Verfahren zum Schleifen von konkaven Flächen an Gussstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von konkaven Flächen an Gußstücken, insbesondere an Schaufeln (2) von Peltonturbinen, wobei die Flächen (4) nach Maßgabe der Differenz zwischen Ist-Aufmaßen und einer Soll-Aufmaßtabelle mit einem rotierenden Schleifwerkzeug (8) bearbeitet werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Um eine Bearbeitung konkaver Flächen von Gußstücken durch automatisiertes Schleifen zu erreichen, soll die Fläche mit einer von einem mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarm geführten Schleifscheibe (7) geschliffen werden, wobei die Schleifscheibe so geführt wird, daß zwischen der Rotationsebene der Schleifscheibe und dem zu bearbeitenden Flächenbereich ein Winkel (a) eingehalten wird, der mit abnehmendem Krümmungsradius des Flächenbereichs zunimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von konkaven Flächen an Gußstücken, insbesondere an Schaufeln von Peltonturbinen, wobei die Flächen nach Maßgabe der Differenz zwischen Ist-Aufmaßen und einer Soll-Aufmaßtabelle mit einem rotierenden Schleifwerkzeug bearbeitet werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Bei vielen Gußstücken müssen Flächen, insbesondere konkave Flächen, aufmaßgenau bearbeitet werden. Dazu gehören u.a. die Flächen an Schaufeln von Peltonturbinen und Francisturbinen, entsprechende Flächen an üblichen Propellerflügeln, Gehäusen, z.B. Turbinengehäusen und dergleichen. Eine spanabhebende Bearbeitung konkaver Flächen durch Fräsen ist nicht nur deshalb problematisch, weil das Fräswerkzeug häufig nicht an die zu bearbeitende Fläche herangeführt werden kann, sondern auch deshalb, weil die Führung des Fräswerkzeuges auf der Fläche Besthränkungen unterliegt und die bearbeitete Fläche Wellungen oder Unebenheiten aufweist, die anschließend durch Schleifen von Hand beseitigt werden müssen. Deshalb werden kompliziert geformte und schwer zu erreichende konkave Flächen in der Regel mit einem rotierenden, von Hand geführten Schleifwerkzeug bearbeitet. Das ist arbeitsaufwendig und für den Schleifer mit einer erheblichen Belästigung durch Schleifstaub und Lärm verbunden.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bearbeitung konkaver Flächen von Gußstücken durch automatisiertes Schleifen zu erreichen.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fläche mit einer von einem mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarm geführten Schleifscheibe geschliffen wird, wobei die Schleifscheibe so geführt wird, daß zwischen der Rotationsebene der Schleifscheibe und dem zu bearbeitenden Flächenbereich ein Winkel eingehalten wird, der mit abnehmendem Krümmungsradius des Flächenbereichs zunimmt. Mit Hilfe des mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarms läßt sich die Schleifscheibe auch an Flächenbereiche heranführen, die schwer zugänglich sind. Durch entsprechende Bewegungen der Schleifscheibe wird das Material der zu bearbeitenden Fläche bzw. des zu bearbeitenden Flächenbereichs bis auf das Soll-Aufmaß abgetragen. Dabei ist es allerdings wichtig, daß die Schleifscheibe bzw. ihre Rotationsebene in Abhängigkeit von der jeweiligen Krümmung des zu bearbeitenden konkaven Flächenbereichs unter einem Winkel zu diesem Flächenbereich gehalten wird. Erst dadurch ist eine gleichmäßige und wellungsfreie Endbearbeitung der Fläche bzw. des Flächenbereichs möglich.

[0005] Grundsätzlich kann die Bearbeitung mit einer geraden Schleifscheibe durchgeführt werden, deren Durchmesser sich allerdings im Laufe der Bearbeitung durch Abnutzung verkleinert. Das Maß der Abnutzung muß bestimmt und programmtechnisch verwertet werden. Einfacher ist es, wenn nach bevorzugter Ausführung der Erfindung mit einer Topfscheibe geschliffen wird, deren Durchmesser sich im Laufe der Bearbeitung nicht ändert. Zwar verkleinert sich die Höhe der Topfscheibe, diese Veränderung läßt sich aber meßtechnisch und programmtechnisch einfacher beherrschen.

[0006] Der Winkel , unter dem die Rotationsebene der Schleifscheibe, insbesondere Topfscheibe, und dem zu bearbeitenden Flächenbereich einnimmt, ist abhängig vom Durchmesser der Topfscheibe und vom Krümmungsradius des zu bearbeitenden Flächenbereichs. Bei einer Topfscheibe mit einem Durchmesser von 115 mm und bei einem Krümmungsradius k zwischen 150 und 400 mm soll der Winkel a = - 0.1 x k + 42,5 (Grad) betragen. Es versteht sich, daß kleinere Abweichungen nach oben oder unten von bis zu 2,5 Grad zugelassen sind.

[0007] Es ist zweckmäßig, wenn die Fläche bereichsweise bearbeitet wird, wobei zuerst die Bereiche mit dem großten Soll-Ist-Abweichungen geschliffen werden. Dabei kann die Schleifscheibe mehrfach über den zu bearbeitenden Bereich geführt werden.

[0008] Nach einem oder mehreren Bearbeitungsvorgängen sollten die Ist-Aufmaße des oder der bearbeiteten Bereiche aufgenommen werden. Bei Einsatz einer Topfscheibe ist es vorteilhaft, wenn die Ist-Aufmaße mit der Topfscheibe als Meßtaster aufgenommen werden, weil dann auch die Abnutzung der Topfscheibe in die Messung eingeht. Es versteht sich, daß auf anderer Weise zusätzliche Kontrollmessungen vorgenommen werden können.

[0009] Wenn die zu bearbeitenden Flächen der Gußstücke erhebliches Übermaß besitzen, können sie vor der Schleifbearbeitung CNS-gesteuert mit einer Fräszugabe vorgefräst werden, so daß der Arbeitsaufwand für die Schleifbearbeitung geringer wird.

[0010] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarm, an dessen freiem Ende eine rotierende Schleifscheibe angeordnet ist, deren Rotationsachse sich unter einem Winkel zur Längsachse des freien Endes erstreckt. Damit lassen sich insbesondere auch schwer zugängliche Flächen oder Flächenbereiche an Gußstücken erreichen.

[0011] Die Schleifscheibe kann eine gerade Schleifscheibe sein. Bevorzugt wird jedoch eine Topfscheibe. Die Rotationsachse der Schleifscheibe erstreckt sich vorzugsweise unter einem rechten Winkel zur Längsachse des freien Endes des Roboterarms.

[0012] Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1

teilweise einen Radialschnitt durch eine Peltonturbine,

Fig. 2

eine Draufsicht auf eine Schaufel der Peltonturbine,

Fig.

3 einen Schnitt durch die Schaufel nach Figur 2.

[0013] Die in Figur 1 nur teilweise wiedergegebene Peltonturbine 1 trägt an ihrem Außenumfang eine Reihe von Schaufeln 2, die in üblicher Weise tangential zu einem Teilkreis 3 ausgerichtet sind. Die Kontur der zu bearbeitenden konkaven Innenflächen 4 der Schaufeln 2 ist in Figur 2 durch Höhenlinien 5 angedeutet.

[0014] Eine Vorbearbeitung durch CNS-gesteuertes Fräsen mit Fräszugabe 6 kann vorgenommen werden.

[0015] Die endgültige Bearbeitung erfolgt durch Schleifen mit einer rotierenden Topfscheibe 7, die am freien Ende 8 eines mehrachsigen, prozessorgesteuerten Roboterarms 9 angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführung erstreckt sich die Rotationsachse der Topfscheibe 7 unter einem rechten Winkel zur Längsachse des freien Endes 8.

[0016] Die Topfscheibe 7 wird vom prozessorgesteuerten Roboterarm nach Maßgabe einer im Prozessor abgespeicherten Soll-Aufmaßtabelle so geführt, daß zwischen der Rotationsebene der Topfscheibe 7 und dem zu bearbeitenden Flächenbereich ein Winkel eingehalten wird, der mit abnehmendem Krümmungsradius des Flächenbereichs zunimmt. Bei einer Topfscheibe, die einen Durchmesser von 115 mm aufweist, und bei einem Krümmungsradius k des Flächenbereiches zwischen 150 und 400 mm soll der Winkel



betragen. Abweichungen nach oben oder unten von bis zu 2,5 Grad sind zulässig. Bei einem Krümmungsradius k = 150 mm beträgt dann der Winkel a = 27,5 Grad und bei einem Krümmungsradius k = 400 mm beträgt der Winkel a = 2,5 Grad. Infolge der Winkelstellung der Topfscheibe 7 ist eine wellungsfreie und aufmaßgetreue Bearbeitung der konkaven Innenflächen 4 der Schaufeln möglich.

[0017] Die gesamte Innenfläche 4 wird bereichsweise bearbeitet, wobei zuerst die Bereiche mit den größten Soll-Ist-Abweichungen geschliffen werden. Das setzt voraus, daß vor der Bearbeitung die Ist-Aufmaße aufgenommen werden. Dabei ist es zweckmäßig, die Ist-Aufmaße mit der Topfscheibe 7 als Meßtaster aufzunehmen. Auch nach einem oder mehreren Bearbeitungsgängen, z.B. nach der Bearbeitung eines oder mehrerer Flächenbereiche, sollten die Ist-Aufmaße des oder der bearbeiteten Bereiche aufgenommen werden. Auch dann sollte die Topfscheibe 7 als Meßtaster eingesetzt werden, weil dann auch die Abnutzung der Topfscheibe in das Meßergebnis eingeht und vom Prozessor direkt verarbeitet werden kann.

Bezugszeichenliste

[0018] 

1

Peltonturbine

2

Schaufeln

3

Teilkreis

4

Innenflächen

5

Höhenlinien

6

Fräszugabe

7

Topfscheibe

8

Ende

9

Roboterarm

Ansprüche

1. Verfahren zum Schleifen von konkaven Flächen an Gußstücken, insbesondere an Schaufeln von Peltonturbinen, wobei die Flächen nach Maßgabe der Differenz zwischen Ist-Aufmaßen und einer Soll-Aufmaßtabelle mit einem rotierenden Schleifwerkzeug bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) mit einer von einem mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarm (9) geführten Schleifscheibe (7) geschliffen wird, wobei die Schleifscheibe (7) so geführt wird, daß zwischen der Rotationsebene der Schleifscheibe (7) und dem zu bearbeitenden Flächenbereich (4) ein Winkel (a) eingehalten wird, der mit abnehmendem Krümmungsradius (k) des Flächenbereichs zunimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer geraden Schleifscheibe geschliffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Topfscheibe (7) geschliffen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Topfscheibe (7) mit einem Durchmesser von 115 mm und bei einem Krümmungsradius (k) zwischen 150 und 400 mm der Winkel a = - 0.1 x k + 42,5 (Grad) beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, d a - durch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) bereichsweise bearbeitet wird, wobei zuerst die Bereiche mit den größten Soll-Ist-Abweichungen geschliffen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a - durch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (7) mehrfach über den zu bearbeitenden Bereich geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a - durch gekennzeichnet, daß nach einem oder mehreren Bearbeitungsgängen die Ist-Aufmaße des oder der bearbeiteten Bereiche aufgenommen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, d a - durch gekennzeichnet, daß die Ist-Aufmaße mit der Topfscheibe (7) als Meßtaster aufgenommen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, d a - durch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) vor dem Schleifen CNC-gesteuert mit einer Fräszugabe vorgefräst wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9, gekennzeichnet durch eine mehrachsig prozessorgesteuerten Roboterarm (9), an dessen freiem Ende (8) eine rotierende Schleifscheibe (7) angeordnet ist, deren Rotationsachse sich unter einem Winkel zur Längsachse des freien Endes (8) erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine gerade Schleifscheibe.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Topfscheibe (7).

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Schleifscheibe (7) sich unter einem rechten Winkel zur Längsachse des freien Endes (8) des Roboterarms (9) erstreckt.

Zeichnung