the second axis also includes a finite angle.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Programmiersystem.The Invention finally relates a programming system.

Ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine der vorstehend genannten Art sind aus der DE 36 25 565 C2 bekannt.A method and a machine tool of the aforementioned type are known from DE 36 25 565 C2 known.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Maschinen zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit gekrümmten Oberflächen. Nur beispielhaft – und keinesfalls einschränkend zu verstehen – wird dies nachstehend am Beispiel des Schleifens von Turbinenschaufeln erläutert. Daneben sind auch Anwendungen bei vielen anderen Werkstücken, auch mit beliebig räumlich gekrümmter Oberfläche (Freiformfläche) zu verstehen, beispielsweise bei künstlichen Gelenken.The The present invention relates generally to methods and machines for machining workpieces with curved surfaces. Just exemplary - and by no means restrictive to understand - will this is the example of the grinding of turbine blades explained. Besides are also applications for many other workpieces, even with any spatially curved surface (free-form surface) too understand, for example, in artificial Joints.

Turbinenlaufschaufeln bestehen aus einem Schaufelblatt und einem Fuß, der an einem Ende des Schaufelblatts befestigt ist und zur Befestigung der Schaufel am Rotor dient. Am entgegen gesetzten Ende können Turbinenlaufschaufeln eine sog. Plattform aufweisen, die mit Abdichtprofilen versehen ist, um Strömungsverluste zu vermeiden.Turbine blades consist of an airfoil and a foot attached to one end of the airfoil is attached and used to attach the blade to the rotor. At the opposite end can Turbine blades have a so-called. Platform, with the Abdichtprofilen is provided to flow losses to avoid.

Turbinenleitschaufeln hingegen weisen am inneren und am äußeren Ende des Schaufelblatts Plattformen auf, die zur Befestigung und zur Abdichtung dienen.turbine however, there are platforms at the inner and outer ends of the airfoil on which serve for fastening and sealing.

Turbinenschaufeln nehmen üblicherweise einen Kreissektor von 6 bis 15° ein. Die Plattformen weisen einen großen Radius auf, der dem Radius der jeweiligen Turbine entspricht.turbine blades usually take a circular sector of 6 to 15 °. The platforms have a large radius, the radius corresponds to the respective turbine.

Zum Schleifen von deren Anlageflächen hat man im Stand der Technik früher die Turbinenschaufeln auf einem drehbaren, kreisförmigen Werkstücktisch montiert, dessen Radius etwa dem Krümmungsradius der Anlageflächen entsprach, wobei die Anlageflächen längs des Umfanges des Werkstücktisches angeordnet waren. Dann konnten diese Anlageflächen mittels eines ebenfalls am Umfang des Werkstücktischs angeordneten, stationären Schleifwerkzeugs mit dem gewünschten Radius geschliffen werden. Diese Vorgehensweise hatte jedoch den Nachteil, dass sehr große Schleifmaschinen entstanden, die sehr umständlich zu handhaben waren und nur einen geringen Durchsatz ermöglichten.To the Grinding of their contact surfaces one has in the prior art earlier the turbine blades on a rotatable, circular workpiece table mounted, whose radius corresponded approximately to the radius of curvature of the contact surfaces, with the contact surfaces along the Circumference of the workpiece table were arranged. Then these contact surfaces could be by means of a likewise on the circumference of the workpiece table arranged, stationary Grinding tool with the desired Radius be ground. However, this approach had the disadvantage that very big Grinding machines were created that were very cumbersome to handle and only allowed a low throughput.

Im Zuge der Entwicklung von numerisch gesteuerten, mehrachsigen Werkzeugmaschinen sind dann später zahlreiche derartige Maschinen zum Schleifen von Turbinenschaufeln vorgeschlagen worden.in the Development of numerically controlled, multi-axis machine tools are later numerous such machines for grinding turbine blades been proposed.

In der DE 32 46 168 C2 ist eine solche Schleifmaschine beschrieben, bei der ein Werkstückhalter an einem vertikal an einem Ständer verfahrbaren Schlitten angeordnet ist, während eine Schleifspindel vor dem Ständer entlang von zwei senkrecht zueinander verlaufenden horizontalen Richtungen verfahrbar und zusätzlich um eine Vertikalachse verschwenkbar ist. Mit dieser Schleifmaschine kann man zwar auch kreisförmig gekrümmte Anla geflächen von Turbinenschaufeln schleifen, jedoch nur unter sehr eingeschränkten Bedingungen, weil die Einstellmöglichkeiten der Schleifmaschine begrenzt sind und nur eine geringe Variation erlauben. Die Maschine ist auch nicht für diesen Anwendungsbereich vorgesehen.In the DE 32 46 168 C2 Such a grinding machine is described in which a workpiece holder is arranged on a carriage which can be moved vertically on a stand, while a grinding spindle can be moved in front of the stator along two horizontal directions which are perpendicular to one another and can additionally be pivoted about a vertical axis. Although this grinding machine can also be circularly curved Anla surfaces of turbine blades grind, but only under very limited conditions, because the adjustment of the grinding machine are limited and allow only a small variation. The machine is also not intended for this application.

Eine aus der DE 36 11 103 A1 bekannte, siebenachsige Schleifmaschine ist speziell für das Schleifen von Turbinenschaufeln vorgesehen. Die Maschine weist einen Werkstückhalter auf, der ebenfalls in einer vertikalen Richtung an einem Ständer verfahrbar, zusätzlich aber auch um eine horizonale Achse verdrehbar und ferner zusammen mit dem Ständer entlang einer horizontalen Achse verfahrbar ist. Die Schleifspindel ihrerseits ist entgegen dem Ständer sowie quer dazu in horizontaler Richtung verfahrbar und um eine Vertikalachse drehbar. Durch eine geeignete CNC-Bahnsteuerung können auf diese Weise die gewünschten Anlageflächen geschliffen werden.One from the DE 36 11 103 A1 known, seven-axis grinding machine is designed specifically for grinding turbine blades. The machine has a workpiece holder, which can also be moved in a vertical direction on a stand, but in addition can also be rotated about a horizontal axis and can also be moved together with the stand along a horizontal axis. The grinding spindle in turn is movable against the stand and transversely thereto in the horizontal direction and rotatable about a vertical axis. By means of a suitable CNC path control, the desired contact surfaces can be ground in this way.

Eine weitere Schleifmaschine für diese Anwendung ist in der EP 0 254 526 B1 beschrieben. Bei dieser bekannten, sechsachsigen Maschine ist der Werkstückhalter wiederum an einem Ständer in Vertikalrichtung verfahrbar sowie am Ständer um eine Horizontalachse verdrehbar. Der Ständer als ganzes kann um eine Horizontalachse verfahren sowie um eine Vertikalachse verdreht werden. Die Schleifspindel ist um zwei zueinander senkrechte, horizontale Achsen verfahrbar. Auch bei dieser Werkzeugmaschine ist eine CNC-Bahnsteuerung vorgesehen.Another grinder for this application is in the EP 0 254 526 B1 described. In this known, six-axis machine, the workpiece holder is in turn movable on a stand in the vertical direction and on the stand to a Horizontal axis rotatable. The stand as a whole can move around a horizontal axis and be rotated about a vertical axis. The grinding spindle can be moved around two mutually perpendicular, horizontal axes. Also in this machine tool, a CNC path control is provided.

Eine weitere ähnliche Maschine für den selben Einsatzzweck ist aus der EP 0 666 140 B1 bekannt. Diese bekannte Maschine besitzt fünf Achsen und gestattet die abwechselnde Bearbeitung von zwei Turbinenschaufeln, für die zwei Werkstückhalter vorgesehen sind. Diese Werkstückhalter sind entlang einer ersten Horizontalachse verfahrbar sowie um eine Vertikalachse verdrehbar. Die Schleifspindel kann entlang einer zweiten, zur ersten quer verlaufenden Horizontalachse sowie entlang einer Vertikalachse verfahren und um diese Vertikalachse verdreht werden.Another similar machine for the same purpose is from the EP 0 666 140 B1 known. This known machine has five axes and allows the alternate machining of two turbine blades, for which two workpiece holders are provided. These workpiece holders can be moved along a first horizontal axis and rotated about a vertical axis. The grinding spindle can be moved along a second, to the first transverse horizontal axis and along a vertical axis and rotated about this vertical axis.

Ein etwas anderes Konzept ist bei einer Maschine zum Schleifen von Turbinenschaufeln vorgesehen, die in der eingangs genannten DE 36 25 565 C2 beschrieben ist. Bei dieser bekannten Maschine wird die gewünschte Kreisbahn des Wirkpunktes der Schleifscheibe am Werkstück nicht durch eine CNC-Bahnsteuerung, sondern durch eine Überlagerung von zwei Einzelbewegungen erzielt, nämlich einer Horizontalbewegung sowie einer Schwenkbewegung des Werkstückträgers. Die Zustellung wird durch eine Vertikalbewegung der Schleifspindel erzielt.A somewhat different concept is provided in a machine for grinding turbine blades, which in the aforementioned DE 36 25 565 C2 is described. In this known machine, the desired circular path of the point of action of the grinding wheel on the workpiece is not achieved by a CNC path control, but by a superposition of two individual movements, namely a horizontal movement and a pivoting movement of the workpiece carrier. The delivery is achieved by a vertical movement of the grinding spindle.

Die vorstehend beschriebenen bekannten Maschinen haben gemeinsam, dass der Schleifprozeß im sog. Tiefschleifverfahren stattfindet, d.h. dass das gesamte Aufmaß in einem einzigen Durchgang der Schleifscheibe abgetragen wird. Das schließt natürlich nicht aus, dass nacheinander beispielsweise ein Schruppvorgang und ein Schlichtvorgang mit jeweils eigenem Gesamtaufmaß stattfinden.The The known machines described above have in common that the grinding process in the so-called deep grinding process takes place, i. that the entire oversize in one single passage of the grinding wheel is removed. Of course that does not close from that in succession, for example, a roughing process and a Finishing process, each with its own total allowance take place.

Das Tiefschleifen hat jedoch den Nachteil, dass die Kontaktlänge der Schleifscheibe am Werkstück wegen der großen Eingriffsdicke ebenfalls sehr groß ist. Dies führt zu hohen Schleifkräften und -temperaturen, zu einem hohen Verschleiß an der Schleifscheibe sowie zu einer nicht unerheblichen Formabweichung. Hält man diese Größen durch einen entsprechend kleineren Vorschub in Grenzen, beschränkt dies wiederum das erreichbare Zeitspanvolumen.The However, deep grinding has the disadvantage that the contact length of Grinding wheel on the workpiece because of the big one Engagement thickness is also very large. This leads to high grinding forces and temperatures, high wear on the grinding wheel as well to a not insignificant form deviation. If you keep these sizes through a correspondingly smaller feed within limits, this limits again the achievable time span volume.

Aus der EP 0 981 419 B1 ist eine sog. Pendelschleifmaschine bekannt. Diese Maschine ist eine Flachschleifmaschine, bei der ein flaches Werkstück auf einem Werkstückschlitten angeordnet wird, der in Richtung einer Horizontalachse periodisch hin und her verfahrbar ist, typischerweise mit Hubzeiten von einigen Sekunden. Eine oberhalb des Werkstücks angeordnete Schleifspindel bringt eine Schleifscheibe in Eingriff an dem vorbei bewegten Werkstück. Sinn dieser Vorgehensweise ist es, bei einem erforderlichen sehr großem Gesamtaufmaß eines Schleifvorganges dieses Gesamtaufmaß in mehrere Durchgänge aufzuteilen. Pendelschleifmaschinen werden beispielsweise zum Schleifen von Führungsleisten eingesetzt.From the EP 0 981 419 B1 is a so-called pendulum grinding known. This machine is a surface grinding machine in which a flat workpiece is placed on a workpiece carriage which is periodically reciprocable in the direction of a horizontal axis, typically with stroke times of a few seconds. A grinding spindle disposed above the workpiece engages a grinding wheel on the workpiece being moved past. The purpose of this approach is to divide this total allowance into several passes with a required very large total allowance of a grinding process. Pendulum grinding machines are used, for example, for grinding guide rails.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schleifmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die oben genannten Nachteile herkömmlicher Schleifverfahren bzw. -maschinen vermieden werden. Insbesondere soll es möglich werden, auf einer kompakten Maschine Werkstücke mit gekrümmten Oberflächen, insbesondere Turbinenschaufeln, in hoher Formtreue mit hohem Zeitspanvolumen bei geringem Verschleiß der Schleifscheibe zu schleifen, indem die Schleifkräfte und -temperaturen vermindert werden.Of the Invention is in contrast the object of a method and a grinding machine of the develop the aforementioned type such that the above mentioned disadvantages of conventional Grinding processes or machines are avoided. Especially should it be possible on a compact machine workpieces with curved surfaces, in particular Turbine blades, in high form fidelity with a high removal rate with low wear of To grind grinding wheel by reducing the grinding forces and temperatures become.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkstück entlang der ersten Achse in einer schnell oszillierenden Bewegung verfahren wird.at a method of the type mentioned, this object is achieved by the invention solved, that the workpiece along the first axis in a fast oscillating motion is moved.

Bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, der Werkzeughalter mit einem ersten Schlitten verbunden ist, der das Werkstück entlang der ersten Achse in einer schnell oszillierenden Bewegung verfährt.at a machine tool of the type mentioned is this task according to the invention thereby solved, the tool holder is connected to a first carriage, the the workpiece along the first axis in a fast oscillating motion moves.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The The object underlying the invention is complete in this way solved.

Erfindungsgemäß wird nämlich durch die schnell oszillierende Bewegung des Werkstücks, d.h. durch dessen schnelle Hubbewegung in einer zum Bearbeitungswerkzeug im wesentlichen tangentialen Richtung erreicht, dass das Material mit wesentlich kürzerer Kontaktlänge und geringeren Bearbeitungskräften abgespant wird, wodurch sich die Bearbeitungstemperatur und die Formabweichung vermindern. Im Vergleich zum herkömmlichen Flach-Pendelschleifen ergibt sich der Vorteil von kürzeren Überlaufzeiten und damit von einem größeren Zeitspanvolumen und einer insgesamt kürzeren Schleifzeit.Namely, according to the invention the fast oscillating movement of the workpiece, i. through its fast Lifting movement in a direction substantially to the machining tool tangential direction achieved that the material with much shorter contact length and lower processing forces is abgespant, whereby the processing temperature and the Reduce form deviation. Compared to conventional flat pendulum grinding results the advantage of shorter overflow times and thus of a larger time-wasting volume and an overall shorter one Grinding time.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die schnell oszillierende Bewegung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 m/min, vorzugsweise von mehr als 50 m/min und einer Umkehrbeschleunigung von mehr als 3 m/s², vorzugsweise von mehr als 10 m/s² ausgeführt.In a preferred embodiment of the invention, the fast oscillating movement is at a speed of more than 20 m / min, preferably more than 50 m / min and a reversal acceleration of more than 3 m / s ² , preferably more than 10 m / s ² executed.

Diese Werte, die wesentlich höher liegen als vergleichbare Werte beim herkömmlichen Flach-Pendelschleifen, haben sich zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe in Versuchen für heute verfügbare Bearbeitungswerkzeuge als optimal erwiesen.These Values that are much higher are comparable to traditional flat pendulum grinding, have become the solution the task given above in experiments for machining tools available today proved to be optimal.

Daraus folgt, dass für Werkstücke der hier interessierenden Art, insbesondere für Turbinenschaufeln, infolge deren Abmessungen die oszillierende Bewegung (ΔX) mit einer Frequenz zwischen 200 und 500 min^–1 ausgeführt wird.It follows that for workpieces of the type of interest here, in particular for turbine blades, due to their dimensions, the oscillating movement (.DELTA.X) is carried out with a frequency between 200 and 500 min ^-1 .

Weiterhin ist bevorzugt, wenn die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse jeweils senkrecht aufeinander stehen.Farther is preferred when the first axis, the second axis and the third Each axis are perpendicular to each other.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass insoweit herkömmliche Steuerungen für Dreiachsen-Werkzeugmaschinen verwendet werden können, bei denen die drei Achsen ein kartesisches Koordinatensystem bilden.These measure has the advantage that so far conventional controls for three-axis machine tools can be used where the three axes form a Cartesian coordinate system.

Eine besonders einfache Steuerung wird erreicht, wenn die zweite Achse mit dem Krümmungsradius der Oberfläche in einem Eingriffspunkt des Bearbeitungswerkzeugs an der Oberfläche einen rechten Winkel einschließt.A particularly simple control is achieved when the second axis with the radius of curvature the surface in an engagement point of the machining tool on the surface a includes right angle.

Von besonderem Vorteil ist, wenn die oszillierende Bewegung mit einer einstellbaren variablen Hublänge ausgeführt wird, insbesondere wenn die Hublänge im wesentlichen gleich dem bei der jeweiligen oszillierende Bewegung vom Bearbeitungswerkzeug durchfahrenen Weg im Werkstück ist.From is particularly advantageous if the oscillating movement with a adjustable variable stroke length accomplished is, especially if the stroke length essentially the same as in the respective oscillating movement from the machining tool traversed path in the workpiece.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Gesamt-Schleifzeit minimiert wird, weil die Hublänge auf den für einen vollständigen Materialabtrag notwendigen Betrag begrenzt ist.These measure has the advantage that the total grinding time is minimized because the stroke length the for a complete one Material removal is limited amount.

Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird berücksichtigt, dass beim Bearbeiten einer konkav gekrümmten Oberfläche ein Restaufmaß mittels Bahnsteuerung von Werkstück und Bearbeitungswerkzeug mit verminderter Bahngeschwindigkeit entfernt wird.at embodiments the method according to the invention is taken into account, that when editing a concave curved surface a residual allowance means Track control of workpiece and Removed machining tool with reduced web speed becomes.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für den wesentlichen Anteil des Gesamtaufmaßes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den bereits angegebenen Vorteilen gearbeitet wird, während nur ein bei konkaven Oberflächen unvermeidbares Restaufmaß in herkömmlicher Weise abgetragen wird.These measure has the advantage that for the significant proportion of the total allowance by the method according to the invention worked with the advantages already given, while only one with concave surfaces unavoidable residual allowance in conventional Way is removed.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das Werkstück beim Bearbeiten zusätzlich oszillierend um die zweite Achse verschwenkt.at further embodiments The invention is the workpiece in addition to editing oscillating about the second axis pivoted.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass während des Hubes des Werkstücks das Material entlang von sichelförmigen Bögen abgetragen wird, was bei konvexen Oberflächen eine Verbesserung der Formtreue sowie eine Verkürzung der Bearbeitungszeit mit sich bringt.These measure has the advantage that during the stroke of the workpiece the material along crescent-shaped Bows removed what happens with convex surfaces an improvement of the form fidelity as well as a shortening of the processing time with brings.

Wenn in diesem Zusammenhang der oszillierenden Bewegung des Werkstücks eine Bahnsteuerung zwischen Werkstück und Bearbeitungswerkzeug überlagert wird, hat dies den Vorteil, dass auch konkave Oberflächen mit den vorstehend genannten Vorteilen bearbeitet werden können.If in this context, the oscillating movement of the workpiece a Path control between workpiece and editing tool overlaid This has the advantage that even concave surfaces with the advantages mentioned above can be processed.

Um hinsichtlich der Bearbeitung ein noch höheres Maß an Flexibilität zu erhalten und um auch Oberflächen mit Krümmungen höherer Ordnung bearbeiten zu können, ist bei weitern Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen, das Bearbeitungswerkzeug ferner entlang einer vierten Achse zu verfahren, die vorzugsweise parallel zur zweiten Achse verläuft und/oder das Bearbeitungswerkzeug ferner um eine fünfte Achse zu verdrehen, die vorzugsweise parallel zur ersten Achse verläuft.Around to get an even higher level of flexibility in terms of processing and also surfaces with curvatures higher To edit order, is further exemplary embodiments the invention provided, the machining tool further along a fourth axis, preferably parallel to second axis runs and / or the machining tool further about a fifth axis to twist, which preferably runs parallel to the first axis.

Im letztgenannten Fall können bevorzugt durch Verdrehen des Bearbeitungswerkzeugs um die fünfte Achse alternativ zwei unterschiedliche Werkzeuge in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden.in the the latter case preferably by turning the machining tool about the fifth axis alternatively brought two different tools in engagement with the workpiece become.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur einfach gekrümmte Oberflächen, also zylindrische Oberflächen, sondern ganz allgemein beliebig im Raum gekrümmte Oberflächen, so genannte Freiformflächen, bearbeiten.With the method according to the invention not only simple curved surfaces, so cylindrical surfaces, but In general, arbitrarily curved surfaces in space, so-called free-form surfaces, edit.

Obwohl die vorliegende Erfindung bei einer Vielzahl von spanabhebenden Bearbeitungsprozessen einsetzbar ist, wird sie bevorzugt dann eingesetzt, wenn die Werkstücke geschliffen werden.Even though the present invention in a variety of cutting Machining processes is used, it is preferably then used when the workpieces be sanded.

Bevorzugt handelt es sich bei den Werkstücken um Turbinenschaufeln, wobei die Oberflächen insbesondere zylindrische Oberflächen an einer Plattform der Turbinenschaufel sind.Prefers these are the workpieces around turbine blades, the surfaces in particular cylindrical surfaces on a platform of the turbine blade.

Darüber hinaus lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schleifmaschine aber auch, wie bereits erwähnt, bei räumlich beliebig gekrümmten Flächen, den so genannten Freiformflächen, einsetzen. Als Beispiel dazu seien hier künstliche Gelenke, beispielsweise Kniegelenke, genannt, deren Form entlang einhüllender Schnitte zu schleifen ist. Eine schnell oszillierende Bewegung reduziert auch hier die thermische Einwirkung der Schleifscheibe auf das Werkstück. Eine hohe Maschinendynamik verkürzt die Schleifzeit pro Hüllschnitt und damit die Bearbeitungszeit.Furthermore let the process of the invention and the grinding machine according to the invention but also, as already mentioned, at spatial arbitrarily curved surfaces, the so-called freeform surfaces, deploy. As an example, here are artificial joints, such as knee joints, called, their shape enveloping along Is to cut cuts. A fast oscillating motion is reduced Again, the thermal effect of the grinding wheel on the workpiece. A high Machine dynamics shortened the grinding time per envelope cut and thus the processing time.

Bei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine können für das Ausführen der oszillierenden Hubbewegung unterschiedliche Antriebe verwendet werden. Bevorzugt ist, wenn der erste Schlitten mit einem Linearmotor, einem Gewinde- oder Spindeltrieb, oder mit einem Kurbeltrieb gekoppelt ist.at embodiments the machine tool according to the invention can for the To run the oscillating stroke movement uses different drives become. It is preferred if the first carriage with a linear motor, a threaded or spindle drive, or coupled with a crank mechanism is.

Bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine läuft der erste Schlitten auf einem Maschinenbett entlang der ersten Achse, und das Bearbeitungswerkzeug läuft auf einem zweiten Schlitten an einem Querträger eines das Maschinenbett überspannenden Portals entlang der dritten Achse.at embodiments the machine tool according to the invention is it going? first slide on a machine bed along the first axis, and the machining tool is running on a second carriage on a cross member of a machine bed spanning Portals along the third axis.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für die schnell zu bewegenden Achsen die leichteren Komponenten, nämlich der Werkzeugträger mit seinem Drehantrieb, unmittelbar am Maschinenbett laufen, während für die langsamer zu bewegenden Achsen eine schwere und hochstabile Portalbauweise zur Verfügung steht.These measure has the advantage that for the fast moving axes the lighter components, namely the tool carrier with its rotary drive, run right on the machine bed, while for the slower to moving axes a heavy and highly stable gantry design disposal stands.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further Advantages will be apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:

1: eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine; 1 a perspective view of an embodiment of a grinding machine according to the invention;

2: eine schematisierte Vorderansicht der Schleifmaschine von 1; 2 : a schematic front view of the grinding machine of 1 ;

3: eine schematisierte Vorderansicht auf einen Werkstückschlitten der Schleifmaschine von 1 und 2; 3 : A schematic front view of a workpiece carriage of the grinding machine of 1 and 2 ;

4: eine Draufsicht auf den Werkstückschlitten von 3; 4 : a plan view of the workpiece carriage of 3 ;

5: ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 5 : a diagram illustrating an embodiment of a method according to the invention;

6 bis 8: in vergrößerter Darstellung drei Diagramme zur weiteren Erläuterung des in 5 veranschaulichten Verfahrens für die Bearbeitung einer konvex gekrümmten Fläche; 6 to 8th in an enlarged view three diagrams for further explanation of in 5 illustrated method for processing a convex curved surface;

9 bis 12: in weiter vergrößerter Darstellung vier Diagramme zur weiteren Erläuterung des in 5 veranschaulichten Verfahrens für die Bearbeitung einer konkav gekrümmten Fläche; und 9 to 12 in a further enlarged representation four diagrams for the further explanation of in 5 illustrated method for machining a concave curved surface; and

13: eine Darstellung ähnlich 5 zur Erläuterung eines weiteren Verfahrensschritts bei der Bearbeitung einer konkav gekrümmter Oberfläche. 13 : a representation similar 5 to explain a further method step in the processing of a concave curved surface.

In 1 bezeichnet 10 als Ganzes ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, dargestellt am Fall einer Schleifmaschine, die zum Schleifen von Werkstücken mit gekrümmten Oberflächen geeignet ist. Obwohl die Erfindung nachstehend anhand des Anwendungsbeispiels eines Schleifvorganges an Turbinenschaufeln beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung weder auf diese Art der spanabhebenden Bearbeitung, noch auf diesen Anwendungsfall bzw. diese Werkstückart beschränkt ist.In 1 designated 10 as a whole, an embodiment of a machine tool according to the invention, shown in the case of a grinding machine, which is suitable for grinding workpieces with curved surfaces. Although the invention is described below with reference to the application example of a grinding process on turbine blades, it is understood that the invention is not limited to this type of machining, nor to this application or this type of workpiece.

Die Schleifmaschine 10 weist einen Maschinenfuß 12 auf, der ein Maschinenbett 14 trägt. Auf der Vorderseite des Schleifmaschine 10 ist eine Spänewanne 16 vorgesehen. Im hinteren Bereich trägt das Maschinenbett 14 ein Portal 18 mit einem Querträger 20.The grinding machine 10 has a machine foot 12 on, the one machine bed 14 wearing. On the front of the grinder 10 is a chip tray 16 intended. In the rear area carries the machine bed 14 a portal 18 with a crossbeam 20 ,

An dem Querträger 20 sind zueinander parallele, horizontale Führungsleisten 22 und 24 angeordnet, die eine erste Achse 26, die sog. Z-Achse, darstellen. Entlang der Führungsleisten 22, 24 ist ein erster Schlitten 30 in Z-Richtung verfahrbar.At the crossbeam 20 are mutually parallel, horizontal guide rails 22 and 24 arranged, which is a first axis 26 , the so-called Z axis. Along the guide rails 22 . 24 is a first sled 30 movable in Z-direction.

An dem ersten Schlitten 30 sind zueinander parallele, vertikale Führungsleisten 32 und 34 angeordnet, die eine zweite Achse 36, die sog. Y-Achse, darstellen. Entlang der Führungsleisten 32, 34 ist ein zweiter Schlitten 40 verfahrbar.At the first sled 30 are mutually parallel, vertical guide rails 32 and 34 arranged, which is a second axis 36 , the so-called Y-axis. Along the guide rails 32 . 34 is a second sled 40 traversable.

Der zweite Schlitten 40 trägt eine Schleifspindel 42. Die Schleifspindel 42 ist auf der in 1 linken Seite mit einer ersten Schleifscheibe 44 versehen. Auf der rechten Seite der Schleifspindel 42 ist in 1 ein Wellenstummel 46 zu erkennen, der eine zweite Schleifscheibe 48 tragen kann (vgl. 2). Die Schleifspindel ist optional an dem zweiten Schlitten 40 um eine dritte, horizontale Achse 50, die sog. A-Achse, drehbar gelagert.The second sled 40 carries a grinding spindle 42 , The grinding spindle 42 is on the in 1 left side with a first grinding wheel 44 Mistake. On the right side of the grinding spindle 42 is in 1 a stub shaft 46 to recognize the second grinding wheel 48 can wear (cf. 2 ). The grinding spindle is optional on the second carriage 40 around a third, horizontal axis 50 , the so-called A-axis, rotatably mounted.

Im vorderen Bereich des Maschinenbetts 14 ist auf diesem eine Führung 52 angeordnet, die sich nach hinten bis in den Bereich unterhalb des Portals 18 erstreckt. Die Führung 52 weist zueinander parallele, horizontale Führungsleisten 54 und 56 auf, die eine vierte Achse 58, die sog. X-Achse darstellen.In the front area of the machine bed 14 is a guide on this 52 arranged, extending backwards to the area below the portal 18 extends. The leadership 52 has mutually parallel, horizontal guide rails 54 and 56 on, which is a fourth axis 58 , which represent the so-called X-axis.

Die vierte Achse 58 (X) bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit der ersten Achse 26 (Z) und der zweiten Achse 36 (Y) ein kartesisches Koordinatensystem.The fourth axis 58 (X) forms in the illustrated embodiment together with the first axis 26 (Z) and the second axis 36 (Y) a Cartesian coordinate system.

Entlang der Führungsleisten 54, 56 ist ein dritter Schlitten 60 verfahrbar. Der dritte Schlitten 60 trägt einen Drehtisch oder Drehteller 62, der um eine fünfte Achse 64, die sog. B-Achse verdrehbar ist. Auf dem Drehteller 62 befindet sich ein Werkstückhalter 66, in dem Werkstücke einspannbar sind. Der dritte Schlitten 60 mit seinen darauf befindlichen Komponenten ist in Leichtbauweise ausgeführt. Das Werkstück ist somit nur in X-Richtung verfahrbar und um die B-Achse verdrehbar. Diese Beschränkung auf zwei Achsen kommt einer hohen Dynamik der Schleifmaschine 10 zugute, wie noch erläutert werden wird.Along the guide rails 54 . 56 is a third sled 60 traversable. The third sled 60 carries a turntable or turntable 62 , which is about a fifth axis 64 , the so-called B-axis is rotatable. On the turntable 62 there is a workpiece holder 66 , in which workpieces are clamped. The third sled 60 with its components on it is designed in lightweight construction. The workpiece is thus movable only in the X direction and rotatable about the B axis. This restriction to two axes comes with a high dynamic of the grinding machine 10 benefit, as will be explained.

Die Linearantriebe des ersten Schlittens 30 und des zweiten Schlittens 40 sind, ebenso wie die Drehantriebe für die Schleifspindel 42 und den Drehteller 62 vorzugsweise von her kömmlicher Bauart, wie sie für Supporte in Werkzeugmaschinen verwendet werden. Sie bedürfen daher für den Fachmann keiner näheren Erläuterung.The linear drives of the first carriage 30 and the second carriage 40 are, just like the rotary drives for the grinding spindle 42 and the turntable 62 preferably from her conventional design, as used for supports in machine tools. Therefore, they require no further explanation for the expert.

Der Linearantrieb des dritten Schlittens 60 hingegen ist besonderer Bauart. Neben einer herkömmlichen Steuerung ist dieser Antrieb in der Lage, den dritten Schlitten 60 zusammen mit dem Werkzeugträger 66 und dem darin eingespannten Werkstück in schneller Oszillations- oder Hubbewegung entlang der vierten Achse 58 (X) hin und her zu bewegen.The linear drive of the third carriage 60 however, is a special design. In addition to a conventional control, this drive is capable of the third slide 60 together with the tool carrier 66 and the workpiece clamped therein in rapid oscillatory or reciprocating motion along the fourth axis 58 (X) to move back and forth.

Unter einer „schnellen" Bewegung sind dabei Geschwindigkeiten von mehr als 20 m/min, vorzugsweise von mehr als 50 m/min zu verstehen sowie Umkehrbeschleunigungen im Bereich von mehr als 3 m/s², vorzugsweise von mehr als 10 m/s². Bei den im Ausführungsbeispiel dargestellten und beschriebenen Werkstücken (Turbinenschaufeln) führt dies infolge von deren Abmessungen zu Hubfrequenzen zwischen 200 und 500 min^–1. Dabei versteht sich, dass die vorstehend genannten Werte nur als Anhalt zu verstehen sind. So kann es durchaus sein, dass als Folge von neuen Werkstoffen, sowohl im Bereich der bewegten Komponenten als auch im Bereich der Werkzeuge (Schleifmittel) oder neuen Antriebstechniken zukünftig auch andere, insbesondere höhere Werte der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung erzielbar sind. Andererseits sind bei sehr großen Werkstücken auch kleinere Werte möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.A "fast" movement is to be understood as speeds of more than 20 m / min, preferably of more than 50 m / min, and reversal accelerations in the range of more than 3 m / s ² , preferably more than 10 m / s ² . in the illustrated in the exemplary embodiment described workpieces (turbine blades), this leads as a result of their dimensions to stroke rates between 200 and 500 min ^-1. it should be understood that the above values are to be understood only as an indication. Thus, it may be that As a result of new materials, in the field of moving components as well as in the area of tools (abrasives) or new drive technologies, other, in particular higher values of speed and / or acceleration can be achieved in the future possible without departing from the scope of the present invention.

Die Vorderansicht in 2 zeigt, dass an den beiden Enden der Schleifspindel 42 zwei unterschiedliche Schleifscheiben 44 und 48 angeordnet sein können, um das dargestellte Werkstück, nämlich eine Turbinenschaufel 68, insbesondere deren so genannte Plattformen 69a und 69b zu schleifen. In der strichpunktierten Darstellung ist zu erkennen, dass die Schleifspindel 42 unter Beibehaltung ihrer Drehlage (A-Achse 50) mit der ersten Schleifscheibe 44' in Eingriff mit der linken Plattform 69a der Turbinenschaufel 68 gebracht werden kann. Wenn die Schleifspindel 42 hingegen um 180° um die A-Achse 50 gedreht und entsprechend in Z-Richtung sowie ggf. auch in Y-Richtung verfahren wird, kann nun die zweite Schleifscheibe 48' die rechte Plattform 69b bearbeiten.The front view in 2 shows that at the two ends of the grinding spindle 42 two different grinding wheels 44 and 48 may be arranged to the workpiece shown, namely a turbine blade 68 , in particular their so-called platforms 69a and 69b to grind. The dot-dashed representation shows that the grinding spindle 42 while maintaining its rotational position (A-axis 50 ) with the first grinding wheel 44 ' engaged with the left platform 69a the turbine blade 68 can be brought. If the grinding spindle 42 by 180 ° around the A-axis 50 rotated and moved accordingly in the Z direction and possibly also in the Y direction, now the second grinding wheel 48 ' the right platform 69b to edit.

In 1 ist schließlich auf der rechten Seite der Schleifmaschine 10 noch ein Magazin 70 zu erkennen, in dem unterschiedliche Schleifscheiben und/oder Werkstücke und/oder Abrichtwerkzeuge enthalten sind, um je nach Bedarf ein- und ausgewechselt werden zu können. Die dazu erforderlichen Wechsler und Förderer sind dem Fachmann ebenfalls bekannt und daher nicht dargestellt.In 1 is finally on the right side of the grinder 10 another magazine 70 to recognize, in which different grinding wheels and / or workpieces and / or dressing tools are included to be switched on and replaced as needed. The exchangers and conveyors required for this purpose are likewise known to the person skilled in the art and are therefore not shown.

Ebenfalls nicht dargestellt sind die notwendigen Einrichtungen zum Abrichten der Schleifscheiben 44 und 48. Diese Einrichtungen sind vorzugsweise rotierende Abrichtspindeln mit Diamantabrichtrollen. Sie können auf dem Maschinenbett 14 fest installiert sein, so dass sich bei dem gewählten Maschinenkonzept die bewegten Massen nicht erhöhen Die 3 und 4 zeigen in zwei Ansichten weitere Einzelheiten des dritten Schlittens 60.Also not shown are the necessary facilities for dressing the grinding wheels 44 and 48 , These devices are preferably rotary dressing spindles with diamond dressing rollers. You can on the machine bed 14 be permanently installed so that the moving masses do not increase in the selected machine concept The 3 and 4 show in two views more details of the third slide 60 ,

Man erkennt, dass der dritte Schlitten 60 über einen ersten Antrieb 72 entlang der Führung 52 in X-Richtung antreibbar ist.You realize that the third sled 60 via a first drive 72 along the guide 52 can be driven in the X direction.

Der erste Antrieb 72 ist vorzugsweise ein Linearmotor, kann aber auch ein Kurbeltrieb oder dergleichen sein. Wichtig ist, dass der erste Antrieb 72 in der Lage ist, den gesamten dritten Schlitten 60 mit Aufbauten und eingespanntem Werkstück mit hoher Hubfrequenz und Lagegenauigkeit schnell oszillierend entlang der vierten Achse 58 (X-Achse) zu bewegen.The first drive 72 is preferably a linear motor, but may also be a crank mechanism or the like. The important thing is that the first drive 72 is capable of the entire third sled 60 with abutments and clamped workpiece with high stroke frequency and positional accuracy oscillating rapidly along the fourth axis 58 (X-axis) to move.

Auf dem ersten Schlitten 60 sitzt ein zweiter Antrieb 74, nämlich ein Dreh- bzw. Schwenkantrieb, für die fünfte Achse (B-Achse). Der zweite Antrieb 74 dreht den Drehteller 62 um vorgegebene Winkel bzw. Winkelinkremente. Die Drehung des Werkstücks 68 Auf dem Drehteller 62 kann durch einen Rundtisch bekannter Art ausgeführt werden, wie in 2 angedeutet, oder – wie alternativ in den 3 und 4 dargestellt – durch eine Schwenkeinrichtung.On the first sledge 60 sits a second drive 74 , namely a rotary actuator, for the fifth axis (B-axis). The second drive 74 turns the turntable 62 by predefined angles or angle increments. The rotation of the workpiece 68 On the turntable 62 can be performed by a rotary table known type, as in 2 indicated, or - as an alternative in the 3 and 4 represented - by a pivoting device.

Der Drehteller 62 ist in 3 in einer dort angedeuteten bogenförmigen Drehführung 78 geführt und abgestützt. Der zweite Antrieb 74 kann eine langsame Dreh- bzw. Schwenkbewegung, bei Ausführungsbeispielen der Erfindung aber auch eine schnelle Oszillationsbewegung, vorzugsweise der langsamen Drehbewegung überlagert, ausführen. In beiden Fällen kommen in vorteilhafter Weise so genannte Direktantriebe zum Einsatz, die aus elektromotorischen Rotoren und Statoren bestehen, keine weiteren mechanischen Getriebeteile benötigen und hohe Winkelbeschleunigungen ermöglichen.The turntable 62 is in 3 in an indicated there arcuate rotary guide 78 guided and supported. The second drive 74 can a slow pivotal movement, in Ausfüh but also a fast oscillatory movement, preferably superimposed on the slow rotational movement. In both cases, so-called direct drives are advantageously used, which consist of electromotive rotors and stators, require no further mechanical transmission parts and allow high angular acceleration.

Das erfindungsgemäße Maschinenkonzept ist somit insgesamt gekennzeichnet durch die folgende Verteilung der für das Bahnschleifen erforderlichen Maschinenachsen X, Y, Z und B sowie der zum Positionieren der Schleifspindel 42 erforderlichen Schwenkachse A:
Das Werkstück 68 wird im Werkstückhalter 66 auf dem Drehteller 62 (B-Achse) gespannt, der seinerseits auf dem X-Schlitten 60 angeordnet ist. Die Schleifspindel 42 ist optional auf einer Schwenkvorrichtung (A-Achse) angeordnet und auf einem Kreuzschlitten 22, 24, 26, 30, 32, 34, 36, 40 in Y- und Z-Richtung verfahrbar.The machine concept according to the invention is thus characterized overall by the following distribution of the machine axes X, Y, Z and B required for the path grinding as well as the positioning of the grinding spindle 42 required pivot axis A:
The workpiece 68 is in the workpiece holder 66 on the turntable 62 (B-axis) cocked, in turn, on the X-slide 60 is arranged. The grinding spindle 42 is optionally arranged on a pivoting device (A-axis) and on a cross slide 22 . 24 . 26 . 30 . 32 . 34 . 36 . 40 movable in Y and Z direction.

Der Bahnvorschub tangential zur Werkstückoberfläche, der besonders schnell erfolgen soll, wird durch den verhältnismäßig leichten X-Schlitten 60 ausgeführt, der mit starken Antriebselementen ausgerüstet und steif gegen das massereiche Maschinenbett 14 abgestützt ist. Der X-Schlitten 60 trägt lediglich den Drehteller 62 (B-Achse) mit dem Werkstückhalter 66.The web feed tangential to the workpiece surface, which is to be particularly fast, is provided by the relatively light X-slide 60 equipped, equipped with strong drive elements and stiff against the massive machine bed 14 is supported. The X-slide 60 only carries the turntable 62 (B-axis) with the workpiece holder 66 ,

Die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren der anderen Schlitteneinheiten können etwa um den Faktor 3 bis 10 kleiner sein. Diesen Schlitteneinheiten sind die massereichen Bauelemente zugeordnet. Die Schleifspindel 42 ist auf dem Kreuzschlitten 22, 24, 26, 30, 32, 34, 36, 40 in Y- und in Z-Richtung verfahrbar. Die Elemente des Kreuzschlittens 22, 24, 26, 30, 32, 34, 36, 40, die Schleifspindel 42, sowie eine optional installierte Schwenkvorrichtung (A-Achse) sind in der Regel erheblich schwerer als der Werkstückhalter 66 und der damit verbundene Drehteller 62. Außerdem wird deren Dynamik durch die in der Regel größere Auskragung begrenzt. Die zahlreichen Versorgungs- und Steuerleitungen, die zur Schleifspindel zu führen und bei deren Bewegungen mitzuschleppen sind, schränken deren Beschleunigungsvermögen weiter ein.The velocity and acceleration vectors of the other slide units may be smaller by about a factor of 3 to 10, for example. These sled units are associated with the massive components. The grinding spindle 42 is on the cross slide 22 . 24 . 26 . 30 . 32 . 34 . 36 . 40 movable in Y- and Z-direction. The elements of the cross slide 22 . 24 . 26 . 30 . 32 . 34 . 36 . 40 , the grinding spindle 42 , as well as an optionally installed swivel device (A-axis) are usually considerably heavier than the workpiece holder 66 and the associated turntable 62 , In addition, their dynamics are limited by the generally larger projection. The numerous supply and control lines that lead to the grinding spindle and mitzuschleppen in their movements, further limit their acceleration capacity.

Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung entwickelte Konzept stellt somit eine besonders vorteilhafte Anordnung der Maschinenachsen dar. Keine andere Achsfolge böte vergleichbar günstige Voraussetzungen für hohe Bahngeschwindigkeiten und Bahnbeschleunigungen sowie schnelle Oszillationshübe.The concept developed in the context of the present invention thus a particularly advantageous arrangement of the machine axes No other axle would offer comparable cheap Requirements for high web speeds and web accelerations as well as fast Oszillationshübe.

Die Portalbauweise der Schleifmaschine 10 gemäß 1 stellt eine aus Sicht der Maschinendynamik vorteilhafte Ausführungsform dar. Sie ist jedoch nicht die einzig denkbare Bauweise, weil im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Alternativen dazu möglich sind.The gantry design of the grinding machine 10 according to 1 represents an advantageous embodiment of the machine dynamics embodiment. However, it is not the only conceivable design, because in the context of the present invention also alternatives are possible.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es auf der Schleifmaschine gemäß den 1 bis 4 ausführbar ist, soll nun anhand der 5 bis 8 erläutert werden.An embodiment of the method according to the invention, as it on the grinding machine according to the 1 to 4 is executable, should now be based on the 5 to 8th be explained.

In 5 ist durchgezogen ein (hier beliebiges) Werkstück 79 in einer ersten Stellung gezeigt. Das Werkstück 80 hat bereichsweise eine konvex geformte Oberfläche 80. Mit 81 ist ein Eingriffspunkt der Schleifscheibe 44 an der konvexen Oberfläche 80 bezeichnet, wo auch ein Krümmungsradius bei R_K eingezeichnet ist. Wenn die konvex gekrümmte Oberfläche eine zylindrische Oberfläche ist, hat der Krümmungsradius R_K eine konstanten Größe und schließt mit der fünften Achse 64 (B-Achse) einen rechten Winkel ein. Bei einer kegelig geformten Oberfläche ist dieser Winkel endlich, und bei einer Oberfläche mit einer Krümmung höherer Ordnung ist der Winkel endlich und abhängig vom Eingriffspunkt.In 5 is pulled through a (here arbitrary) workpiece 79 shown in a first position. The workpiece 80 partially has a convex surface 80 , With 81 is an engagement point of the grinding wheel 44 at the convex surface 80 denotes where a radius of curvature at R _K is located. When the convex curved surface is a cylindrical surface, the radius of curvature R _{K has} a constant size and closes with the fifth axis 64 (B-axis) a right angle. For a conically shaped surface, this angle is finite, and for a surface with a higher order curvature, the angle is finite and dependent on the point of engagement.

Um die konvexe Oberfläche 80 zu schleifen, wird das Werkstück 79 schnell oszillierend und mit vorbestimmtem Hub entlang der vierten Achse 58 (X-Achse) bewegt. Diese Hubbewegung ist in 5 mit einem Doppelpfeil und dem Symbol ΔX bezeichnet. Die Endlagen des Werkstücks innerhalb der Hubbewegung sind durch die Bezugszeichen 79 (durchgezogen) und 79' (gestrichelt) dargestellt.Around the convex surface 80 to grind, the workpiece becomes 79 fast oscillating and with a predetermined stroke along the fourth axis 58 (X-axis) moves. This lifting movement is in 5 indicated by a double arrow and the symbol ΔX. The end positions of the workpiece within the lifting movement are denoted by the reference numerals 79 (solid) and 79 ' (dashed) shown.

Man erkennt aus 5 deutlich, dass die oszillierende Bewegung des Werkstücks 79, 79' derart bewirkt wird, dass das Werkstück 79, 79' und die Schleifscheibe 44 im wesentlichen tangential aneinander vorbeigeführt werden. Das Material des Werkstücks 79, 79' wird somit in streifenförmigen Bereichen abgetragen. Als Alternative kann das Werkstück 79, 79' zusätzlich oszillierend um die fünfte Achse (B-Achse) verschwenkt werden, wie mit einem Doppelpfeil 82 angedeutet. Dann ergibt sich ein Materialabtrag in sichelförmigen Bereichen, was der konvexen Form der Oberfläche 80, 80' näher kommt und größere Hublängen ΔX ermöglicht.One recognizes 5 clearly that the oscillating movement of the workpiece 79 . 79 ' is effected such that the workpiece 79 . 79 ' and the grinding wheel 44 be passed substantially tangentially to each other. The material of the workpiece 79 . 79 ' is thus removed in strip-shaped areas. As an alternative, the workpiece 79 . 79 ' in addition oscillating about the fifth axis (B-axis) to be pivoted, as with a double arrow 82 indicated. Then results in a material removal in crescent-shaped areas, what the convex shape of the surface 80 . 80 ' comes closer and allows longer stroke lengths ΔX.

Gleichzeitig wird die Schleifscheibe 44 entlang der ersten Achse 26 (Z-Achse) zugestellt, wie mit dem Symbol ΔZ angedeutet. Dadurch wird das gewünschte Teilaufmaß für jeden Hub eingestellt, aber auch die Form der bearbeiteten Oberfläche 80, 80' bestimmt, weil gleichzeitig das Werkstück 79, 79' langsam um die fünfte Achse 64, 64' gedreht wird, wie mit einem Pfeil B gezeigt. Die Form der Oberfläche 80, 80', die in der Darstellung von 5 von links nach rechts erzeugt wird, ergibt sich somit aus einer Überlagerung der Zustellung (Z) und der langsamen Drehbewegung (B).At the same time the grinding wheel becomes 44 along the first axis 26 (Z axis), as indicated by the symbol .DELTA.Z. This sets the desired partial allowance for each stroke, as well as the shape of the machined surface 80 . 80 ' determined, because at the same time the workpiece 79 . 79 ' slowly around the fifth axis 64 . 64 ' is rotated as shown by an arrow B. The shape of the surface 80 . 80 ' that in the presentation of 5 is generated from left to right, thus results from a superposition of the delivery (Z) and the slow rotational movement (B).

Die 6 bis 8 veranschaulichen anhand der Bearbeitung einer Turbinenschaufel 68 eine Möglichkeit, die Hublänge ΔX zu optimieren. Man erkennt dort in vergrößertem Maßstab die konvex gekrümmte Oberfläche 80 im Bereich der Plattform 69a sowie das gewünschte Gesamtaufmaß 83, das in einer vorbestimmten Anzahl von Hüben abgetragen werden soll.The 6 to 8th illustrate by machining a turbine blade 68 a way to optimize the stroke length .DELTA.X. One recognizes there on an enlarged scale the convex curved surface 80 in the area of the platform 69a as well as the desired total allowance 83 which is to be removed in a predetermined number of strokes.

In der Darstellung von 6 befindet sich die Turbinenschaufel 68 in einer ersten Drehlage, bei der eine Mittellinie 84 der Turbinenschaufel 68 um einen Winkel B₁ im Uhrzeigersinn gegenüber einer Senkrechten verdreht ist. In dieser ersten Drehlage kann die Schleifscheibe 44 nur einen Materialbereich von einem ersten Eingriffspunkt 85a bis zu einem zweiten Eingriffspunkt 85b abtragen. Daher wird eine Hublänge Δ₁X eingestellt, die gerade der Strecke zwischen den beiden Eingriffspunkten 85a und 85b entspricht, um einen darüber hinaus gehenden Leerhub zu vermeiden, der Zeit kosten würde.In the presentation of 6 is the turbine blade 68 in a first rotational position, where a midline 84 the turbine blade 68 rotated by an angle B ₁ in a clockwise direction with respect to a vertical. In this first rotational position, the grinding wheel 44 only one area of material from a first point of engagement 85a up to a second point of intervention 85b erode. Therefore, a stroke length Δ ₁ X is set, just the distance between the two engagement points 85a and 85b corresponds to avoid an additional idle stroke, which would cost time.

7 zeigt eine zweite Drehstellung, bei der die Turbinenschaufel 68' um den Winkel B₁ im Gegenuhrzeigersinn verdreht wurde, so dass nunmehr die Mittellinie 84' mit der Senkrechten zusammenfällt. Die Schleifscheibe kann jetzt über die gesamte Breite der Plattform 69a geführt werden, d.h. von einem dritten Eingriffspunkt 85c zu einem vierten Eingriffspunkt 85d. Der Abstand dieser beiden Eingriffspunkte 85c, 85d bestimmt nun auch hier die Hublänge Δ₂X. 7 shows a second rotational position in which the turbine blade 68 ' was rotated by the angle B ₁ counterclockwise, so that now the center line 84 ' coincides with the vertical. The grinding wheel can now cover the entire width of the platform 69a be guided, ie from a third point of intervention 85c to a fourth point of intervention 85d , The distance between these two engagement points 85c . 85d determines the stroke length Δ ₂ X.

In 8 ist eine dritte Drehlage gezeigt, bei der die Turbinenschaufel gegenüber der zweiten Drehlage um einen Winkel B₂ weiter im Gegenuhrzeigersinn verdreht wurde. Die mögliche Strecke der Materialabnahme zwischen einem fünften Eingriffspunkt 85e und einem sechsten Eingriffspunkt 85f ist jetzt durch das Erreichen der Grenze des Gesamtaufmaßes 83 begrenzt und damit entsprechend auch die Länge des nunmehr einzustellenden Hubs Δ₃X.In 8th a third rotational position is shown in which the turbine blade against the second rotational position by an angle B _{2 has been} further rotated counterclockwise. The possible distance of material removal between a fifth point of intervention 85e and a sixth point of engagement 85f is now by reaching the limit of the total allowance 83 limited and thus also the length of the now to be set stroke Δ ₃ X.

Eine den 6 bis 8 entsprechende Darstellung ist, in nochmals leicht vergrößertem Maßstab, den 9 bis 12 für den Fall einer konkav gekrümmten Oberfläche 86 an der gegenüberliegenden Plattform 69b der Turbinenschaufel 68 zu entnehmen, die mit einem Gesamtaufmaß 88 abgetragen werden soll.A the 6 to 8th corresponding representation is, again in a slightly enlarged scale, the 9 to 12 in the case of a concavely curved surface 86 at the opposite platform 69b the turbine blade 68 taken with a total allowance 88 should be removed.

In 9 ist, analog zu 6, eine erste Drehlage der Turbinenschaufel 68 dargestellt. Auch hier haben wir zunächst nur eine verhältnismäßig kurze Strecke zwischen einem ersten und einem zweiten Eingriffspunkt 89a, 89b, die den Hub Δ₁X in dieser Drehlage bestimmt.In 9 is, analogous to 6 , a first rotational position of the turbine blade 68 shown. Again, we initially have only a relatively short distance between a first and a second point of engagement 89a . 89b , which determines the stroke Δ ₁ X in this rotational position.

In 10 ist, analog zu 7, eine zweite Drehlage eingezeichnet, bei der ein dritter und ein vierter Eingriffspunkt 89c, 89d an den Rändern der Plattform 69b liegen und damit eine maximale Strecke bzw. einen maximalen Hub Δ₂X definieren.In 10 is, analogous to 7 , drawn a second rotational position, in which a third and a fourth engagement point 89c . 89d at the edges of the platform 69b lie and thus define a maximum distance or a maximum stroke Δ ₂ X.

Der Materialabtrag kann nun mit jeweils maximalem Hub fortgesetzt werden, der sich infolge der sich in Z-Richtung erweiternden Form der Plattform 69b noch geringfügig bis zu einem Wert Δ₃X vergrößert, bis die Grenze des Gesamtaufmaßes 88 erreicht ist, wie 11 zeigt.The material removal can now be continued with each maximum stroke, which is due to the widening in the Z direction shape of the platform 69b even slightly increased up to a value Δ ₃ X until the limit of the total allowance 88 is reached, how 11 shows.

12 zeigt, dass die beschriebene Vorgehensweise an konkaven Formelementen des Werkstücks 68'' an Grenzen stößt, wenn die Dynamik der Linearachsen nicht ausreicht, engen Krümmungen mit der gewünschten hohen Geschwindigkeit zu folgen. Man kann derartige sichelförmige Abschnitte 90 mit reduzierter Bahngeschwindigkeit und dementsprechned verminderter Abtragsleistung fertig bearbeiten. Diese Bewegung ist in 12 mit einem Pfeil 91 angedeutet. 12 shows that the procedure described on concave mold elements of the workpiece 68 '' reaches its limits if the dynamics of the linear axes are not sufficient to follow tight bends at the desired high speed. You can such sickle-shaped sections 90 finished with reduced web speed and dementsprechned reduced Abtragsleistung finish. This movement is in 12 with an arrow 91 indicated.

Alternativ kann an solchen konkaven Abschnitten eine höhere Bahngeschwindigkeit erreicht werden, wenn das Werkstück eine zusätzliche Schwenkbewegung ausführt, wie in 13 in einer zu 5 analogen Weise für das allgemeine Werkstück 79 skizziert. Aus einer Ausgangs-Drehlage wird das Werkstück 79 (durchgezogen gezeichnet) in Uhrzeigerrichtung um die fünfte Achse 64 (B-Achse) um einen Winkel ΔB verdreht und gleichzeitig entlang der vierten Achse 58 (X-Achse) um eine Strecke ΔX nach links verfahren, bis es eine Drehlage 79'' einnimmt (gestrichelt gezeichnet). Die Schleifscheibe 44 wird gleichzeitig entlang der ersten Achse 26 (Z-Achse) um eine Strecke ΔZ nach unten verfahren, bis sie die Stellung 44'' einnimmt. Durch diese überlagerten Bewegungen wandert der Eingriffspunkt 89 entlang der konkaven Oberfläche 86, 86'' nach 89''.Alternatively, at such concave portions, a higher line speed can be achieved when the workpiece performs an additional pivoting movement, as in FIG 13 in one too 5 analogous way for the general workpiece 79 outlined. From an initial rotational position, the workpiece 79 (drawn in solid lines) clockwise about the fifth axis 64 (B-axis) rotated by an angle .DELTA.B and simultaneously along the fourth axis 58 (X-axis) by a distance ΔX moved to the left, until there is a rotational position 79 '' occupies (dashed lines). The grinding wheel 44 becomes simultaneously along the first axis 26 (Z-axis) by a distance .DELTA.Z down to the position 44 '' occupies. Through these superimposed movements, the point of intervention wanders 89 along the concave surface 86 . 86 '' to 89 '' ,

Es ist aus 13 ersichtlich, dass sich der Kontaktpunkt zwischen der Schleifscheibe 44 und dem Werkstück 79 bei der Drehung des Werkstücks 79 um den Winkel ΔB von 89 nach 89'' bewegt, während gleichzeitig die schnelle vierte Achse 58 (X-Achse) die Strecke ΔX und die erste Achse 26 (Z-Achse) die erheblich kleinere Strecke ΔZ zurücklegen müssen.It is off 13 It can be seen that the point of contact between the grinding wheel 44 and the workpiece 79 during the rotation of the workpiece 79 by the angle ΔB of 89 to 89 '' moves while at the same time the fast fourth axis 58 (X-axis) the distance ΔX and the first axis 26 (Z-axis) have to travel the much smaller distance ΔZ.

Zur Optimierung der Bahngeschwindigkeit ist die Komponente „Drehung" auf die Werkstückkrümmung, den Schleifscheibendurchmesser und das Beschleunigungsvermögen der Linearachsen abzu stimmen. Dabei ist es für den Schleifprozess aus Sicht der Genauigkeit günstig, wenn sich der Eingriffspunkt 89, 89' relativ zu den Schleifscheibenkoordinaten nur geringfügig verlagert, wie in 13 als ΔU eingetragen.In order to optimize the web speed, the component "rotation" has to be adapted to the workpiece curvature, the grinding wheel diameter and the acceleration capacity of the linear axes, whereby it is favorable for the grinding process from the point of view of accuracy when the point of engagement 89 . 89 ' shifted only slightly relative to the grinding wheel coordinates, as in 13 entered as ΔU.

Erfindungsgemäß ist noch ein Programmiersystem zum Berechnen von Programmparametern für die Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen. Das Programmiersystem wählt die Programmparameter aus der Gruppe: Hublänge (ΔX), Hublage und Schwenkwinkel (ΔB) aus und optimiert diese im Rahmen der maschinenseitig verfügbaren Beschleunigungen und Geschwindigkeiten.According to the invention is still a programming system for calculating program parameters provided for the execution of the method described above. The programming system selects the program parameters from the group: stroke length (ΔX), stroke position and swivel angle (ΔB) and optimizes these within the limits of the accelerations and speeds available on the machine side.

Claims

Method for machining workpieces ( 68 ; 79 ) with a curved surface ( 80 . 86 ), in which the workpiece ( 68 ; 79 ) along a first axis ( 58 ; X) and at the same time about a second axis ( 64 ; B) is rotated with the first axis ( 58 ; X) includes a finite angle, and wherein a machining tool along a third axis ( 26 ; Z) which can be delivered with the first axis ( 58 ; X) and with the second axis ( 64 ; B) also includes a finite angle, characterized in that the workpiece ( 68 ; 79 ) along the first axis ( 58 ; X) is moved in a fast oscillating motion (ΔX).

A method according to claim 1, characterized in that the oscillating movement (ΔX) at a speed of more than 20 m / min, preferably more than 50 m / min and a reversal acceleration of more than 3 m / s ² , preferably more than 10 m / s ^{2 is} executed.

A method according to claim 2, characterized in that the oscillating movement (ΔX) is carried out at a frequency between 200 and 500 min ^-1 .

Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the first axis ( 58 ; X), the second axis ( 64 ; B) and the third axis ( 26 ; Z) each perpendicular to each other.

Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the second axis ( 64 ; B) (with the radius of curvature R _K) of the surface ( 80 ; 86 ) in an intervention point ( 81 ; 89 ) of the machining tool on the surface ( 80 ; 86 ) includes a right angle.

Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the oscillating movement (ΔX) with an adjustable variable stroke length (Δ ₁ X, Δ ₂ X, Δ ₃ X) is performed.

A method according to claim 6, characterized in that the stroke length (Δ ₁ X, Δ ₂ X, Δ ₃ X) substantially equal to the in the respective oscillating movement (ΔX) traversed by the machining tool path in the workpiece ( 68 ; 79 ).

Method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that when processing a concavely curved surface ( 86 ) a residual oversize ( 90 ) by means of path control of workpiece ( 68 ) and machining tool is removed at reduced web speed.

Method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the workpiece ( 68 ; 79 ) additionally oscillating about the second axis during machining ( 64 ; B) is pivoted.

Method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the oscillating movement (ΔX) of the workpiece ( 68 . 79 ) a path control between workpiece ( 68 . 79 ) and editing tool is overlaid.

Method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the machining tool further along a fourth axis ( 36 ; Y), which is preferably parallel to the second axis ( 64 ; B) runs.

Method according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the machining tool further comprises a fifth axis ( 50 ; A), which is preferably parallel to the first axis ( 58 ; X) runs.

A method according to claim 12, characterized in that by rotating the machining tool about the fifth axis ( 50 ; A) alternatively two different tools in engagement with the workpiece ( 68 ) to be brought.

Method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that surfaces with arbitrary curvature on the workpieces ( 68 ; 79 ) to be edited.

Method according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the workpieces ( 68 ; 79 ) are ground.

Method according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the workpieces turbine blades ( 68 ) are.

Method according to claim 16, characterized in that the surfaces ( 80 . 86 ) cylindrical surfaces on a platform of the turbine blade ( 68 ) are.

Machine tool for machining workpieces ( 68 ; 79 ) with a curved surface ( 80 . 86 ), one along a first axis ( 58 ; X) movable and at the same time about a second axis ( 64 ; B) rotatable tool holder ( 66 ), the second axis ( 64 ; B) with the first axis ( 58 ; X) includes a finite angle, and with a machining tool that is along a third axis ( 26 ; Z) which can be delivered with the first axis ( 58 ; X) and with the second axis ( 64 ; B) also includes a finite angle, characterized in that the tool holder ( 66 ) with a first carriage ( 30 ), which connects the workpiece ( 68 ; 79 ) along the first axis ( 58 ; X) moves in a fast oscillating motion (ΔX).

Machine tool according to claim 18, characterized in that the oscillating movement (ΔX) at a speed of more than 20 m / min, preferably more than 50 m / min and a reversal acceleration of more than 3 m / s ² , preferably more than 10 m / s ^{2 is} executed.

Machine tool according to claim 19, characterized in that it performs oscillating movement (ΔX) with a frequency between 200 and 500 min ^-1 .

Machine tool according to one or more of claims 18 to 20, characterized in that the first carriage ( 30 ) with a linear motor ( 72 ) is coupled.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 21, characterized in that the first carriage coupled to a crank drive is.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 22, characterized in that the first axis ( 58 ; X), the second axis ( 64 ; B) and the third axis ( 26 ; Z) each perpendicular to each other.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 23, characterized in that the second axis ( 64 ; B) (with the radius of curvature R _K) of the surface ( 80 ; 86 ) in an intervention point ( 81 ; 89 ) of the machining tool on the surface ( 80 ; 86 ) includes a right angle.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 24, characterized in that the stroke length (Δ ₁ X, Δ ₂ X, Δ ₃ X) of the oscillating movement (ΔX) is adjustable.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 25, characterized in that the tool holder ( 66 ) with a rotary drive ( 76 ), which is optionally operable continuously or oscillating.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 26, characterized in that the machining tool further along a fourth axis ( 36 ; Y), which is preferably parallel to the second axis ( 64 ; B) runs.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 27, characterized in that the machining tool further about a fifth axis ( 50 ; A), which is preferably parallel to the first axis ( 58 ; X) runs.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 28, characterized in that the first carriage ( 60 ) on a machine bed ( 14 ) along the first axis ( 58 ; X) runs, and that the machining tool on a second carriage ( 30 ) on a cross member ( 20 ) one of the machine bed ( 14 ) spanning the portal ( 18 ) along the third axis ( 26 ; Z) is running.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 29, characterized in that the machining tool at least one grinding wheel ( 44 . 48 ), with which the workpieces ( 68 ; 79 ) are ground.

Machine tool according to one or more of claims 18 to 30, characterized in that the workpieces turbine blades ( 68 ) are.

Machine tool according to claim 31, characterized in that the surfaces ( 80 . 86 ) substantially cylindrical surfaces on a platform of the turbine blade ( 68 ) are.

Programming system for calculating program parameters for the execution of the method according to one or more of claims 1 to 17th

Programming system according to Claim 33, characterized the program parameters are from the group: stroke length (ΔX), stroke position and tilt angle (ΔB) are selected.

Programming system according to claim 33 or 34, characterized characterized in that the program parameters in the context of the machine side available Accelerations and speeds are optimized.