DE19538663A1 - High-speed dressing machine for machining the blades of the rotor of a turbine or the like - Google Patents
High-speed dressing machine for machining the blades of the rotor of a turbine or the likeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochgeschwindigkeits- Abrichtmaschine zum Bearbeiten der Schaufeln des Läufers eines Strahltriebwerks od. dergl. und richtet sich insbesondere auf die Ausführung eines Werkzeugsupports für eine solche Maschine.The invention relates to a high-speed Dressing machine for machining the blades of the rotor a jet engine or the like. and is directed in particular on the execution of a tool support for a such machine.
Bei Verdichter- und Turbinenläufern von Strahltriebwerken handelt es sich um äußerst wertvolle Baugruppen. Sie sind mit einer Vielzahl von Schaufeln bestückt, welche in axial aufeinander folgenden Schaufelkränzen progressiv variablen Durchmessers angeordnet sind und in Umfangsrichtung ein genau festgelegtes Profil aufweisen, welches sowohl die Leistung als auch die Geräuschentwicklung des Triebwerks direkt beeinflußt.For compressor and turbine rotors of jet engines it is extremely valuable assemblies. you are equipped with a large number of blades, which in axial successive vane rings progressively variable Are arranged in diameter and in the circumferential direction have precisely defined profile, which both the Performance as well as the noise of the engine directly influenced.
In älteren Ausführungen von Läufern der genannten Art waren die Schaufeln starr in einer jeweiligen Tragscheibe verankert oder einstückig mit einer solchen ausgebildet. Das Abrichten des Umfangsprofils der Schaufeln konnte dabei in der Weise erfolgen, daß der Läufer langsam oder schrittweise in Drehung versetzt wurde, um die einzelnen Schaufeln nacheinander zu bearbeiten.In older versions of runners of the type mentioned were the blades rigidly anchored in a respective support disk or integrally formed with one. Dressing the circumferential profile of the blades could in the Way that the runner slowly or gradually in Rotation was added to the individual blades one after the other to edit.
Bei den Läufern von modernen Strahltriebwerken ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da deren Schaufeln nicht starr befestigt, sondern schwimmend gelagert sind. Im Stillstand oder bei langsamer Drehung des Läufers können die Schaufeln daher in Radialrichtung zurückweichen. Erst bei höheren Drehzahlen von ca. 2500 bis 3000 U/min nehmen die Schaufeln unter Einwirkung der Fliehkraft ihre endgültige Betriebsstellung ein. This is the case with the runners of modern jet engines The method cannot be used because their blades are not rigid attached, but are floating. At standstill or if the rotor rotates slowly, the blades can therefore retreat in the radial direction. Only at higher ones The blades reach speeds of approx. 2500 to 3000 rpm their final operating position under the influence of centrifugal force on.
Für die Erzielung der größtmöglichen Maßhaltigkeit am Umfangsprofil der Schaufeln muß die Bearbeitung deshalb bei hohen Drehzahlen des Läufers erfolgen, um zu gewährleisten, daß sich die Schaufeln im Angriffsbereich des Abrichtwerkzeugs in der Betriebsstellung befinden.To achieve the greatest possible dimensional accuracy on the circumferential profile the blades must therefore be processed high speeds of the rotor to ensure that the blades are in the area of attack of the dressing tool are in the operating position.
Auf diese Weise ist eine beträchtlich höhere Präzision erzielbar als bei Anwendung anderer bekannter Verfahren. Insbesondere läßt sich damit der Abstand zwischen den freien Endflächen der Schaufeln und der Innenwand des Gehäuses sehr genau einstellen. Dieser Abstand steht in direkter Beziehung zur Leistung, zum Brennstoffverbrauch und zur Geräuschentwicklung eines Triebwerks.In this way, considerably higher precision can be achieved than using other known methods. Especially it can be the distance between the free End faces of the blades and the inner wall of the housing are very adjust exactly. This distance is directly related on performance, fuel consumption and noise of an engine.
Bis vor einiger Zeit wurden Schaufeln der genannten Art gewöhnlich aus Titan gefertigt, und ihre Bearbeitung konnte mit Schleifscheiben aus Aluminiumoxid erfolgen.Until recently, blades of the type mentioned were usually made of titanium, and their processing could with aluminum oxide grinding wheels.
Seit einiger Zeit werden jedoch Schaufeln verwendet, welche mit einer Oberflächenbeschichtung aus Aluminiumoxid versehen sind, so daß ihre Bearbeitung mit Schleifscheiben aus dem gleichen Material nicht möglich ist. Sie erfordern stattdessen die Verwendung von Diamantschleifscheiben, welche ihrerseits jedoch nicht für die Bearbeitung von Schaufeln aus Titan geeignet sind.However, blades have been used for some time, which provided with a surface coating made of aluminum oxide are, so that their processing with grinding wheels from the same material is not possible. They require instead the use of diamond grinding wheels, which in turn, however, not for the machining of blades made of titanium are suitable.
Aus dieser Notwendigkeit, jeweils eine von zwei Schleifscheiben an sich bekannter Art zu verwenden, ergeben sich beträchtliche Probleme, welche darauf beruhen, daß der Werkzeugsupport bekannter Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschinen jeweils nur mit einer Schleifscheibe bestückbar ist, so daß die Schleifscheibe für die Bearbeitung von Schaufeln aus verschiedenen Werkstoffen jeweils ausgewechselt werden muß. Dies ist nicht allein bei der Umstellung von der Bearbeitung eines Läufers auf die eines anderen notwendig, sondern gegebenenfalls auch bei der Bearbeitung eines einzigen Läufers, wenn dieser mit Schaufelkränzen aus verschiedenen Werkstoffen bestückt ist.For this need, one of two grinding wheels to use in a known manner arise considerable problems due to the fact that the Tool support for well-known high-speed dressing machines Can only be equipped with one grinding wheel each is so that the grinding wheel for machining Buckets made of different materials replaced must become. This is not the only change from processing one runner to another, but also when processing of a single runner, if this one with shovel rings different materials.
Abgesehen von den Zeitverlusten beim Auswechseln der Schleifscheiben und bei der Neueinstellung der Arbeitsparameter ergibt sich dabei als besonders schwerwiegender Nachteil der Verlust an Präzision durch den wiederholten Aus- und Einbau des Werkzeugs - bei einer geforderten Bearbeitungstoleranz in der Größenordnung von 5 µm. Bei derartig engen Bearbeitungstoleranzen sollte selbstverständlich mit allen Mitteln vermieden werden, den Erfolg der Bearbeitung zu gefährden, etwa durch Auswechseln der Schleifscheiben, da es absolut widersinnig wäre, eine hohe Präzision zu fordern und sie dann auf diese Weise zunichte zu machen.Apart from the loss of time when changing the grinding wheels and when resetting the work parameters arises as a particularly serious disadvantage the loss of precision due to repeated Installation of the tool - with a required machining tolerance in the order of 5 µm. With such a tight Machining tolerances should of course apply to everyone Means to avoid the success of editing endanger, for example by changing the grinding wheels, because it would be absolutely absurd to demand high precision and then destroy them in this way.
Weiterhin ist in Betracht zu ziehen, daß die technische Entwicklung auf die Verwendung neuer Werkstoffe für solche Schaufeln gerichtet ist, für deren Bearbeitung dann andere Schleifscheiben als die genannten Aluminiumoxid- und Diamantscheiben notwendig werden könnten.It should also be considered that technical development on the use of new materials for such Buckets is directed, others to process them Grinding wheels as the mentioned aluminum oxide and diamond wheels might be necessary.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Hochgeschwindigkeits- Abrichtmaschine für die spanende Bearbeitung und Vermessung des Umfangsprofils der Schaufeln des Läufers eines Strahltriebwerks od. dergl., mit einer auf bis zu zehn Achsen wirksamen numerischen Steuerung (CNC), einer im wesentlichen unabhängigen Steuerung zum Auswuchten des Läufers, einem Antrieb, mittels dessen der Läufer mit einer Drehzahl von bis zu 4000 U/min oder mehr in Drehung versetzbar ist und welcher zusammen mit diesem auf einem entlang einem Maschinenbett verfahrbaren Schlitten angeordnet ist, mit am Maschinenbett angeordneten Einrichtungen für die Prüfung des bearbeiteten Profils, und mit einem Werkzeugsupport, welcher mit Einrichtungen für lineare Verschiebungen und Verdrehbewegungen sowie mit Einrichtungen für den Antrieb einer zugeordneten Schleifscheibe und die Korrektur des Profils derselben versehen ist. An object of the invention is to provide a high speed Dressing machine for machining and Measurement of the circumferential profile of the blades of the rotor a jet engine or the like, with one to up to ten Axis effective numerical control (CNC), one in the essential independent control for balancing the Runner, a drive by means of which the runner with a Speed of up to 4000 rpm or more can be rotated and which one along with it arranged a machine bed movable carriage is, with facilities arranged on the machine bed for checking the processed profile and with a tool support, which with facilities for linear displacements and twisting movements and with devices for the drive of an assigned grinding wheel and the correction the profile of the same is provided.
Gemäß der Erfindung ist der Werkzeugsupport einer solchen Abrichtmaschine als Mehrfachsupport ausgebildet und trägt wenigstens zwei Schleifscheiben aus verschiedenen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken für die Bearbeitung von jeweils andere Material- oder sonstige Eigenschaften aufweisenden Schaufeln eines Läufers od. dergl., wobei der Werkzeugsupport mit Einrichtungen für die automatische Auswahl der für einen jeweiligen Bearbeitungsvorgang geeigneten Schleifscheibe sowie zum Ausrichten der ausgewählten Schleifscheibe in der Arbeitsstellung versehen ist und jeder Schleifscheibe eigene Einrichtungen für die Prüfung und Korrektur ihres Arbeitsprofiles zugeordnet sind.According to the invention, the tool support is one Dressing machine designed and supported as a multiple support at least two grinding wheels made of different materials and with different grinding characteristics for the processing of other material or other Shovels of a rotor or the like which have properties, the tool support with facilities for automatic Selection of for a particular machining process suitable grinding wheel and for aligning the selected one Grinding wheel is provided in the working position and each grinding wheel has its own testing facilities and correct your work profile.
Die Verwendung eines solchen Mehrfachsupports mit mehreren selektiv einsetzbaren Schleifscheiben bietet eine vollständige und sinnvolle Lösung für das vorstehend angesprochene Problem, da sie die Umstellung von einer Schleifscheibe auf eine andere während eines Bearbeitungsvorgangs ermöglicht, und zwar ohne den Ab- und Anbau der Werkzeuge, sondern lediglich durch einfaches Verdrehen des Mehrfachsupports bis in eine Stellung, in welcher sich die für die Bearbeitung ausgewählte Schleifscheibe in der Arbeitsstellung befindet.The use of such multiple support with multiple selectively usable grinding wheels offers a complete and sensible solution to the above Problem since they are switching from a grinding wheel to enables another during a machining operation, without removing and attaching the tools, but only by simply turning the multiple support up to a position in which the one selected for processing Grinding wheel is in the working position.
Dabei wird die Präzision, mit welcher die Maschine zuvor eingestellt wurde, in keiner Weise beeinträchtigt, und darüber hinaus treten keine Zeitverluste auf, wie dies beim Ab- und Anbau verschiedener Schleifscheiben in aufwendiger Handarbeit der Fall ist.The precision with which the machine previously works was discontinued in any way, and beyond there is no loss of time, as is the case with and attachment of various grinding wheels in elaborate manual work the case is.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können im Hinblick auf zukünftige, noch vielseitigere Anforderungen drei oder bis zu vier Schleifscheiben in einem und demselben Werkzeugsupport gelagert sein.In various embodiments of the invention With regard to future, even more diverse requirements three or up to four grinding wheels in one and the same Tool support must be stored.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt The following are exemplary embodiments of the invention the drawing explained. It shows
Fig. 1 eine Schrägansicht einer Abrichtmaschine in einer Ausführungsform der Erfindung, mit einem mit zwei Schleifscheiben bestückten Werkzeugsupport, Fig. 1 is a perspective view of a dressing machine in an embodiment of the invention, with a equipped with two grinding wheels tool support,
Fig. 2 eine zu einem Viertel aufgeschnittene Schrägansicht eines Läufers, Fig. 2 is a cut-away oblique view of a quarter of a runner,
Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf die Zuordnung eines Mehrfach-Werkzeugsupports und einer Meßeinheit zu einem Läufer, Fig. 3 is a schematic plan view of the assignment of a multi-tool rest and a measuring unit to a runner,
Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf die mit zwei Schleifscheiben arbeitende Abrichtmaschine nach Fig. 1, und Fig. 4 is a schematic plan view of the dressing machine working with two grinding wheels according to Fig. 1, and
Fig. 5 und 6 Fig. 4 entsprechende Ansichten eines mit drei bzw. vier Schleifscheiben bestückten Supports. Fig. 5 and 6, Fig. 4 are corresponding views of a populated with three or four wheels support.
Eine in Fig. 1 dargestellte Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine dient der genauen Bearbeitung und Vermessung des Umfangsprofils der Schaufeln 4 des Läufers 3 des Verdichters oder der Turbine eines Strahltriebwerks wie in Fig. 2 dargestellt.A high-speed dressing machine shown in FIG. 1 is used for the precise machining and measurement of the circumferential profile of the blades 4 of the rotor 3 of the compressor or the turbine of a jet engine, as shown in FIG. 2.
Die Maschine hat ein Maschinenbett 8 mit einem verfahrbar darauf gelagerten Schlitten 7, welcher einen ersten und einen zweiten Lagerbock 5 bzw. 6 für die drehbare Lagerung des vorderen bzw. des hinteren Endes des Läufers 3 trägt. Mittels eines zunächst dem Lagerbock 5 auf dem Schlitten 7 angeordneten Antriebs 9 ist der Läufer 3 mit einer Drehzahl von ca. 3000 U/min in Drehung versetzbar. Bei dieser Drehzahl nehmen die Schaufeln 4 durch Fliehkraftwirkung eine ihrer Betriebsstellung entsprechende ausgestreckte Stellung ein, in welcher eine zuvor ausgewählte Schleifscheibe 2 an ihnen angreifen kann. Im Betrieb der Maschine bewegt sich ein die Schleifscheibe 2 tragender Support 1 schrittweise in Axialrichtung fort, wie in Fig. 3 durch gestrichelt dargestellte Stellungen der Schleifscheibe 2 angedeutet. Im wesentlichen gleichzeitig damit bewegt sich eine auf dem Maschinenbett gelagerte Meßeinheit 10 in Axialrichtung fort. The machine has a machine bed 8 with a carriage 7 movably mounted thereon, which carries a first and a second bearing block 5 or 6 for the rotatable mounting of the front or rear end of the rotor 3 . By means of a drive 9 initially arranged on the bearing block 5 on the carriage 7 , the rotor 3 can be set in rotation at a speed of approximately 3000 rpm. At this speed, the blades 4 assume, by centrifugal force, an extended position corresponding to their operating position, in which a previously selected grinding wheel 2 can act on them. During operation of the machine, a support 1 carrying the grinding wheel 2 moves gradually in the axial direction, as indicated in FIG. 3 by the positions of the grinding wheel 2 shown in broken lines. Essentially simultaneously with this, a measuring unit 10 mounted on the machine bed moves in the axial direction.
In der in Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine ist der Werkzeugsupport als Mehrfachsupport 1 ausgebildet und mit zwei Schleifscheiben 2 bestückt, welche durch einfache Drehung des Supports 1 um seine Achse 1a selektiv in der Arbeitsstellung ausrichtbar sind. Dabei kann eine Schleifscheibe eine Aluminiumoxidscheibe für die Bearbeitung von Schaufeln 4 z. B. aus Titan sein, und die andere eine Diamantschleifscheibe für die Bearbeitung von aus Aluminiumoxid gefertigten oder damit beschichteten Schaufeln.In the embodiment of the high-speed dressing machine shown in FIGS. 1, 3 and 4, the tool support is designed as a multiple support 1 and is equipped with two grinding wheels 2 , which can be selectively aligned in the working position by simply rotating the support 1 about its axis 1 a. Here, a grinding wheel can be an aluminum oxide wheel for processing blades 4 z. B. be made of titanium, and the other a diamond grinding wheel for machining blades made of aluminum oxide or coated with it.
Die beschriebene Ausführungsform des Werkzeugsupports 1 mit zwei Schleifscheiben 2 genügt den gegenwärtig gestellten Ansprüchen. Um sich möglicherweise in der Zukunft stellenden Ansprüchen zu genügen, ist vorgesehen, einen Support mit drei oder vier Schleifscheiben 2 zu bestücken, wie in Fig. 6 bzw. 6 dargestellt.The described embodiment of the tool support 1 with two grinding wheels 2 meets the requirements currently set. In order to possibly meet future requirements, provision is made for equipping a support with three or four grinding wheels 2 , as shown in FIGS. 6 and 6 .
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| R006 | Appeal filed | ||
| R008 | Case pending at federal patent court | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |