The invention relates to a machining device in particular a milling machine for carrying out the given method, comprising a milling spindle (6) which may be displaced in three dimensions and by means of which the workpiece can be machined in a machining region. The
machining device, more particularly a milling machine, comprises at least one mounting carriage (11, 12), with which the workpiece can be mounted in clamping adapters (14) for the first machining step. The machining device, more particularly, milling machine furthermore comprises at least one yoke (21) with which the partly-machined workpiece can be fixed for the second machining step by means of a special clamping adapter (22) in the first completely machined region (26-28) of the workpiece. Description
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TITEL
Verfahren und Vorrichtung zur Rundum-Bearbeitung eines Rohlings in einer
Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Rundum-Bearbeitung von Rohlingen oder vorbearbeiteten Werkstücken mit einer Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise einer Fräsmaschine zu in ihrer dreidimensionalen Form abschliessend bearbeiteten Bauteilen sowie eine Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise eine Fräsmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
STAND DER TECHNIK Im Bereich der Herstellung von Turbinenschaufeln wird üblicherweise mit einer Mehrspindelbearbeitung gearbeitet. Dies bedeutet, dass ein Rohling zunächst einer groben Vorbearbeitung unterzogen wird, anschliessend der Blattbereich im Detail ausgearbeitet wird, dann der Kopf und zuletzt der Fuss gefertigt wird. Zwischen diesen einzelnen Bearbeitungsschritten muss das Werkstück jeweils von Hand oder durch einen Roboter umgespannt werden, dies weil sowohl häufig die Fräsmaschinen nur in der Lage
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sind, einzelne Bearbeitungsschritte durchzuführen, und insbesondere weil jede Fassung respektive Halterung des Werkstückes immer nur die Bearbeitung eines bestimmten Bereichs erlaubt.
Diese Art der Fertigung wird üblicherweise als sogenannte "Kistenfertigung"bezeichnet, da üblicherweise jeweils eine Maschine für einen bestimmten Bearbeitungsschritt verantwortlich zeichnet, und weil nach jedem Bearbeitungsschritt das Werkstück in einer Kiste zwischengelagert wird.
Problematisch an einer derartigen Fertigung ist unter anderem die Tatsache, dass die Geschwindigkeit einer solchen Fertigungsstrasse stets von der Geschwindigkeit des langsamsten Bearbeitungsschrittes bestimmt wird. Ausserdem erfordert die Vielzahl von Transferprozessen von Werkstücken zwischen den einzelnen Einheiten wie Fräsmaschinen, Messstation, Waschstationen etc. aufwändige Einrichtungen und führt zu erheblichen Zeitverlusten im Herstellungsprozess.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Rundum-Bearbeitung eines Rohlings mit einer einzigen Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise einer Fräsmaschine zur Verfügung zu stellen, welches die Fertigung des einsatzfertigen Bauteils in möglichst wenigen Bearbeitungsschritten und Aufspannungen ermöglicht. Die Bearbeitungsmaschine ist dabei in der Lage, unterschiedliche Operationen wie Fräsen, Bohren, Drehen und/oder Erodieren etc. durchzuführen. Der Begriff einer Fräsmaschine ist in diesem Zusammenhang somit weit auszulegen, d. h. bezieht sich auf Bearbeitungsmaschinen, welche nicht nur zu fräsen in der Lage sind, sondern ggf. auch drehen, bohren, erodieren, schleifen, härten etc. können.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe, indem der Rohling in einem ersten Bearbeitungsschritt von wenigstens einem Spannadapter gehalten wird und von der Bearbeitungsmaschine/Fräsmaschine ein erster Bereich in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Teilform gebracht wird, und anschliessend in einem zweiten Bearbeitungsschritt der teilbearbeitete Rohling von wenigstens einem Sonderspannadapter im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich gehalten wird und der übrige Bereich von derselben Bearbeitungsmaschine/Fräsmaschine in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Gesamtform gebracht wird.
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Gegenstand der Erfindung ist folglich ein Verfahren gemäss dem Hauptanspruch sowie eine Bearbeitungsmaschine/Fräsmaschine gemäss Anspruch 11 sowie eine Verwendung dieser Bearbeitungsmaschine/Fräsmaschine gemäss Anspruch 20.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den Rohling im ersten Schritt derart zur Bearbeitung zu Haltern, respektive im Bearbeitungsraum der Bearbeitungsmaschine resp.
Fräsmaschine mit Hilfe eines Adapters derart zu befestigen, dass jener Bereich des Werkstückes, welcher nicht infolge der Befestigung durch den Adapter verdeckt, respektive der Bearbeitung durch die Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine unzugänglich ist, im ersten Bearbeitungsschritt bereits in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende, dreidimensionale Form bearbeitet wird. Dies ermöglicht in der Folge, dass das Werkstück mit Hilfe eines weiteren Sonderspannadapters, welcher das Werkstück an bestimmten, bereits endgültig bearbeiteten Zonen greift, und welcher auf der gleichen Grundeinheit der Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine beweglich gelagert ist, zur Weiterbearbeitung befestigt werden kann.
Die Befestigung muss dabei selbstverständlich derart geschehen, dass der gesamte noch unbearbeitete Bereich des teilbearbeiteten Rohlings der endgültigen Weiterbearbeitung durch die gleiche Bearbeitungsmaschine resp.
Fräsmaschine uneingeschränkt zugänglich ist. So ist es dann möglich, dass im zweiten Bearbeitungsschritt auf der gleichen Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine ohne ein weiteres Umspannen der teilbearbeitete Rohling endgültig in seine gesamte dreidimensionale Form gebracht werden kann.
Dies ist durchaus überraschend, denn die einzelnen Bearbeitungsschritte umfassen Fräsoperationen wie unter anderem auch Schruppen und Schlichten, welche erhebliche Kräfte auf das Werkstück ausüben und welche den Fachmann bisher immer davon abgehalten haben, das Werkstück in nur zwei Aufspannungen auf einer einzigen Maschine in seine endgültige Form zu bringen. Üblicherweise wurde immer davon ausgegangen, dass die bei der Bearbeitung entstehenden Kräfte entweder zu einer Schädigung des Werkstückes oder zu einer ungenügenden Qualität des endgültigen Werkstücks führen (z. B. infolge von Vibrationen, Momenten etc. ).
Es zeigt sich nun aber, dass es möglich ist, in einem ersten Bearbeitungsschritt bereits Funktionsflächen in ihre endgültige Form zu bringen, und nun eben diese Funktionsflächen sofort zur Halterung für den zweiten Bearbeitungsschritt zu verwenden, und den zweiten Bearbeitungsschritt mit derselben Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine durchzuführen.
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Die Einsparung von Aufspannungen und die Verwendung nur einer Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine führt zu einer erheblichen Vereinfachung des Herstellungsprozesses, zur Einsparung von Kosten (weniger Standzeiten, weniger Mittel zum Transfer von Bauteilen, weniger Fräsmaschinen etc. ) und erlaubt trotzdem die Herstellung von endgültigen Formen, welche höchsten Qualitätsansprüchen gerecht wird.
Die direkte Übergabe vom Adapter für den ersten Bearbeitungsschritt zum Sonderspannadapter für den zweiten Bearbeitungsschritt ohne Verwendung eines Roboters erlaubt in ganz besonders einfacher, definierter Weise die Übergabe von einer Aufspannung in die nächste, was zu einer Reduktion der notwendigen Justierungen führt.
Definierte Weise heisst in diesem Zusammenhang, dass die Mittel zur Entnahme des teilbearbeiteten Werkstückes, d. h. die Sonderspannadapter, dieses an-einer wohldefinierten Stelle greifen, sodass das teilbearbeitete Werkstück anschliessend in ebenso wohldefinierter Position im zweiten Bearbeitungsschritt fertig bearbeitet werden kann. Die effektive Ausgestaltung des Sonderspannadapters (Abstand und Art der Fassungspunkte) hängt somit in der Regel von der Kontur des teilbearbeiteten Bereiches des Werkstückes ab.
Bei der bestimmungsgemässen Gesamtform, welche mit dem vorgeschlagenen Verfahren erzielt werden kann, handelt es sich um ein beliebiges Bauteil, welches aus einem Rohling durch die genannten Operationen erhalten werden kann. Besonders geeignet ist das Verfahren für die Herstellung von Bauteilen, wie sie in einer Turbine (Dampfturbine oder Gasturbine) Verwendung finden. So handelt es sich bevorzugt beim Bauteil um eine Lauf-oder Leitschaufel einer Turbine.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Rohling um einen Rohling aus Metall oder einem Keramikwerkstoff in Form eines rechteckigen oder zylindrischen oder polyeder-förmigen, insbesondere bevorzugt quaderförmigen Blockes oder um einen Guss-oder Schmiederohling. Ebenfalls möglich ist es, den Rohling in einer bereits vorbearbeiteten Form dem erfindungsgemässen Verfahren zuzuführen. Überraschenderweise gelingt das erfindungsgemässe Verfahren auch bei derart schwierig zu bearbeitenden Werkstoffen, und dies ohne Einbusse der Qualität der endgültigen Formteile.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Teilform um eine Form unter Belassung von unbearbeiteten Überständen am Kopf- und am Fussteil, wobei insbesondere bevorzugt bereits beim ersten Bearbeitungsschritt Einschnitte zwischen den Überständen und der Teilform vorgesehen werden. Als geeignet
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erweist sich das vorgeschlagene Verfahren z. B. zur Herstellung von Leit-oder Laufschaufeln oder Turbinenschaufeln, wobei es sich bei der Teilform in diesem Fall um den Kopf der Schaufel, den Blattbereich der Schaufel und den Fuss der Schaufel handelt, und wobei am Kopf und am Fuss nach dem ersten Bearbeitungsschritt vom Spannadapter gefasste Überstände stehenbleiben, welche anschliessend im zweiten Bearbeitungsschritt entfernt werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Werkstück in beiden Bearbeitungsschritten von einer einzigen, in drei Raumrichtungen (X, Y, Z) verschiebbaren, und eine drehbare Spindel zur Halterung eines Bearbeitungswerkzeugs tragenden Frässpindel bearbeitet.
Insbesondere bei grossen Rohlingen erweist es sich als vorteilhaft, nicht nur einen Spannadapter vorzusehen, sondern zwei, zwischen welchen das Werkstück eingespannt wird. Entsprechend wird gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Werkstück im ersten Bearbeitungsschritt in zwei den Rohling kopf-und fussseitig greifenden Spannadaptern gehalten, und es wird der erste Bereich im freiliegenden Bereich zwischen den beiden Spannadaptern ausgearbeitet, wobei bevorzugt die Spannadapter von zwei Halterungsschlitten derart geführt werden, dass das Werkstück in Bezug auf eine das Werkstück bearbeitende Frässpindel entlang einer ersten Achse verschoben und um diese erste Achse gedreht werden kann.
Die Drehbarkeit des Werkstückes um die erste Achse weist den Vorteil auf, dass das Werkstück von der Frässpindel auch einer Drehbearbeitung unterzogen werden kann. Die Verschiebbarkeit entlang dieser ersten Achse führt dazu, dass bei gleichzeitiger gegenläufiger Verschiebung von Frässpindel und Halterungsschlitten hohe Relativgeschwindigkeiten von Bearbeitungswerkzeug und Werkstück möglich sind, ohne dass das Werkstück oder das Bearbeitungswerkzeug allein mit entsprechend höherer Geschwindigkeit verschoben werden muss.
In Bezug auf die Drehbarkeit um diese erste Achse kann diese insbesondere bevorzugt für die beiden Spannadapter unabhängig voneinander ausgestaltet sein. Dies bedeutet, dass die beiden Spannadapter auf den Halterungsschlitten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten sowie gegenläufig oder gleichläufig angesteuert werden können. Der Vorteil einer derartigen unabhängigen Drehbarkeit der beiden Spannadapter, welche sich grundsätzlich, und unabhängig vom vorliegenden Verfahren als unerwartet praktisch erweist, liegt darin begründet, dass das Werkstück, nachdem es von beiden Seiten mit den Spannadaptern gefasst wurde, durch eine leichte gegenläufige Drehung der beiden
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Spannadapter verspannt werden kann, was zu einer besseren Halterung des Werkstückes in den Spannadaptern führt.
Dieser Verspannungszustand kann elektronisch registriert werden und während des gesamten weiteren ersten Bearbeitungsschrittes beibehalten werden, oder aber auch gegebenenfalls nachkorrigiert respektive erhöht werden. Die entsprechend anliegende Torsion auf dem Werkstück kann im Programm zur elektronischen Steuerung der Frässpindel berücksichtigt und korrigiert werden.
Um auch den zweiten Bearbeitungsschritt in derselben Bearbeitungsmaschine resp.
Fräsmaschine unter Verwendung derselben Frässpindel einfach zu ermöglichen, kann gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens nach dem ersten Bearbeitungsschritt mit der Frässpindel der teilbearbeitete Rohling von wenigstens einem Sonderspannadapter automatisch im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich gegriffen werden, das heisst es ist kein Roboter zum Umspannen notwendig. Der wenigstens eine Spannadapter wird anschliessend gelöst und aus dem Arbeitsbereich der Frässpindel gefahren, um beim zweiten Bearbeitungsschritt nicht zu stören.
Der teilbearbeitete Rohling wird dann unter Halterung im Sonderspannadapter von der gleichen Frässpindel in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Gesamtform gebracht, d. h. die Überstände, welche zur Halterung in den Adaptern während des ersten Bearbeitungsschrittes gedient hatten, werden nun im zweiten Bearbeitungsschritt entfernt und z. B. im Fall einer Turbinenschaufel Kopf-und Fusspartie in die endgültige Form gebracht. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, den wenigstens einen Sonderspannadapter auf wenigstens einer, um eine zweite Achse drehbaren Wippe zu befestigen, welche Wippe ihrerseits auf einer Wippenschlitteneinheit angeordnet ist, welche entlang einer dritten Achse verschiebbar, und um diese dritte Achse drehbar gelagert ist, wobei gegebenenfalls ausserdem die Wippe senkrecht zu dieser dritten Achse verschiebbar ist.
Eine derart ausgestaltete Wippe erlaubt auf der einen Seite das direkte automatisierte umspannen vom Adapter für den ersten Bearbeitungsschritt auf den Sonderspannadapter für den zweiten Bearbeitungsschritt, auf der anderen Seite ermöglicht sie durch ihre Beweglichkeit die Durchführung des zweiten Bearbeitungsschrittes durch dieselbe Frässpindel, da die Wippe in der Lage ist, dass teilbearbeitete Werkstück im Bearbeitungsbereich der Frässpindel beweglich zu haltern.
Der üblicherweise vorhandene Zwischenschritt, das Werkstück mit Hilfe eines Roboters von einer Halterung in eine zweite zu transferieren entfällt dadurch vollständig. Wie schon bei der Halterung in den Adaptern während des ersten Bearbeitungsschrittes kann auch hier vorteilhafter Weise die Drehbarkeit der Wippe um die zweite Achse bei Verwendung von zwei Wippen unabhängig voneinander einstellbar sein, sodass auch für den zweiten
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Bearbeitungsschritt das Werkstück durch eine leichte gegenläufige Drehung der zwei Wippen gegeneinander verspannt und gut fixiert werden kann.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die endgültige Gesamtform nach dem ersten und oder dem zweiten Bearbeitungsschritt gereinigt und/oder vermessen und/oder nach dem zweiten Schritt verpackt werden. Die entsprechenden Mittel zur Durchführung dieser Schritte, welche übrigens auch die Anbringung eines Material-respektive Bauteil-Materialcode umfassen können, können entweder auf der gleichen Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine durchgeführt werden, sie können aber auch in einem nachgeschalteten Schritt auf anderen Einheiten realisiert werden. Ebenfalls ist es möglich, vor der Bearbeitung den Rohling durch eine Materialcodelesestation zu schleusen, welche entweder separat oder als Teil der Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine ausgestaltet werden kann.
Diese Materialcodelesestation dient der Zuweisung eines bestimmten NC-Programms zur Steuerung des Bearbeitungsprozesses.
Das vorliegende Verfahren erweist sich als besonders geeignet für die Herstellung von Leit-oder Laufschaufeln oder von Turbinenschaufeln mit oder ohne Deckband.
Insbesondere bei der Herstellung von grossen derartigen Komponenten mit einer Oberfläche im Bereich von N4 bis N5 bei Toleranzen von +-0,002 mm, einer Länge von im Bereich von 120 bis 2400 mm bei einem rotierenden Durchmesser von 50 bis 400 mm und einem Gewicht von 10 bis 400 kg kann das vorliegende Verfahren in einer einzigen Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine angewendet werden ohne dass dabei Probleme der Stabilität (trotz grosser Hebel) oder der Zugänglichkeit durch den Bearbeitungskopf auftreten.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung ausserdem eine Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wird. Diese Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine in drei Raumrichtungen verschiebbare Frässpindel aufweist, mit welcher das Werkstück in einem Bearbeitungsbereich bearbeitet werden kann, dass die Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine wenigstens einen Halterungsschlitten aufweist, mit welchem das Werkstück für den ersten Bearbeitungsschritt in Spannadaptern gehaltert werden kann, und dass weiterhin die Bearbeitungsmaschine resp.
Fräsmaschine wenigstens eine Wippe aufweist, mit welcher
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das teilbearbeitete Werkstück mit wenigstens einem Sonderspannadapter im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich des Werkstücks für den zweiten Bearbeitungsschritt gehaltert werden kann. Vorteilhafter Weise ist dabei die Frässpindel auf der einen Seite der Halterungsschlitten angeordnet, während die Wippe auf der anderen Seite der Halterungsschlitten angeordnet ist. So kann der wenigstens eine Halterungsschlitten bei der Bearbeitung unter Halterung in der Wippe im zweiten Bearbeitungsschritt einfach aus dem Bearbeitungsbereich der Frässpindel gefahren werden.
Typischerweise verfügt dabei die Frässpindel über eine auf hinteren, auf dem Grundgestell angeordnete Führungsbahnen in X-Richtung verschiebbare Grundschlitteneinheit, über eine auf dieser Grundschlitteneinheit in Y-Richtung verschiebbare Y-Schlitteneinheit, und über eine auf der Y-Schlitteneinheit in Z-Richtung verschiebbare Z-Schlitteneinheit sowie über eine in der Z-Schlitteneinheit um eine Rundachse drehbare, das Bearbeitungswerkzeug tragende UNI-Spindel.
Für die Bearbeitung insbesondere von Schaufeln der oben angegebenen Grösse sollte dabei die Frässpindel entlang der X-Richtung um +/-1000 bis 1200 mm, sowie entlang der Y- Richtung um +/-300 bis 350 mm und entlang der Z-Richtung um + 900 bis 1000 und-90 bis 110 mm verschoben werden können, dies bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, wobei insbesondere bevorzugt die UNI-Spindel um +/-90 bis 100 Grad um die Rundachse drehbar ist.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine sind zwei Halterungsschlitten angeordnet, welche das Werkstück im ersten Bearbeitungsschritt in zwei den Rohling kopf-und fussseitig greifenden Spannadaptern halten. Dabei werden bevorzugt die Spannadapter von den zwei Halterungsschlitten derart geführt, dass das Werkstück in Bezug auf die das Werkstück bearbeitende Frässpindel entlang einer ersten Achse verschoben und um diese erste Achse gedreht werden kann, und dabei insbesondere bevorzugt die Drehung um die erste Achse der beiden Spannadapter unabhängig voneinander, synchron oder asynchron, mit ungleicher oder gleicher Rotationsgeschwindigkeit, geschehen kann.
Besonders einfach und praktisch, d. h. kompakt und mit grosser relativer Beweglichkeit, wird bevorzugt die Verschiebungsachse der Halterungsschlitten parallel zur X-Richtung der Frässpindel angeordnet. Um wiederum in der Lage zu sein, insbesondere grosse Schaufeln wie sie oben genannt werden, bearbeiten zu können, sollten die Halterungsschlitten entlang der ersten Achse um jeweils + respektive-130 bis 170 mm (bezogen auf den linken respektive rechten Halterungsschlitten) und um jeweils- respektive + 1100 bis 1600 mm (bezogen auf den linken respektive rechten
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Halterungsschlitten) auf der Grundeinheit verschoben werden können, und die Rotation um die erste Achse endlos ausgebildet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Bearbeitungsmaschine resp.
Fräsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Sonderspannadapter derart ausgebildet ist, dass er das in den Spannadaptern gehaltene, teilbearbeitete Werkstück automatisch greifen kann, und dass der wenigstens eine Halterungsschlitten aus dem Bearbeitungsbereich der Frässpindel verschoben werden kann, wobei bevorzugt der wenigstens eine Sonderspannadapter auf wenigstens einer, um eine zweite Achse drehbaren Wippe befestigt ist, welche Wippe ihrerseits auf einer Wippenschlitteneinheit angeordnet ist, welche entlang einer dritten Achse verschiebbar, und um diese dritte Achse drehbar gelagert ist, wobei ausserdem die Wippe senkrecht zu dieser dritten Achse verschiebbar ist.
Wie bereits oben erwähnt, ist die Drehbarkeit um die zweite Achse bei Anwesenheit von zwei Wippen vorteilhafter Weise unabhängig ausgestaltet, sodass das Werkstück auch für den zweiten Bearbeitungsschritt durch leichte Gegendrehung verspannt werden kann. In Bezug auf die Anordnung der Achse relativ zueinander sei erwähnt, dass die zweite Achse der Wippe vorteilhafter Weise parallel zur X-Richtung der Frässpindel angeordnet ist, und/oder dass die dritte Achse parallel zur X-Richtung der Frässpindel angeordnet ist.
Um beispielsweise grosse Schaufeln, wie sie oben erwähnt werden, bearbeiten zu können, sollte die Wippe um die zweite Achse um +/-50 bis 60 Grad drehbar sein, die Wippenschlitteneinheiten entlang der dritten Achse um + respektive-1200 bis 1800 mm und um-respektive + 80 bis 120 mm (bezogen auf die linke respektive rechte Wippenschlitteneinheit) verschiebbar und um diese Achse um + 50 bis 60 Grad drehbar sein, und die Wippe senkrecht zur dritten Achse um-50 bis 60 mm respektive + 140 bis 150 mm verschiebbar sein.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässe Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft ausserdem eine Verwendung einer Vorrichtung respektive eines Verfahrens, wie es oben beschrieben ist, zur Herstellung einer Leit-oder Laufschaufel oder Turbinenschaufel, insbesondere einer Turbinenschaufel mit oder ohne Deckband mit einer Oberfläche im Bereich von N4 bis N5 bei Toleranzen von +-0,002 mm, einer Länge von im Bereich von 120 bis 2400 mm bei einem rotierenden Durchmesser von 50 bis 400 mm und einem Gewicht von 10 bis 400 kg.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 eine Fräsmaschine mit 21 Achsen in perspektivischer Ansicht ; Fig. 2 eine weitere Ansicht der Fräsmaschine gemäss Fig. 1 mit detaillierter Sichtbarkeit der Wippen ; Fig. 3 Detailansicht der Fräsmaschine gemäss Fig. 1 des Bearbeitungsbereichs bei in
Halterungsschlitten eingespanntem Werkstück (Turbinenschaufel mit besonderem
Adapter für Guss-oder Schmiedeschaufeln) ; Fig. 4 Ansicht der Fräsmaschine gemäss Fig. 1 bei Stellung im Maschinennullpunkt ; Fig. 5 Ansicht eines eingespannten Rohlings ;
Fig. 6 seitliche Ansicht einer teilweise fertiggestellten Schaufel eingespannt in den
Spannadapter ; und Fig. 7 seitliche Ansicht einer teilweise fertiggestellten Schaufel eingespannt auf der NC-
Wippe.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Fig. 1 und 2 zeigen eine Schaufelfräsmaschine in perspektivischer Ansicht. Die Fräsmaschine weist ein Grundgestell 1 auf, auf welchem die einzelnen Elemente gelagert sind. Auf dem Grundgestell 1 sind auf der hinteren Seite die beiden Führungsbahnen 2 für die Grundschlitteneinheit 3 der UNI-Frässpindel 7 unter einem definierten Winkel angebracht. Im mittleren Bereich sind die beiden Führungsbahnen 9 für die A- Achsenschlitten 11 und 12 angebracht. Die Führungsbahnen 10 für die beiden Wippen 21 sind vorne angebracht. Zwischen den Führungsbahnen 2 und 9 ist der Spänekanal 13 integriert.
Um keine Schwächung des Gestells zu erhalten, wurde dieser Querverrippt. Auf der Grundschlitteneinheit 3 der UNI-Frässpindel 7, die den X-Hub (X) der Spindel durchführt, ist die Y-Schlitteneinheit 4 der UNI-Frässpindel 7 montiert, mit der der Y-Hub (Y) der Spindel gefahren wird. Der Z-Ram 5 ist um 90 Grad zum Y-Hub auf dem Y- Schlitten 4 montiert. Mit ihm fährt die Spindel den Z-Hub (Z). Die UNI-Spindel 7 selbst ist in einer Rundachse 8 montiert, mit der sie um +/-110 Grad geschwenkt werden kann.
Für reine Dreharbeit ist in der Flanschpartie der Schnelilaufspindel ein festes Werkzeugaufnahmesystem wie z. B. eine HSK-Schnittstelle angebracht. Mit den beiden Schaufel-Rotationsachsen 16 und 17 der beiden Halterungsschlitten 11 und 12 um die
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Achsen A respektive C, können die geklemmten Schaufeln sowohl im Drehbetrieb als auch im NC-Betrieb gefahren werden. Sie bilden die beiden Schaufeldrehachsen A und C.
Zur Aufnahme von Spannadaptern sind diese Drehachsen mit einer Standard-HSK Schnittstelle ausgelegt. Die beiden Schaufel-Rotationsachsen 16 und 17 sind auf den beiden Rotationslinearschlitten 11 und 12 montiert, durch die sie die Linearbewegungen U und V durchführen können.
Die beiden NC-Linear-Achsen U und V können, wenn benötigt, als GANTRY-Achsen betrieben werden. Für höhere Vorschubgeschwindigkeiten wird die X-Linear-Achse der Frässpindel 6 entgegen den beiden NC-Linear-Achsen U und V betrieben, um sowohl die Beschleunigungsrampen zu halbieren, als auch die Fräsmaximalgeschwindigkeit verdoppeln zu können.
Die UNI-Motorspindel selbst ist in einer Rundachse 8 integriert und durch Schnellspannsysteme fixiert. Die Energie-und Signalübertragung von der Maschine zur UNI-Motorspindel 7 erfolgt über eine sogenannte Steckschnittstelle.
Auf der Stirnseite sind die beiden Wippenschlitteneinheiten 18 und 19 montiert, die die beiden Linearbewegungen X'und U'durchführen. Auf ihnen sind die beiden Stösselkippachsen B'und V'montiert, die die Stössel und somit die Wippe 21 mit ihren Sonderspannadaptern 22 in die gewünschte Lage kippen können. Die beiden Stössel machen die Linearbewegungen Z'und W', um die richtigen Ausfahrpunkte zu erreichen.
Auf den Stösseln sind die beiden NC-Wippen 21 montiert, die die Dreh-bzw.
Einstellbewegungen A'und C'machen.
Auf ihnen sind die beiden Sonderspannadapter 22 zur Aufnahme der teilweise fertig gefrästen Schaufeln in den fertigen Bereichen montiert, die hydraulisch klemmen (vgl. dazu insbesondere Fig. 7).
Zum Wechseln der Sonderspannadapter 22 können diese jeweils nach rechts und links ans Grundgestellende in einen geschützten Bereich gefahren werden. Hier kann Hauptzeitparallel getauscht werden.
Fig. 3 zeigt einen detaillierten Ausschnitt aus dem Bearbeitungsbereich der Fräsmaschine während der Durchführung des ersten Bearbeitungsschrittes. Dabei ist erkennbar, wie der Rohling von den zwei Adaptern 14 an beiden Enden mit einem Formspannadapter gegriffen wird, und möglichst der gesamte zwischen den beiden Haltepunkten angeordnete Bereich über das Bearbeitungswerkzeug 25 bearbeitet wird.
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Fig. 4 zeigt die Stellung der Maschine bei Maschinennullpunkt, bzgl. welchem folgende Auslenkungen der einzelnen Schlitten und Einheiten vorgesehen sind. Dies für zwei verschiedene Typen der Maschine, einer kleinen Variante (HSTM800) und einer grossen Variante (HSTM2000).
Die Werte für die Hauptachsen betragen dabei wie folgt : Achse HSTM800 HSTM2000 X +/-1050mm +/-1200mm Y +/-310 mm +/-310 mm Z + 910 mm + 910 mm - 100 mm - 100 mm U +150mm +150mm -1100 mm-1550 mm V-150mm-150mm + 1100 mm + 1550 mm A/C endlos endlos B +/-95 Grad +/-95 Grad Die Werte für die vorgeschaltete Vorrichtung mit den Wippen 21 betragen wie folgt :
Linke Wippe Achse HSTM800 HSTM2000 X'+ 1260 mm + 1700 mm - 100 mm - 100 mm Z'-55 mm-55 mm +145mm +145mm B'0 0 + 50 Grad + 50 Grad A' +/-55 Grad +/-55 Grad Rechte Wippe
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Achse HSTM800 HSTM2000 U'-1260 mm-1700 mm +100mm +100mm W'-55 mm-55 mm +145mm +145mm V'0 0 + 50 Grad + 50 Grad C'+/-55 Grad +/-55 Grad Für die oben angegebenen Verschiebungsdimensionen weist eine derartige Fräsmaschine eine Grösse von 6x9x4,5 m auf.
Anschliessend soll nun das Verfahren zur Rundum-Bearbeitung eines Rohlings unter Verwendung einer Maschine, wie sie gerade beschrieben wurde, gezeigt werden. Dabei handelt es sich beispielhaft bei der zu erzielenden Gesamtform um eine Turbinenschaufel. Die Figuren 5 bis 7 zeigen dabei einzelne Abschnitte des Herstellungsverfahrens.
Als Rohmaterial finden dabei folgende Formen und Materialien Anwendung : Bars (Rechteckform, rund oder anderer beliebiger Querschnitt), Schmiede-oder Gussrohlinge, mit Materialquote versehen zur Qualitätssicherung (Zahlen, Buchstabenquote gelasert, geschlagen oder gespindelt).
Die zu erzielende Gesamtform weist dabei folgende Qualitäten auf : Schaufelqualitäten : Oberfläche N4-N5
Toleranzen 0,002 mm Abmasse : Länge > 120 mm < 2400 mm
Rotierender Durchmesser > 50 mm < 800 mm
Gewicht : > 10kg
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< 400 kg Beladen und Entladen der HSTM-Maschine : Hierzu wird ein Rohling 1 beliebiger Form, per Hand und/oder mittels eines Handlingsystems, in die Schaufelfräsmaschine, die auch in einer flexiblen Zelle stehen kann, gebracht und nach der Bearbeitung durch die gleichen Transportsysteme wieder herausgeholt.
Das Verfahren soll dabei mit Hilfe von zwei verschiedenen Rohlingen demonstriert werden, auf der einen Seite bei Verwendung eines Rohlings 1 in Form eines Rohmaterialbar (Punkt 1 der unten angegebenen Folge von Verfahrensschritten) und auf der anderen Seite bei Verwendung eines Rohlings 1 in Form einer Guss--oder Schmiedeschaufel (Punkt 2 der unten angegebenen Folge von Verfahrensschritten). Bei Verwendung eines Rohmaterialbar wird diese direkt mit einem Roboter eingespannt, wohingegen bei komplexen Teilen wie z. B. Guss-und Schmiedeschaufeln vorzugsweise der Rohling 1 zunächst in einen Adapter¯. eingespannt wird, und anschliessend der Rohling zusammen mit den Adapter mit einem Roboter in die Maschine eingeführt wird. Die eigentliche Bearbeitung eines derartigen Rohlings 1 wird anschliessend unter Punkt 3 beschrieben.
1) Rohling 1 in Form eines Rohmaterialbar 1.1) Der Rohmaterialbar wird auf ein Beladeband oder-rampe gelegt, mit der er zu einem Übergabeplatz an das Handlingsystem gelangt.
1.2) Hier wird der Rohmaterialbar zur definierten Übergabe ausgerichtet.
1.3) Hier wird der Rohmaterialbar mit einem Greifer geklemmt und mittels des Handlingsystems an eine Materiaicodelesestation gebracht.
1.4) Der Materialcode wird gelesen und an das Fertigungsleitsystem gemeldet.
1.5) Hierdurch erfolgt eine eindeutige Registrierung und Zuordnung des Rohmaterialbars zu einer Produktionsnummer.
1.6) Danach wird der Rohmaterialbar mittels des Handlingsystems zu der
Fräsmaschine (HSTM) transportiert.
1.7) Der Rohmaterialbar wird dann in die Maschine zur Übergabe-bzw. Spannposition zwischen die beiden A-Achsen (NC-Rotationsachsen 16 und 17) gebracht.
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1.8) Durch Verfahren des Handlingsystems in Richtung einer A-Achse 16 oder 17 und/oder durch das Verfahren der beiden NC-Linearachsen 11,12, auf denen die
Achsen 16,17 montiert sind, gelangt der Rohmaterialbar in die/oder den
Rohmaterialbar-Spannadapter 14. Nach dem Spannen des Rohmaterialbar-
Spannadapters 14 (genaue Positionierung z. B. über einen Anschlag 31 und
Fixierungen über Klemmbacken 30) verlässt das Handlingsystern den
Maschinenarbeitsraum und übernimmt andere Aufgaben im FMS (was bedeutet diese Abkürzung ? ). (Fig. 5 und 6) 1.10) Die eigentlichen Fertigungsschritte (Pos. 3 weiter unten) beginnen.
2) Rohlina 1 in Form einer Guss-oder Schmiedeschaufel 2.1) Bei den Schmiede-und Gussschaufeln wird ausserhalb der Zelle auf einer speziell designierten Spannfläche ein am Fuss und/oder Kopf der Schaufel greifender
Formspannadapter 14 auf einer Justier-und Spannvorrichtung, auf der die
Schaufeln zum Zentrum ausgerichtet werden, geklemmt. Die Schaufel mit einseitigem oder beidseitigem Formspannadapter 14 wird dann in die
Palettenstation auf eine Spannpalette eingeschleust.
2.1) Die beladene Palette wird danach in den Palettenbahnhof eingeschleust.
2.2) Zur Entnahme einer in den Formspannadapter gespannten Schaufel (GSS) muss diese zum Übergabeplatz an das Handlingsystem gebracht werden.
2.3) Hier wird vor der Entnahme der GSS deren Materialcode gelesen und an das
Fertigungsleitsystern gemeldet.
2.4) Zur weiteren eindeutigen Erkennung dieser Schaufel wird durch ein Schreibsystern ein Chip beschriftet, der in einem der Formspannadapter 14 angebracht ist.
2.5) Hierdurch erfolgt eine eindeutige Registrierung und Zuordnung der GSS zu einer
Produktionsnummer.
2.6) Danach wird der GSS durch die Greifer des Handlingsystems gegriffen und durch dieses zu der Fräsmaschine (HSTM) gebracht. (Vgl. dazu Fig. 3, in welcher der
Spannadapter 14 als Formspannadapter für eine GSS dargestellt ist) 2.7) Der GSS wird dann in die Maschine zur Übergabe-bzw. Spannposition zwischen die beiden A-Achsen (NC-Rotationsachsen 11,12) gebracht.
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2.8) Durch Verfahren des Handlingsystems in Richtung einer A-Achse und/oder durch das Verfahren der beiden NC-Linearachsen 11,12, werden die oder der
Formspannadapter 14 in der oder die A-Achsen fixiert und geklemmt.
2.9) Nach dem Spannen der Formspannadapter 14 verlässt das Handlingsystem den
Maschinenarbeitsraum und übernimmt andere Aufgaben im FMS. (Fig. 5 und 6) 2.10) Die eigentlichen Fertigungsschritte (Pos. 3 weiter unten) beginnen.
Der Rohling 1 ist nun über die beiden Spannadapter 14 zwischen den beiden Halterungsschlitten 11,12, oder im Fall einer einseitigen Fassung durch nur einen Halterungsschlitten, gegriffen, wie dies in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Dabei liegen, wie in Fig. 6 sichtbar, der Schwerpunkt des Rohlings 35, weicher üblicherweise auf der Rotationsachse 33 der Halterungsschlitten 11,12 liegt, und das Schaufel-Drehzentrum 34 meist nicht übereinander.
3) Eigentliche Fertigungsschritte in der Fräsmaschine 3. 1) Im ersten Schritt innerhalb des ersten Bearbeitungsschrittes in der ersten
Aufspannung werden alle Schruppoperationen im Rhombus, Kanal und
Kopfbereich der gespannten Schaufel, bis auf ein definiertes Aufmass zur
Endkontur der Schaufel durchgeführt. Diese Operation kann durch konventionelles
Fräsen oder durch Helirough durchgeführt werden. Hierzu werden die
Schruppwerkzeuge in die UNI-Motorspindel. 7 mittels einem integrierten Werkzeugwechsler gespannt. Das Schruppfräsen selbst erfolgt mittels einem NC-
Programm.
3. 2) Im zweiten Schritt innerhalb des ersten Bearbeitungsschrittes wird dann mit den sogenannten Vorschichtwerkzeugen die bereits gespannte, schruppgefräste
Schaufel, durch Spiral- (Helifräsen) und Linearfräsung auf ein konstantes Aufmass (plus 0,2 bis 1,2 mm) zur Endkontur gebracht. Das Aufmass ist schaufeltypabhängig. Bei verschiedenen Schaufeltypen kann dieser Schritt 3.2 auch entfallen.
3.3) Im dritten Schritt innerhalb des ersten Bearbeitungsschrittes wird dann mit den sogenannten Schichtwerkzeugen der komplette Schaufelkanal durch Spiralfräsen (Helifräsen) auf die gewünschte Kontur und Oberflächenqualität gebracht.
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3. 4) Im vierten Schritt innerhalb des ersten Bearbeitungsschrittes werden dann die
Rhombusflächen am Kopf und Fuss incl. den Schaufeleinhäng-und Dichtpartien hergestellt, d. h. die Funktionsflächen der Fussgeometrie (H-Fuss, etc. ) werden in diesem Schritt bereits hergestellt.
3.5) Danach erfolgt immer noch in der ersten Aufspannung eine Vermessung der
Turbinenschaufel mittels eines Positions-bzw. Konturmesssystemes (Taster-oder
Lasermesssysteme). Die Messdaten werden für die Dokumentation aufbereitet und wenn erforderlich Korrekturdaten für die nächste Turbienschaufelfertigung erstellt und an die Steuerung sowie an das Leitsystern zur Verrechnung im entsprechenden NC-Programm weitergeleitet.
Nach dieser Operation ist die Schaufel bis auf die beiden Stirnflächen am Kopf und Fuss fertig und der erste Bearbeitungsschritt zu Ende.
3.6) Um diese beiden Stirnflächen bearbeiten zu können, wird die Rombusstellung der
Schaufel durch die beiden A-Rotationsachsen 16,17 und Linearachsen U, V in eine definierte Übergabestellung (Drehwinkel der A-Achse) gebracht.
Zur Übergabe selbst werden die beiden Wippen 21 in diese Position auf der
Frontseite der Fräsmaschine gebracht. Danach werden die Wippen 21 (vgl. Fig. 7) durch ihre Schwenkachse B'respektive V'eingeschwenkt und dann zum
Maschinenzentru. m hin ausgefahren. Auf diesem Stössel ist eine
Sonderspannvorrichtung 22 angebracht, mit der die Schaufel dann in speziellen
Spann-und Aufnahmebacken hydraulisch gespannt wird.
Zur genauen Positionierung kann die Sonderspannvorrichtung 22 durch eine NC-
Kippachse A'respektive C'zusätzlich positioniert werden. Für die unterschiedlichen Schaufelgeometrien werden ausserhalb des Arbeitsraumes, rechts und links an der Frontseite der Maschine, hauptzeitparallel die
Sonderspann-und Aufnahmebacken 14 gewechselt. Ferner kann der Spannhub durch den Austausch des gestreckten Hydraulikzylinders vergrössert werden.
3.7) Nachdem dann die Schaufel in den beiden Sonderspannvorrichtungen 22 geklemmt sind, werden die beiden Formspannadapter 14 gelöst und die A-Achsen
11,12 nach rechts und links aussen in sogenannte Parkpositionen gebracht. Dies
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ist notwendig, um eine spätere Kollision mit der Frässpindel 7, sowie den Achsen
Y, Z und B zu vermeiden.
3.8) Zur eigentlichen Bearbeitung der Fuss-und Kopfstirnflächen, werden, speziell bei langen Schaufeln, die beiden Wippen 21 nach rechts oder links gefahren, um genügend Freiraum für die UNI-Spindel 7, etc. zu erhalten.
3.9) Durch Eintauschen der benötigten Werkzeuge in die UNI-Spindel 7 werden dann diese beiden Flächen gegebenenfalls durch Drehen der B-Motorspindelachse um
90 Grad fertig gefräst.
3.10) Gegebenenfalls wird, wenn notwendig, eine Lageprüfung vorgenommen.
3.11) Nach einem Spülprozess, der alle Verschmutzungen von der Schaufel eritfernt, werden ein-oder mehrere Positions-bzw. Konturmesssysteme (Taster-oder
Lasermesssysteme) in die UNI-Motorspindel 7 gespannt. Ferner kann ein Oberflächenqualitätsmesssystem hier eingewechselt werden. Mit diesen Geräten wird dann die Schaufel vermessen. Die Messdaten werden im Bedienrechner aufgearbeitet, um gegebenenfalls eine Korrekturbearbeitung vornehmen zu können. Des weiteren werden hier die Qualitätsdokumentationen. erstellt.
Damit ist der zweite Bearbeitungsschritt in der zweiten Aufspannung beendet.
3.12) Anschliessend wird die Schaufel durch Anheben der Wippe 21 zur Übergabestation an das Handlingsystem gekippt.
3.13) Danach wird die Schaufel mittels des gleichen Handlingsystems, gegebenenfalls nach vorherigem Greifertausch, an die Beschriftungsstation gebracht, um sie hier mit einem eindeutigen Code (meist Zahlencode) zu versehen.
3.14) Nach dieser Beschriftung gelangt die Schaufel in die Wasch-und
Konservierungsmaschine, von der sie dann ausgeschleust wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE 1 Grundgestell 2 hintere Führungsbahnen 3 Grundschlitteneinheit (X-Richtung der Frässpindel) 4 Y-Schlitteneinheit der Frässpindel 5 Z-Schlitteneinheit der Frässpindel 6 Frässpindel 7 UNI-Spindel 8 Rundachse von 7 9 Führungsbahnen für die Halterungsschlitten 10 Führungsbahnen für die beiden Wippen 11 linker Halterungsschlitten 12 rechter Halterungsschlitten 13 Spänekanal 14 Spannadapter 15 Werkstück 16 linke Schaufelrotationsachse 17 rechte Schaufelrotationsachse 18 linke Wippenschlitteneinheit 19 rechte Wippenschlitteneinheit 20 Rundführung 21 NC-Wippe 22 Sonderspannadapter 23 Greifarm von 22 24 Stellzylinder für 21 25 Bearbeitungswerkzeug 26 Kopf der Schaufel
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27 Blattbereich der Schaufel 28 Fuss der Schaufel 30 Klemmbacke von 14 31 Anschlag für
Rohling 32 Rohling 33 A-respektive C-Achse von Halterungsschlitten 34 Schaufel-Drehzentrum 35 Rohling-Schwerpunkt 36 Flachmaterial, überstehender Teil 37 Führungszylinder von 21 38 Drehachse von 21 (A'-respektive C'-Achse) 39 Stellzylinder von 23 40 Konturlinie des Rohlings 41 Fixiernasen von 22
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TITLE
Method and device for all-round machining of a blank in one
Processing machine resp. MILLING MACHINE TECHNICAL FIELD The present invention relates to methods for all-round machining of blanks or pre-machined workpieces with a processing machine such as, for example, a milling machine for components finally finished in their three-dimensional shape, and a processing machine such as, for example, a milling machine for carrying out such a method.
PRIOR ART In the field of the manufacture of turbine blades, multi-spindle machining is usually used. This means that a blank is first subjected to a rough preprocessing, then the sheet area is worked out in detail, then the head and finally the foot are manufactured. Between these individual processing steps, the workpiece has to be reclamped by hand or by a robot, both because the milling machines are often only able to do this
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are to carry out individual processing steps, and in particular because each version or holder of the workpiece only allows the processing of a certain area.
This type of production is usually referred to as so-called "box production", because usually one machine is responsible for a certain processing step and because after each processing step the workpiece is temporarily stored in a box.
One problem with such a production is the fact that the speed of such a production line is always determined by the speed of the slowest processing step. In addition, the large number of transfer processes for workpieces between the individual units, such as milling machines, measuring stations, washing stations etc., requires complex equipment and leads to considerable time losses in the manufacturing process.
PRESENTATION OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for all-round machining of a blank with a single processing machine, such as a milling machine, which enables the ready-to-use component to be produced in as few processing steps and setups as possible. The processing machine is able to carry out various operations such as milling, drilling, turning and / or eroding, etc. In this context, the term milling machine should therefore be interpreted broadly. H. refers to processing machines that are not only capable of milling, but can also turn, drill, erode, grind, harden etc. if necessary.
The present invention solves this problem in that the blank is held by at least one clamping adapter in a first machining step and a first region is brought into its final partial shape corresponding to the intended use by the processing machine / milling machine, and then the partially machined blank in a second machining step is held in the first, finally machined area by at least one special clamping adapter and the remaining area is brought into its final overall shape corresponding to the intended use by the same processing machine / milling machine.
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The invention consequently relates to a method according to the main claim and a processing machine / milling machine according to claim 11 and a use of this processing machine / milling machine according to claim 20.
The essence of the invention is to hold the blank in the first step for processing, or in the processing space of the processing machine.
To fasten the milling machine with the help of an adapter in such a way that the area of the workpiece that is not covered as a result of the attachment by the adapter, or the processing by the processing machine or. Milling machine is inaccessible, in the first processing step it is already machined into its final, three-dimensional shape, which corresponds to the intended use. As a result, this enables the workpiece to be gripped with the aid of a further special clamping adapter, which grips the workpiece at certain zones that have already been finally machined, and which on the same basic unit of the processing machine or. Milling machine is movably mounted, can be attached for further processing.
The attachment must of course be done in such a way that the entire still unprocessed area of the partially machined blank for final further processing by the same processing machine or.
Milling machine is fully accessible. So it is then possible that in the second processing step on the same processing machine resp. Milling machine can be finally brought into its entire three-dimensional shape without further reclamping the partially machined blank.
This is quite surprising, because the individual machining steps include milling operations such as roughing and finishing, among other things, which exert considerable forces on the workpiece and which have so far always prevented the expert from getting the workpiece into its final shape in just two clampings on a single machine bring to. Usually it has always been assumed that the forces generated during machining either damage the workpiece or lead to insufficient quality of the final workpiece (e.g. as a result of vibrations, moments, etc.).
It is now shown, however, that it is possible to bring functional surfaces into their final shape in a first processing step, and now to use these functional surfaces immediately for mounting for the second processing step, and the second processing step with the same processing machine or. Perform milling machine.
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The saving of clampings and the use of only one processing machine respectively. Milling machine leads to a considerable simplification of the manufacturing process, savings in costs (less downtime, less means for transferring components, fewer milling machines etc.) and still allows the production of final shapes that meet the highest quality standards.
The direct transfer from the adapter for the first machining step to the special clamping adapter for the second machining step without the use of a robot allows the transfer from one clamping to the next in a particularly simple, defined manner, which leads to a reduction in the necessary adjustments.
In this context, a defined way means that the means for removing the partially machined workpiece, i. H. the special clamping adapters grip this at a well-defined point so that the partially machined workpiece can then be finished in the same well-defined position in the second machining step. The effective design of the special clamping adapter (distance and type of socket points) therefore generally depends on the contour of the partially machined area of the workpiece.
The intended overall shape, which can be achieved with the proposed method, is any component that can be obtained from a blank by the operations mentioned. The method is particularly suitable for the production of components such as are used in a turbine (steam turbine or gas turbine). The component is preferably a rotor or guide vane of a turbine.
According to a first preferred embodiment of the invention, the blank is a blank made of metal or a ceramic material in the form of a rectangular or cylindrical or polyhedron-shaped, particularly preferably cuboid block, or a cast or forged blank. It is also possible to feed the blank to the method according to the invention in a form that has already been pre-processed. Surprisingly, the method according to the invention succeeds even with such difficult to machine materials, and this without loss of quality of the final molded parts.
According to a further preferred embodiment of the invention, the partial shape is a shape leaving unprocessed protrusions on the head and foot parts, with cuts preferably being made between the protrusions and the partial shape in the first processing step. As suitable
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the proposed method proves z. B. for the production of guide or moving blades or turbine blades, the partial shape in this case being the head of the blade, the blade area of the blade and the root of the blade, and wherein on the head and foot after the first processing step from Overhangs that have been clamped remain, which are then removed in the second processing step.
According to a further preferred embodiment of the invention, the workpiece is machined in both machining steps by a single milling spindle which can be displaced in three spatial directions (X, Y, Z) and which carries a rotatable spindle for holding a machining tool.
In the case of large blanks in particular, it proves advantageous to provide not only one clamping adapter, but two, between which the workpiece is clamped. According to another preferred embodiment of the invention, the workpiece is held in the first machining step in two clamping adapters which grip the blank at the head and foot end, and the first area is worked out in the exposed area between the two clamping adapters, the clamping adapters preferably being guided in this way by two mounting slides that the workpiece can be moved along a first axis with respect to a milling spindle processing the workpiece and rotated about this first axis.
The fact that the workpiece can be rotated about the first axis has the advantage that the workpiece can also be subjected to turning by the milling spindle. The displaceability along this first axis means that, with simultaneous opposing displacement of the milling spindle and holder slide, high relative speeds of the machining tool and the workpiece are possible without the workpiece or the machining tool having to be displaced at a correspondingly higher speed.
With regard to the rotatability about this first axis, this can in particular preferably be configured independently of one another for the two clamping adapters. This means that the two clamping adapters on the support slides can be controlled at different speeds and in opposite or opposite directions. The advantage of such an independent rotatability of the two clamping adapters, which is fundamentally and unexpectedly practical regardless of the present method, lies in the fact that the workpiece, after it has been gripped with the clamping adapters from both sides, by a slight counter-rotation of the two
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Clamping adapter can be clamped, which leads to better holding of the workpiece in the clamping adapters.
This state of tension can be registered electronically and maintained during the entire further first processing step, or it can also be corrected or increased if necessary. The corresponding torsion on the workpiece can be taken into account and corrected in the program for the electronic control of the milling spindle.
To also the second processing step in the same processing machine resp.
To easily enable the milling machine using the same milling spindle, according to a further exemplary embodiment of the present method, after the first machining step with the milling spindle, the partially machined blank can be gripped automatically by at least one special clamping adapter in the first, finally machined area, that is, no robot is required for reclamping , The at least one clamping adapter is then released and moved out of the working area of the milling spindle in order not to interfere with the second machining step.
The partially machined blank is then brought into its final overall shape, corresponding to the intended use, by the same milling spindle, holding it in the special clamping adapter. H. the supernatants that had been used to hold the adapters during the first processing step are now removed in the second processing step and z. B. in the case of a turbine blade head and foot section brought into the final shape. It proves to be advantageous to attach the at least one special clamping adapter to at least one rocker that can be rotated about a second axis, which rocker is in turn arranged on a rocker carriage unit which can be moved along a third axis and is rotatably mounted about this third axis, wherein if necessary, the rocker can also be moved perpendicular to this third axis.
A rocker designed in this way allows direct automated reclamping on the one hand from the adapter for the first machining step to the special clamping adapter for the second machining step; on the other hand, due to its mobility, it enables the second machining step to be carried out by the same milling spindle, since the rocker in the It is possible to hold the partially machined workpiece movably in the machining area of the milling spindle.
The usual intermediate step of transferring the workpiece from one holder to a second with the aid of a robot is thus completely eliminated. As with the mounting in the adapters during the first processing step, the rotatability of the rocker about the second axis can advantageously be adjusted independently of one another when using two rockers, so that the second can also be rotated
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Machining step the workpiece can be clamped against each other by a slight counter-rotation of the two rockers and fixed well.
According to another preferred embodiment of the invention, the final overall shape can be cleaned and / or measured after the first and or the second processing step and / or packaged after the second step. The corresponding means for performing these steps, which can also include the application of a material or component material code, can either on the same processing machine or. Milling machine can be carried out, but they can also be implemented in a subsequent step on other units. It is also possible to pass the blank through a material code reading station before processing, which, either separately or as part of the processing machine, respectively. Milling machine can be designed.
This material code reading station is used to assign a specific NC program to control the machining process.
The present method proves to be particularly suitable for the production of guide or rotor blades or turbine blades with or without a shroud.
Especially in the production of large components of this type with a surface area in the range from N4 to N5 with tolerances of + -0.002 mm, a length in the range from 120 to 2400 mm with a rotating diameter of 50 to 400 mm and a weight of 10 to 400 kg can the present method in a single processing machine, respectively. Milling machine can be used without problems of stability (despite large levers) or accessibility through the machining head.
Further preferred embodiments of the method according to the invention are described in the dependent claims.
As already mentioned at the beginning, the present invention also relates to a processing machine. Milling machine for performing a method as described above. This processing machine resp. Milling machine is characterized in that it has a milling spindle displaceable in three spatial directions, with which the workpiece can be machined in a machining area, that the machining machine or. Milling machine has at least one support slide with which the workpiece for the first machining step can be held in clamping adapters, and that the processing machine or.
Milling machine has at least one rocker with which
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the partially machined workpiece can be held with at least one special clamping adapter in the first, finally machined area of the workpiece for the second machining step. In this case, the milling spindle is advantageously arranged on one side of the mounting slide, while the rocker is arranged on the other side of the mounting slide. In the second processing step, the at least one mounting slide can be easily moved out of the processing area of the milling spindle when processing with mounting in the rocker.
Typically, the milling spindle has a base slide unit that can be moved in the X direction on rear guide tracks arranged on the base frame, a Y slide unit that can be moved in the Y direction on this base slide unit, and a Z that can be moved in the Z direction on the Y slide unit -Slide unit and a UNI spindle that rotates around a rotary axis in the Z-slide unit and carries the machining tool.
For the machining of blades of the size specified above, the milling spindle should be +/- 1000 to 1200 mm along the X direction, +/- 300 to 350 mm along the Y direction and + along the Z direction 900 to 1000 and -90 to 110 mm can be shifted, based on the zero point of the machine arrangement, the UNI spindle particularly preferably being rotatable about +/- 90 to 100 degrees about the rotary axis.
According to another preferred embodiment of the processing machine according to the invention, respectively. Milling machine are arranged two support slides, which hold the workpiece in the first machining step in two clamping adapters which grip the blank at the head and foot end. The clamping adapters are preferably guided by the two mounting slides in such a way that the workpiece can be moved along a first axis with respect to the milling spindle processing the workpiece and rotated about this first axis, and in this case particularly preferably the rotation about the first axis of the two clamping adapters independently of one another, synchronously or asynchronously, with different or identical rotational speeds.
Particularly simple and practical, d. H. compact and with great relative mobility, the displacement axis of the mounting slides is preferably arranged parallel to the X direction of the milling spindle. In order to be able to process large blades such as those mentioned above, the support slides should be along the first axis by + or-130 to 170 mm (relative to the left or right support slides) and by - respectively + 1100 to 1600 mm (related to the left or right
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Bracket slide) can be moved on the base unit, and the rotation around the first axis can be endless.
Another preferred embodiment of the present processing machine, respectively.
Milling machine is characterized in that the at least one special clamping adapter is designed such that it can automatically grip the partially machined workpiece held in the clamping adapters, and that the at least one mounting slide can be moved out of the processing area of the milling spindle, preferably the at least one special clamping adapter is mounted on at least one rocker which can be rotated about a second axis, which rocker is in turn arranged on a rocker carriage unit which is displaceable along a third axis and is rotatably mounted about this third axis, the rocker also being displaceable perpendicularly to this third axis.
As already mentioned above, the rotatability about the second axis is advantageously designed independently in the presence of two rockers, so that the workpiece can also be clamped by slight counter-rotation for the second machining step. With regard to the arrangement of the axis relative to one another, it should be mentioned that the second axis of the rocker is advantageously arranged parallel to the X direction of the milling spindle, and / or that the third axis is arranged parallel to the X direction of the milling spindle.
In order, for example, to be able to machine large buckets, as mentioned above, the rocker should be rotatable about +/- 50 to 60 degrees around the second axis, the rocker carriage units along the third axis by + or -1200 to 1800 mm and by- respectively + 80 to 120 mm (related to the left or right rocker carriage unit) and be rotatable about this axis by + 50 to 60 degrees, and the rocker perpendicular to the third axis by -50 to 60 mm or + 140 to 150 mm ,
Further preferred embodiments of the processing machine according to the invention. Milling machine are described in the dependent claims.
The present invention also relates to the use of a device or a method as described above for producing a guide or moving blade or turbine blade, in particular a turbine blade with or without a shroud with a surface in the range from N4 to N5 with tolerances of + - 0.002 mm, a length in the range of 120 to 2400 mm with a rotating diameter of 50 to 400 mm and a weight of 10 to 400 kg.
BRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
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The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the figures. 1 shows a milling machine with 21 axes in a perspective view; FIG. 2 shows a further view of the milling machine according to FIG. 1 with detailed visibility of the rockers; 3 detailed view of the milling machine according to FIG. 1 of the machining area at in
Bracket slide clamped workpiece (turbine blade with special
Adapter for cast or forged blades); 4 view of the milling machine according to FIG. 1 with position in the machine zero point; Fig. 5 view of a clamped blank;
Fig. 6 side view of a partially completed blade clamped in the
Clamping adapter; 7 shows a side view of a partially completed blade clamped on the NC
Rocker.
WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION FIGS. 1 and 2 show a blade milling machine in a perspective view. The milling machine has a base frame 1 on which the individual elements are mounted. On the back of the base frame 1, the two guide tracks 2 for the base slide unit 3 of the UNI milling spindle 7 are attached at a defined angle. In the middle area, the two guideways 9 for the axis slide 11 and 12 are attached. The guideways 10 for the two rockers 21 are attached at the front. The chip channel 13 is integrated between the guideways 2 and 9.
In order to avoid weakening the frame, this was ribbed. The Y slide unit 4 of the UNI milling spindle 7, with which the Y stroke (Y) of the spindle is moved, is mounted on the basic slide unit 3 of the UNI milling spindle 7, which carries out the X stroke (X) of the spindle. The Z-Ram 5 is mounted on the Y-slide 4 by 90 degrees to the Y-stroke. The spindle drives the Z stroke (Z) with it. The UNI spindle 7 itself is mounted in a rotary axis 8, with which it can be pivoted through +/- 110 degrees.
For pure turning work, a fixed tool holder system such as a. B. attached an HSK interface. With the two blade rotation axes 16 and 17 of the two support slides 11 and 12 around the
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Axes A and C, respectively, the clamped blades can be operated in both turning and NC mode. They form the two blade axes of rotation A and C.
These rotary axes are designed with a standard HSK interface to accommodate clamping adapters. The two blade rotation axes 16 and 17 are mounted on the two rotary linear slides 11 and 12, through which they can carry out the linear movements U and V.
If required, the two NC linear axes U and V can be operated as GANTRY axes. For higher feed speeds, the X-linear axis of the milling spindle 6 is operated counter to the two NC linear axes U and V in order to both halve the acceleration ramps and to be able to double the maximum milling speed.
The UNI motor spindle itself is integrated in a rotary axis 8 and fixed by quick release systems. The energy and signal transmission from the machine to the UNI motor spindle 7 takes place via a so-called plug-in interface.
The two rocker carriage units 18 and 19, which carry out the two linear movements X ′ and U ′, are mounted on the end face. The two ram tilting axes B 'and V' are mounted on them, which can tilt the ram and thus the rocker 21 with their special clamping adapters 22 into the desired position. The two plungers make the linear movements Z'and W 'in order to reach the correct exit points.
The two NC rockers 21 are mounted on the rams, which rotate or.
Make adjustment movements A'and C'.
The two special clamping adapters 22 for receiving the partially milled blades are mounted on them in the finished areas and clamp hydraulically (cf. in particular FIG. 7).
To change the special clamping adapters 22, they can be moved to the right and left at the end of the base frame in a protected area. Here can be exchanged parallel to the main time.
3 shows a detailed section from the processing area of the milling machine while the first processing step is being carried out. It can be seen how the blank is gripped by the two adapters 14 at both ends with a clamping adapter, and if possible the entire area arranged between the two holding points is machined using the machining tool 25.
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4 shows the position of the machine at machine zero, with respect to which the following deflections of the individual slides and units are provided. This for two different types of the machine, a small variant (HSTM800) and a large variant (HSTM2000).
The values for the main axes are as follows: Axis HSTM800 HSTM2000 X +/- 1050mm +/- 1200mm Y +/- 310 mm +/- 310 mm Z + 910 mm + 910 mm - 100 mm - 100 mm U + 150mm + 150mm -1100mm-1550mm V-150mm-150mm + 1100mm + 1550mm A / C endless endless B +/- 95 degrees +/- 95 degrees The values for the upstream device with rockers 21 are as follows:
Left rocker axis HSTM800 HSTM2000 X '+ 1260 mm + 1700 mm - 100 mm - 100 mm Z'-55 mm-55 mm + 145mm + 145mm B'0 0 + 50 degrees + 50 degrees A' +/- 55 degrees + / -55 degrees right seesaw
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Axis HSTM800 HSTM2000 U'-1260 mm-1700 mm + 100mm + 100mm W'-55 mm-55 mm + 145mm + 145mm V'0 0 + 50 degrees + 50 degrees C '+/- 55 degrees +/- 55 degrees For the above-mentioned displacement dimensions, such a milling machine has a size of 6x9x4.5 m.
The process for all-round machining of a blank using a machine as just described is now to be shown. The overall shape to be achieved is, for example, a turbine blade. Figures 5 to 7 show individual sections of the manufacturing process.
The following shapes and materials are used as raw material: bars (rectangular shape, round or any other cross-section), forged or cast blanks, provided with a material quota for quality assurance (numbers, letter quota lasered, struck or spindle).
The overall shape to be achieved has the following qualities: Blade qualities: surface N4-N5
Tolerances 0.002 mm dimensions: length> 120 mm <2400 mm
Rotating diameter> 50 mm <800 mm
Weight:> 10kg
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<400 kg loading and unloading of the HSTM machine: For this purpose, a blank of any shape, by hand and / or by means of a handling system, is brought into the blade milling machine, which can also be in a flexible cell, and after processing by the same transport systems brought out again.
The process is to be demonstrated using two different blanks, on the one hand when using a blank 1 in the form of a raw material bar (point 1 of the sequence of process steps given below) and on the other hand when using a blank 1 in the form of a casting --or forging shovel (point 2 of the sequence of process steps given below). When using a raw material bar, this is clamped directly with a robot, whereas with complex parts such as B. cast and forged blades preferably the blank 1 first in an adapter. is clamped, and then the blank is inserted into the machine together with the adapter using a robot. The actual processing of such a blank 1 is subsequently described under point 3.
1) Blank 1 in the form of a raw material bar 1.1) The raw material bar is placed on a loading belt or ramp with which it arrives at a transfer point to the handling system.
1.2) Here the raw material bar is aligned for the defined handover.
1.3) Here the raw material bar is clamped with a gripper and brought to a material code reading station using the handling system.
1.4) The material code is read and reported to the production control system.
1.5) This results in a clear registration and assignment of the raw material bar to a production number.
1.6) Then the raw material bar becomes the by means of the handling system
Milling machine (HSTM) transported.
1.7) The raw material bar is then in the machine for transfer or. Clamping position brought between the two A axes (NC rotation axes 16 and 17).
<Desc / Clms Page number 15>
1.8) By moving the handling system in the direction of an A axis 16 or 17 and / or by moving the two NC linear axes 11, 12 on which the
Axes 16, 17 are mounted, the raw material bar gets into / or
Raw material bar clamping adapter 14. After clamping the raw material bar
Clamping adapter 14 (exact positioning e.g. via a stop 31 and
Fixations via clamping jaws 30) leave the handling system
Machine work room and takes on other tasks in the FMS (what does this abbreviation mean?). (Fig. 5 and 6) 1.10) The actual manufacturing steps (item 3 below) begin.
2) Rohlina 1 in the form of a cast or forged shovel 2.1) In the case of the forged and cast shovels, a specially designed clamping surface outside the cell grips one of the blades at the foot and / or head
Mold clamping adapter 14 on an adjusting and clamping device on which the
Buckets are aligned to the center, clamped. The blade with one-sided or double-sided mold adapter 14 is then in the
Pallet station introduced onto a clamping pallet.
2.1) The loaded pallet is then introduced into the pallet station.
2.2) To remove a shovel (GSS) clamped in the mold clamping adapter, it must be brought to the handover system at the handling system.
2.3) Before the GSS is removed, its material code is read and sent to the
Manufacturing control systems reported.
2.4) For further unambiguous identification of this blade, a chip is labeled by a writing system, which chip is attached in one of the mold clamping adapters 14.
2.5) This results in a clear registration and assignment of the GSS to a
Production number.
2.6) Then the GSS is gripped by the grippers of the handling system and brought to the milling machine (HSTM). (See Fig. 3, in which the
Clamping adapter 14 is shown as a clamping adapter for a GSS) 2.7) The GSS is then in the machine for transfer or. Clamping position between the two A-axes (NC rotation axes 11, 12).
<Desc / Clms Page number 16>
2.8) By moving the handling system in the direction of an A axis and / or by moving the two NC linear axes 11, 12, the or the
Form clamping adapter 14 in the or the A-axes fixed and clamped.
2.9) After the clamping adapter 14 has been tensioned, the handling system leaves the
Machine work room and takes on other tasks in the FMS. (Fig. 5 and 6) 2.10) The actual manufacturing steps (item 3 below) begin.
The blank 1 is now gripped via the two clamping adapters 14 between the two mounting slides 11, 12 or, in the case of a one-sided mount, by only one mounting slide, as shown in FIGS. 5 and 6. In this case, as can be seen in FIG. 6, the center of gravity of the blank 35, which is usually on the axis of rotation 33 of the mounting slides 11, 12, and the blade rotation center 34 usually do not lie one above the other.
3) Actual manufacturing steps in the milling machine 3. 1) In the first step within the first processing step in the first
All roughing operations in the rhombus, canal and
Head area of the cocked bucket, except for a defined dimension
Final contour of the blade carried out. This operation can be done by conventional
Milling or be carried out by Helirough. For this, the
Roughing tools in the UNI motor spindle. 7 clamped using an integrated tool changer. The roughing itself is carried out using an NC
Program.
3. 2) In the second step within the first machining step, the pre-tensioned tools are then used to rough-mill the already clamped
Shovel, brought to constant contour (plus 0.2 to 1.2 mm) by spiral (helical milling) and linear milling to the final contour. The size depends on the bucket type. This step 3.2 can also be omitted for different blade types.
3.3) In the third step within the first machining step, the complete blade channel is then brought to the desired contour and surface quality by spiral milling (helical milling) using the so-called layer tools.
<Desc / Clms Page number 17>
3. 4) In the fourth step within the first processing step, the
Rhombus surfaces on the head and foot including the blade attachment and sealing parts are manufactured, d. H. the functional surfaces of the foot geometry (H-foot, etc.) are already produced in this step.
3.5) After that, a measurement of the
Turbine blade by means of a position or Contour measuring system (probe or
Laser Measurement Systems). The measurement data are prepared for the documentation and, if necessary, correction data for the next turbine blade production are created and forwarded to the control and the control system for calculation in the corresponding NC program.
After this operation, the blade is finished except for the two end faces on the head and foot and the first processing step has ended.
3.6) To be able to machine these two end faces, the diamond position of the
Bucket brought into a defined transfer position (angle of rotation of the A axis) by the two A rotation axes 16, 17 and linear axes U, V.
For the transfer itself, the two rockers 21 are in this position on the
Brought to the front of the milling machine. Then the rockers 21 (cf. FIG. 7) are pivoted in by their pivot axis B'respective V 'and then to the
Maschinenzentru. m extended. There is one on this pestle
Special clamping device 22 attached, with which the blade then in special
Clamping and receiving jaws is hydraulically clamped.
For precise positioning, the special clamping device 22 can be
Tilt axis A'respective C 'can also be positioned. For the different blade geometries, outside the working area, right and left on the front of the machine, the
Special clamping and holding jaws 14 changed. Furthermore, the clamping stroke can be increased by exchanging the extended hydraulic cylinder.
3.7) After the blade is then clamped in the two special clamping devices 22, the two mold clamping adapters 14 are released and the A-axes
11,12 brought to the right and left outside in so-called parking positions. This
<Desc / Clms Page number 18>
is necessary to avoid a later collision with the milling spindle 7 and the axes
To avoid Y, Z and B.
3.8) For the actual machining of the foot and head end faces, especially with long blades, the two rockers 21 are moved to the right or left in order to obtain sufficient space for the UNI spindle 7, etc.
3.9) By exchanging the required tools in the UNI spindle 7, these two surfaces are then turned around, if necessary, by rotating the B motor spindle axis
Milled 90 degrees.
3.10) If necessary, a situation check is carried out.
3.11) After a rinsing process, which removes all dirt from the blade, one or more position or. Contour measuring systems (probe or
Laser measurement systems) clamped in the UNI motor spindle 7. A surface quality measurement system can also be replaced here. The blade is then measured with these devices. The measurement data are processed in the operator computer so that correction processing can be carried out if necessary. Furthermore, the quality documentation is here. created.
The second machining step in the second clamping is thus ended.
3.12) The bucket is then tilted by lifting the rocker 21 to the transfer station to the handling system.
3.13) The scoop is then brought to the labeling station using the same handling system, if necessary after changing the gripper, in order to provide it with a unique code (usually a numerical code).
3.14) After this labeling, the shovel gets into the washing and
Preservation machine, from which it is then removed.
<Desc / Clms Page number 19>
REFERENCE SIGNS LIST 1 basic frame 2 rear guideways 3 basic slide unit (X direction of the milling spindle) 4 Y-carriage unit of the milling spindle 5 Z-carriage unit of the milling spindle 6 milling spindle 7 UNI spindle 8 rotary axis of 7 9 guideways for the mounting sled 10 guideways for the two rockers 11 left Support slide 12 right support slide 13 chip channel 14 clamping adapter 15 workpiece 16 left blade rotation axis 17 right blade rotation axis 18 left rocker slide unit 19 right rocker slide unit 20 circular guide 21 NC rocker 22 special clamping adapter 23 gripper arm of 22 24 actuating cylinder for 21 25 processing tool 26 head of the blade
<Desc / Clms Page number 20>
27 blade area of the blade 28 foot of the blade 30 jaw of 14 31 stop for
Blank 32 Blank 33 A or C axis of the support slide 34 Bucket turning center 35 Blank center of gravity 36 Flat material, protruding part 37 Guide cylinder from 21 38 Rotation axis from 21 (A 'or C' axis) 39 Adjusting cylinder from 23 40 Contour line of the Blank 41 fixing lugs from 22
ClaimsPATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Rundum-Bearbeitung eines Rohlings (32) mit einer Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise einer Fräsmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (32) in einem ersten Bearbeitungsschritt von wenigstens einem Spannadapter (14) gehalten wird und von der Bearbeitungsmaschine resp. der Fräsmaschine ein erster Bereich (26-28) in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Teilform gebracht wird, und in einem zweiten Bearbeitungsschritt der teilbearbeitete Rohling von wenigstens einem Sonderspannadapter (22) im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich (26-28) gehalten wird und der übrige Bereich (36) von derselben Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Gesamtform gebracht wird. PATENT CLAIMS 1. Process for all-round machining of a blank (32) with a Processing machine such as a milling machine (10), characterized in that the blank (32) in a first processing step of at least one Clamping adapter (14) is held and resp. By the processing machine. the Milling machine, a first area (26-28) is brought into its final partial shape corresponding to the intended use, and in a second processing step the partially machined blank is held in the first, finally machined area (26-28) by at least one special clamping adapter (22) and the remaining area (36) from the same processing machine or. Milling machine is brought into its final overall shape, corresponding to the intended use. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Rohling (32) um einen Rohling aus Metall oder einem Keramikwerkstoff in Form eines rechteckigen oder zylindrischen oder polyeder-förmigen, insbesondere bevorzugt quaderförmigen Blockes oder um einen Guss-oder Schmiederohling handelt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the blank (32) is a blank made of metal or a ceramic material in the form of a rectangular or cylindrical or polyhedron-shaped, particularly preferably cuboid block or a cast or forged blank. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (32) noch keinem Vorbearbeitungsschritt unterzogen wurde. 3. The method according to claim 2, characterized in that the blank (32) has not yet been subjected to a pre-processing step. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Teilform (26-28) um eine Form unter Belassung von unbearbeiteten Überständen (36) am Kopf-und am Fussteil handelt, wobei insbesondere bevorzugt bereits beim ersten Bearbeitungsschritt Einschnitte zwischen den Überständen (36) und der Teilform (26-28) vorgesehen werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the partial shape (26-28) is a shape leaving unprocessed overhangs (36) on the head and foot part, with incisions particularly preferably already in the first processing step be provided between the projections (36) and the partial shape (26-28). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gesamtform (26-28) um eine Turbinenschaufel oder um eine <Desc/Clms Page number 22> Leit-oder Laufschaufel handelt, und dass es sich bei der Teilform (26-28) um den Kopf der Schaufel (26), den Blattbereich der Schaufel (27) und den Fuss der Schaufel (28) handelt, wobei am Kopf (26) und am Fuss (28) nach dem ersten Bearbeitungsschritt vom Spannadapter (14) gefasste Überstände (36) stehenbleiben, welche anschliessend im zweiten Bearbeitungsschritt entfernt werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the overall shape (26-28) is a turbine blade or a <Desc / Clms Page number 22> Guide or rotor blade, and that the part shape (26-28) is the Head of the blade (26), the blade area of the blade (27) and the foot of the Shovel (28) acts, the head (26) and the foot (28) after the first The processing step of the clamping adapter (14) has protrusions (36) which are then removed in the second processing step. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in beiden Bearbeitungsschritten von einer einzigen, in drei Raumrichtungen (X, Y, Z) verschiebbaren, und eine drehbare Spindel (7) zur Halterung eines Bearbeitungswerkzeugs (25) tragenden Frässpindel (6) bearbeitet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the workpiece in two processing steps from a single, in three Spatial directions (X, Y, Z) displaceable, and a rotatable spindle (7) for Holder of a processing tool (25) carrying milling spindle (6) is processed. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im ersten Bearbeitungsschritt in zwei den Rohling (32) kopf- und fussseitig greifenden Spannadaptern (14) gehalten wird, und der erste Bereich (26-28) im freiliegenden Bereich zwischen den beiden Spannadaptern (14) ausgearbeitet wird, wobei bevorzugt die Spannadapter (14) von zwei Halterungsschlitten (11,12) derart geführt werden, dass das Werkstück in Bezug auf eine das Werkstück bearbeitende Frässpindel (6) entlang einer ersten Achse (U, V) verschoben und um diese erste Achse gedreht (A, C) werden kann, und wobei insbesondere bevorzugt die Drehung um die erste Achse (A, C) der beiden Spannadapter (14) unabhängig voneinander, synchron oder asynchron, mit ungleicher oder gleicher Rotationsgeschwindigkeit, geschehen kann. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is held in the first machining step in two clamping adapters (14) gripping the blank (32) on the head and foot sides, and the first region (26-28) in the exposed region between the two clamping adapters (14) is worked out, preferably the clamping adapter (14) of two Holding slides (11, 12) are guided such that the workpiece can be moved along a first axis (U, V) and rotated (A, C) with respect to a milling spindle (6) processing the workpiece, and wherein particularly preferably the rotation about the first axis (A, C) of the two Clamping adapter (14) can be done independently of one another, synchronously or asynchronously, with the same or the same rotational speed. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Bearbeitungsschritt mit einer Frässpindel (6) der teilbearbeitete Rohling von wenigstens einem Sonderspannadapter (22) automatisch im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich (26-28) gegriffen wird, der wenigstens eine Spannadapter (14) gelöst und aus dem Arbeitsbereich der Frässpindel (6) gefahren wird, und der teilbearbeitete Rohling unter Halterung im Sonderspannadapter (22) von der gleichen Frässpindel (6) in seine endgültige, der bestimmungsgemässen Verwendung entsprechende Gesamtform gebracht wird, <Desc/Clms Page number 23> wobei insbesondere bevorzugt der wenigstens eine Sonderspannadapter (22) auf wenigstens einer, um eine zweite Achse (A', C') drehbaren Wippe (21) befestigt ist, welche Wippe (21) 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the first machining step with a milling spindle (6) the partially machined blank is automatically gripped by at least one special clamping adapter (22) in the first, finally machined area (26-28), which at least a clamping adapter (14) released and out of the work area Milling spindle (6) is driven, and the partially machined blank under mounting in Special clamping adapter (22) is brought from the same milling spindle (6) into its final overall shape, which corresponds to the intended use, <Desc / Clms Page number 23> the at least one special clamping adapter (22) is particularly preferably attached to at least one rocker (21) which can be rotated about a second axis (A ', C'), which rocker (21) ihrerseits auf einer Wippenschlitteneinheit (18,19) angeordnet ist, welche entlang einer dritten Achse (X', U') verschiebbar, und um diese dritte Achse drehbar (B', V') gelagert ist, wobei ausserdem die Wippe (21) senkrecht zu dieser dritten Achse verschiebbar (W', Z') ist. in turn is arranged on a rocker carriage unit (18, 19) which can be moved along a third axis (X ', U') and around this third Axis is rotatably mounted (B ', V'), wherein the rocker (21) is also displaceable perpendicular to this third axis (W ', Z'). 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die endgültige Gesamtform (68,82) nach dem zweiten Bearbeitungsschritt gereinigt und/oder vermessen und/oder verpackt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the final overall shape (68,82) is cleaned and / or measured and / or packaged after the second processing step. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der endgültigen Gesamtform um eine Leitschaufel oder um Turbinenschaufel mit oder ohne Deckband handelt, insbesondere eine Turbinenschaufel mit einer Oberfläche im Bereich von N4 bis N5 bei Toleranzen von +-0,002 mm, einer Länge von im Bereich von 120 bis 2400 mm bei einem rotierenden Durchmesser von 50 bis 400 mm und einem Gewicht von 10 bis 400 kg. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the final overall shape is a guide vane or Turbine blade with or without a shroud, especially one Turbine blade with a surface in the range from N4 to N5 with tolerances of + -0.002 mm, a length in the range from 120 to 2400 mm with a rotating diameter of 50 to 400 mm and a weight of 10 to 400 kg. 11. Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise Fräsmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine eine in drei Raumrichtungen verschiebbare Frässpindel (6) aufweist, mit welcher das Werkstück in einem Bearbeitungsbereich bearbeitet werden kann, dass die Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine wenigstens einen Halterungsschlitten (11, 12) aufweist, mit welchem das Werkstück für den ersten Bearbeitungsschritt in Spannadaptern (14) gehaltert werden kann, und dass weiterhin die Bearbeitungsmaschine resp. 11. Processing machine such as a milling machine for performing a Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Processing machine resp. Milling machine has a milling spindle (6) which can be moved in three spatial directions and with which the workpiece is in one Processing area can be edited that the processing machine, respectively. Milling machine has at least one support slide (11, 12) with which the workpiece for the first machining step can be held in clamping adapters (14), and that the processing machine or. Fräsmaschine wenigstens eine Wippe (21) aufweist, mit welcher das teilbearbeitete Werkstück mit wenigstens einem Sonderspannadapter (22) im ersten, endgültig bearbeiteten Bereich (26-28) des Werkstücks für den zweiten Bearbeitungsschritt gehaltert werden kann. <Desc/Clms Page number 24> Milling machine has at least one rocker (21) with which the partially machined workpiece with at least one special clamping adapter (22) in the first, finally machined area (26-28) of the workpiece for the second Processing step can be held. <Desc / Clms Page number 24> 12. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frässpindel (6) über eine auf hinteren, auf dem Grundgestell (1) angeordnete Führungsbahnen (2) in X-Richtung verschiebbare Grundschlitteneinheit (3), über eine auf dieser Grundschlitteneinheit in Y-Richtung verschiebbare Y-Schlitteneinheit (4), und über eine auf der Y-Schlitteneinheit (4) in Z-Richtung verschiebbare Z-Schlitteneinheit (5) sowie über eine in der Z- Schlitteneinheit (5) um eine Rundachse (8) drehbare, das Bearbeitungswerkzeug (25) tragende UNI-Spindel (7) verfügt. 12. Processing machine resp. Milling machine according to claim 11, characterized in that the milling spindle (6) on a rear, on the Base frame (1) arranged guideways (2) displaceable in the X direction Basic slide unit (3), via a Y slide unit (4) which can be displaced in the Y direction on this basic slide unit, and via a on the Y slide unit (4) in Z-slide unit (5) that can be moved in the Z direction and via a Carriage unit (5) has a UNI spindle (7) which can be rotated about a rotary axis (8) and carries the machining tool (25). 13. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Frässpindel (6) entlang der X-Richtung um +/-1000 bis 1200 mm, sowie entlang der Y-Richtung um +/-300 bis 350 mm und entlang der Z-Richtung um + 900 bis 1000 und-90 bis 110 mm verschoben werden kann, bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, und wobei insbesondere bevorzugt die UNI-Spindel (7) um +/-90 bis 100 Grad um die Rundachse (8) drehbar ist. 13. Processing machine resp. Milling machine according to claim 12, characterized in that the milling spindle (6) along the X direction by +/- 1000 to 1200 mm, as well as along the Y direction by +/- 300 to 350 mm and along the Z direction can be shifted by + 900 to 1000 and -90 to 110 mm, based on the zero point of the machine arrangement, and in particular the UNI spindle (7) preferably +/- 90 to 100 degrees around the rotary axis (8) is rotatable. 14. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 11,12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halterungsschlitten (11,12) angeordnet sind, welche das Werkstück im ersten Bearbeitungsschritt in zwei den Rohling (32) kopf-und fussseitig greifenden Spannadaptern (14) halten, wobei bevorzugt die Spannadapter (14) von den zwei Halterungsschlitten (11,12) derart geführt werden, dass das Werkstück in Bezug auf die das Werkstück bearbeitende Frässpindel (6) entlang einer ersten Achse (U, V) verschoben und um diese erste Achse gedreht (A, C) werden kann, und wobei insbesondere bevorzugt die Drehung um die erste Achse (A, C) der beiden Spannadapter (14) unabhängig voneinander, synchron oder asynchron, mit ungleicher oder gleicher Rotationsgeschwindigkeit, geschehen kann, 14. Processing machine resp. Milling machine according to one of claims 11, 12 or 13, characterized in that two mounting slides (11, 12) are arranged which, in the first machining step, split the workpiece into two Hold blank (32) head and foot clamping adapters (14), the clamping adapters (14) preferably being guided by the two mounting slides (11, 12) in such a way that the workpiece is in relation to the workpiece being machined Milling spindle (6) moved along a first axis (U, V) and around this first Axis can be rotated (A, C), and with particular preference the Rotation about the first axis (A, C) of the two clamping adapters (14) independently of one another, synchronously or asynchronously, with different or the same Rotational speed, can happen und wobei ausserdem insbesondere bevorzugt die Verschiebungsachse (U, V) der Halterungsschlitten (11,12) parallel zur X-Richtung der Frässpindel (6) gemäss Anspruch 12 angeordnet ist. and, in addition, the displacement axis (U, V) of the mounting slides (11, 12) is particularly preferably arranged parallel to the X direction of the milling spindle (6) according to claim 12. 15. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsschlitten (11,12) entlang der ersten Achse <Desc/Clms Page number 25> (U, V) um jeweils + respektive-130 bis 170 mm und um jeweils-respektive + 1100 bis 1600 mm, bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, auf der Grundeinheit (1) verschoben werden können, und dass die Rotation um die erste Achse (A, C) endlos ausgebildet ist. 15. Processing machine resp. Milling machine according to claim 14, characterized in that the mounting slide (11, 12) along the first axis <Desc / Clms Page number 25> (U, V) by + or-130 to 170 mm and by or respectively + 1100 to 1600 mm, based on the zero point of the machine arrangement on the Basic unit (1) can be moved and that the rotation around the first Axis (A, C) is endless. 16. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sonderspannadapter (22) derart ausgebildet ist, dass er das in den Spannadaptern (14) gehaltene, teilbearbeitete Werkstück automatisch greifen kann, und dass der wenigstens eine Halterungsschlitten (11,12) aus dem Bearbeitungsbereich der Frässpindel (6) verschoben werden kann, wobei bevorzugt der wenigstens eine Sonderspannadapter (22) auf wenigstens einer, um eine zweite Achse (A', C') drehbaren Wippe (21) befestigt ist, welche Wippe (21) ihrerseits auf einer Wippenschlitteneinheit (18,19) angeordnet ist, welche entlang einer dritten Achse (X', U') verschiebbar, und um diese dritte Achse drehbar (B', V') gelagert ist, wobei ausserdem die Wippe (21) senkrecht zu dieser dritten Achse verschiebbar (W', 16. Processing machine resp. Milling machine according to one of claims 11 to 15, characterized in that the at least one special clamping adapter (22) is designed such that it can automatically grip the partially machined workpiece held in the clamping adapters (14), and that the at least one Bracket slide (11, 12) can be moved out of the machining area of the milling spindle (6), preferably the at least one Special clamping adapter (22) is attached to at least one rocker (21) rotatable about a second axis (A ', C'), which rocker (21) is in turn arranged on a rocker carriage unit (18, 19) which is arranged along a third axis ( X ', U'), and is rotatably mounted about this third axis (B ', V'), the rocker (21) also being displaceable perpendicular to this third axis (W ', Z') ist. Z ') is. 17. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Achse (A', C') der Wippe (21) parallel zur X- Richtung der Frässpindel (6) gemäss Anspruch 12 angeordnet ist. 17. Processing machine resp. Milling machine according to claim 16, characterized in that the second axis (A ', C') of the rocker (21) parallel to the X- Direction of the milling spindle (6) is arranged according to claim 12. 18. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Achse (X', U') parallel zur X-Richtung der Frässpindel (6) gemäss Anspruch 12 angeordnet ist. 18. Processing machine resp. Milling machine according to one of claims 16 or 17, characterized in that the third axis (X ', U') is arranged parallel to the X direction of the milling spindle (6) according to claim 12. 19. Bearbeitungsmaschine resp. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (21) um die zweite Achse (A', C') um +/- 50 bis 60 Grad drehbar ist, die Wippenschlitteneinheiten (18,19) entlang der dritten Achse (X', U') um + respektive-1200 bis 1800 mm und um-respektive + 80 bis 120 mm, bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, verschiebbar und um diese Achse (B', V') um + 50 bis 60 Grad, bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, drehbar ist, und dass die Wippe (21) senkrecht zur dritten <Desc/Clms Page number 26> Achse (W', Z') um-50 bis 60 mm respektive + 140 bis 150 mm, bezogen auf den Nullpunkt der Maschinenanordnung, verschiebbar ist. 19. Processing machine resp. Milling machine according to one of claims 16 to 18, characterized in that the rocker (21) about the second axis (A ', C') by +/- The rocker carriage units (18, 19) can be rotated 50 to 60 degrees along the third axis (X ', U') by + or-1200 to 1800 mm and by or respectively + 80 to 120 mm, based on the zero point of the machine arrangement, displaceable and about this axis (B ', V') by + 50 to 60 degrees, based on the zero point of the Machine arrangement, is rotatable, and that the rocker (21) perpendicular to the third <Desc / Clms Page number 26> Axis (W ', Z') by -50 to 60 mm or + 140 to 150 mm, based on the Zero point of the machine arrangement, is displaceable. 20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zur Herstellung einer Leit-oder Laufschaufel oder Turbinenschaufel, insbesondere einer Turbinenschaufel mit oder ohne Deckband mit einer Oberfläche im Bereich von N4 bis N5 bei Toleranzen von +-0,002 mm, einer Länge von im Bereich von 120 bis 2400 mm bei einem rotierenden Durchmesser von 50 bis 400 mm und einem Gewicht von 10 bis 400 kg. 20. Use of a device according to one of claims 11 to 19 for Production of a guide or rotor blade or turbine blade, in particular a turbine blade with or without a shroud with a surface in the range from N4 to N5 with tolerances of + -0.002 mm, a length of in the range 120 to 2400 mm with a rotating diameter of 50 to 400 mm and a weight of 10 to 400 kg. Priority Applications (2)
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