DE19538663B4

DE19538663B4 - Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten der Schaufeln des Läufers einer Turbine oder dergleichen

Info

Publication number: DE19538663B4
Application number: DE19538663A
Authority: DE
Inventors: Elias de Luis Eibar Vizcaino
Original assignee: Danobat SCL
Current assignee: Danobat SCL
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: IT1277264B1; ES2114778A1; ES2114778B1; GB2294418B; ITMI952126A1; ITMI952126A0; DE19538663A1; GB9521403D0; GB2294418A

Abstract

Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten von Schaufeln eines Läufers eines Strahltriebwerks oder dgl. mit
– einer numerischen Steuerung (CNC);
– einem Maschinenbett, auf welchem ein Schlitten (7) mit zwei gegenüberliegenden, verstellbaren Lagerböcken (5, 6) und einem Hochgeschwindigkeitsantrieb verfahrbar gelagert ist, zwischen welchen Lagerböcken (5, 6) der Läufer (3) um eine Längsachse drehbar gelagert ist, wobei das Maschinenbett (8) weiterhin eine Messeinheit (10) zur Prüfung des Profils der Schaufeln (4) des Läufers (3) aufweist, und
– einem Werkzeugsupport (1) mit zumindest einer drehbar gelagerten Schleifscheibe (2), welcher Werkzeugsupport (1) durch eine Verschiebeeinrichtung in wenigstens zwei zueinander senkrechte Richtungen linear verschiebbar ist und welcher eine Einrichtung zur Drehung der Schleifscheibe (2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugsupport (1) ein Mehrfachsupport mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Schleifscheiben (2) ist, welche aus verschiedenen Werkstoffen sind und unterschiedliche Schleifcharakteristika aufweisen, und dass der Mehrfachsupport (1) zusätzlich um eine Achse (1a) verdrehbar ist, wobei...

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.
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 Treibwerks direkt beeinflußt.
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.
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. 2 500 bis 3 000 U/min nehmen die Schaufeln unter Einwirkung der Fliehkraft ihre endgültige Betriebsstellung ein.
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.
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.
Schaufelspitzenschleifmaschinen mit einer Schleifscheibe, die über CNC oder andere computergestützte Verfahren positioniert werden, sind im Artikel Gowing, K: „Der letzte Schliff Schaufelspitzen-Schleifmaschine für Verdichter und Rotoren” im Industrieanzeiger 25/1989 und in der US-Patentschrift 4,501,095 offenbart.
Bis vor einiger Zeit wurden Schaufeln der genannten Art gewöhnlich aus Titan gefertigt, und ihre Bearbeitung konnte mit Schleifscheiben aus Aluminiumoxid erfolgen.
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.
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.
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.
Für Schleifmaschinen anderen Typs sind aus DE 40 15 554 A1 Schleifeinheiten bekannt, die zusätzlich zu mehreren Schleifspindeln noch eine Werkstücklade- und Entladeeinrichtung aufweisen.
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.
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.
Dieses Ziel wird erreicht mit einer Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1.
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 Arbeitsprofils zugeordnet sind.
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.
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.
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.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Schrägansicht einer Abrichtmaschine in einer Ausführungsform der Erfindung, mit einem mit zwei Schleifscheiben bestückten Werkzeugsupport,
2 eine zu einem Viertel aufgeschnittene Schrägansicht eines Läufers,
3 eine schematisierte Draufsicht auf die Zuordnung eines Mehrfach-Werkzeugsupports und einer Meßeinheit zu einem Läufer,
4 eine schematisierte Draufsicht auf die mit zwei Schleifscheiben arbeitende Abrichtmaschine nach 1, und
5 und 6 4 entsprechende Ansichten eines mit drei bzw. vier Schleifscheiben bestückten Supports.
Eine in 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 2 dargestellt.
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. 3 000 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 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.
In der in 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 Aluminiumoxidecheibe 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.
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 6 bzw. 6 dargestellt.

Claims

Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten von Schaufeln eines Läufers eines Strahltriebwerks oder dgl. mit – einer numerischen Steuerung (CNC); – einem Maschinenbett, auf welchem ein Schlitten (7) mit zwei gegenüberliegenden, verstellbaren Lagerböcken (5, 6) und einem Hochgeschwindigkeitsantrieb verfahrbar gelagert ist, zwischen welchen Lagerböcken (5, 6) der Läufer (3) um eine Längsachse drehbar gelagert ist, wobei das Maschinenbett (8) weiterhin eine Messeinheit (10) zur Prüfung des Profils der Schaufeln (4) des Läufers (3) aufweist, und – einem Werkzeugsupport (1) mit zumindest einer drehbar gelagerten Schleifscheibe (2), welcher Werkzeugsupport (1) durch eine Verschiebeeinrichtung in wenigstens zwei zueinander senkrechte Richtungen linear verschiebbar ist und welcher eine Einrichtung zur Drehung der Schleifscheibe (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugsupport (1) ein Mehrfachsupport mit wenigstens zwei drehbar gelagerten Schleifscheiben (2) ist, welche aus verschiedenen Werkstoffen sind und unterschiedliche Schleifcharakteristika aufweisen, und dass der Mehrfachsupport (1) zusätzlich um eine Achse (1a) verdrehbar ist, wobei zur Ausrichtung des Mehrfachsupports (1) die Verschiebeeinrichtung und die Drehung um die Achse (1a) durch die CNC-Steuerung in Abhängigkeit von dem durch die Messeinheit (10) gemessenen Profil der Schaufeln (4) gesteuert sind, und eine Auswahl der Schleifscheiben durch Drehung des Werkzeugsupports (1) um die Achse (1a) erfolgt.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfachsupport (1) Einrichtungen zur Prüfung und Korrektur des Profils einer jeden Schleifscheibe (2) aufweist.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung durch zwei in senkrecht zueinander verlaufende Richtungen bewegbare Schlitten gebildet ist.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtungen zur automatischen Auswahl der für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang der Schaufeln (4) geeigneten Schleifscheibe (2) aufweist.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsposition einer jeden Schleifscheibe (2) durch die CNC-Steuerung in Abhängigkeit vom Profil der Schleifscheibe (2) und dem Profil der Schaufeln (4) des Läufers (3) steuerbar ist.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfachsupport (1) mit drei Schleifscheiben (2) jeweils aus verschiedenen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken bestückt ist.
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfachsupport (1) mit vier Schleifscheiben (2) jeweils aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken bestückt ist.