CN103118836A - 调整涡轮机叶片根部轮廓的方法和机床 - Google Patents

Abstract

本发明申请涉及一种用于调整涡轮机叶片根部(4)的预定轮廓的方法，所述叶片根部包括由确定的内角限定的主突出边缘。根据本发明，执行以下连续步骤：A)对所述轮廓的主边缘进行倒角，以获得两个辅助的突出边缘，所述辅助的突出边缘的相关内角分别大于主边缘的内角；B)对所获得的辅助边缘进行钝化，以对所述叶片根部(4)的轮廓进行微调。

Description

调整涡轮机叶片根部轮廓的方法和机床

技术领域

本发明涉及调整部件的领域。具体来讲，本发明涉及调整涡轮机叶片根部轮廓的方法，所述叶片根部轮廓包括由预定内角限定的主突出边缘。

背景技术

在下文中，

“突出边缘”应当被理解为待调整的叶片根部的两个表面的交线所形成的线；

“突出边缘的内角”应当被理解为在形成所述边缘的两个表面之间限定出的角；

“复杂轮廓”应当被理解为具有连续的峰和谷的弯曲线。

已知的是，在涡轮叶片根部的加工过程之后，根部的每个外形由具有突出边缘(与其相关的内角为直角)的轮廓所限定，而该突出边缘必须在调整过程中被去除。

在现有方式中，对叶片根部的调整是由合格的操作人员手工进行的，操作人员例如采用硬质合金铣削刀头和刷子对叶片根部的外形的复杂轮廓进行成形，以使突出边缘钝化成圆弧或者圆形(这种调整也被叫做“修圆”)。

不过，由于这种调整过程是人工操作的，同一操作人员所调整的不同的叶片根部的尺寸通常不同，通常会在所获得的修圆(在对突出边缘进行铣削和刷洗清理之后)中发现这种差异，不同叶片之间的尺寸有所不同(在调整的叶片根部之间，修圆的半径会不同)。

而且，当叶片根部没有被充分调整或没有被精确调整时(例如，突出边缘没有被充分钝化时)，这会影响叶片根部的在调整过程之后的制造过程。例如，由于喷射钢丸中的一部分会被没有正确处理的钝化边缘偏转，作用在外形轮廓的突出边缘没有被充分修圆的已调整叶片根部的喷丸硬化过程会受到影响。

另外，叶片根部的尺寸并不完全相同的事实使将叶片安装在高压涡轮的相应支撑盘上变得更加困难。

而且，调整过程由人工完成，增大了叶片根部的整体制造成本。另外，这种生产过程会频繁地导致操作人员出现生理创伤，主要是骨肌障碍(musculoskeletal disorder，MSD)。

除了上述缺陷，在叶片根部经过调整之后依然存在突出边缘的情况下，这会在与所述叶片根部啮合的部件上产生裂缝，还会导致这些部件出现故障。

因此，人们尝试缓解上述缺陷，现有的实践有采用六轴机械臂以自动地执行叶片根部的外形轮廓调整。

不过，对这种机械臂进行编程是非常冗长的，而且，对操作人员的动作的复制通常也没有达到完美的状态。另外，由于机械臂的成本很高，这种自动调整是不适于大多数情况的。

发明内容

本发明的目的是解决这些缺陷。为了实现这个目的，根据本发明，所述方法用于调整涡轮机叶片根部的预定轮廓，该涡轮机叶片根部包括由确定的内角所限定的主突出边缘，所述方法的特征在于执行下列连续步骤：

A、对轮廓的主边缘做倒角处理，以获得两个辅助的突出边缘，这两个辅助的突出边缘的相关内角分别大于主边缘的内角；以及

B、对所获得的辅助边缘进行钝化处理，以对叶片根部的轮廓进行微调。

从而，利用本发明，形成在主突出边缘上的倒角形成了两个辅助边缘，这两个辅助边缘相对于主突出边缘没那么尖锐，使得去除这些边缘变得非常容易。无论在主边缘上形成的倒角的深度有多深，本发明的调整过程使轮廓的限定在与之垂直的面上的弯曲上产生直线部分(也被称为倒角线)。倒角的深度越大，倒角线越长。而且，当去除两个辅助边缘时，倒角线至少部分地被缩短。从而，轮廓的限定在与之垂直的面上的弯曲具有可接受的修圆形状。

根据按照本发明的一个实施例，尽管步骤A和步骤B可以由人工执行，但有利地可以用自动化方式执行这些步骤，这使得可以在叶片根部的所有一个或多个轮廓上获得一致的调整。而且，可以在多个相同的叶片根部上严格地再现本发明的调整过程，然后，这些叶片根部具有相似的已调整轮廓。另外，减少了操作人员的介入程度(例如，将所讨论的叶片根部放置在合适的凹槽上)，从而降低了操作人员产生骨肌障碍的危险。

优选地，事先夹紧待调整的叶片根部。

另外，有利地可以将叶片根部夹紧到被固定得绕轴线旋转的装置上，使得可以更容易地进行本发明的调整过程。

再一次优选的是，在已经夹紧叶片根部之后，在执行步骤A之前，探测叶片根部的预定轮廓，以在轮廓上确定倒圆步骤A开始的预定起点。

另外，在本发明的一个实施例中，辅助边缘各自的相关内角是相同的。

而且，作为示例性而非限定性的实例，主边缘和辅助边缘的内角分别等于90°和135°。

在根据本发明的另一个实施例中，通过刷洗辅助边缘来执行步骤B。

可以采用具有弯曲刷毛的圆形旋转刷执行这种刷洗步骤B。

例如，圆形刷的弯曲刷毛可以由尼龙制成，尽管仍然可以想到采用任何理想的其他材料。

而且，圆形刷有利地由纵轴驱动旋转，该纵轴一方面基本上垂直于夹紧刷毛的总体方向，另一方面基本上垂直于辅助边缘中的每一个边缘的当前被刷洗的部分。从而，圆形刷的刷毛在基本上平行于每一个辅助边缘的旋转平面上旋转。通过夹紧刷的刷毛特别使得以这种方式布置的圆形刷的刷洗是可行的。

而且，本发明还涉及一种用于调整涡轮机叶片根部的预定轮廓的机床，所述涡轮机叶片根部包括由确定的内角限定的主突出边缘，所述机床的特征在于，其包括：

用于对轮廓的主边缘进行倒角的倒角装置，以获得两个辅助的突出边缘，所述两个辅助的突出边缘的相关内角分别大于主边缘的内角；

用于对所获得的辅助边缘进行钝化的钝化装置，以对所述叶片根部的轮廓进行微调；以及

用于对所述倒角装置和钝化装置进行自动控制的自动控制装置。

从而，在叶片根部的所讨论的轮廓上所获得的倒角是一致的，在整个轮廓上以基本上相同的方式对辅助边缘进行钝化。而且，可以在多个叶片根部上同样重复这种调整，以获得具有已调轮廓基本上彼此相似的部件。

当然，作为本发明的变型实施例，可以由合格的操作人员人工控制倒角装置和钝化装置。

而且，机床优选地包括安装装置，该安装装置被安装得绕轴线旋转，待调整的叶片根部夹紧到该安装装置，该安装装置可以包括至少一个可拆卸的夹紧模具，该夹紧模具适于夹紧待调整的叶片根部。

这种类型的夹紧模具可以包括设计为按压待调整叶片根部的接触部件。

附图说明

附图清楚地解释了如何实施本发明，在这些附图中，用相同的附图标记来标识相似或相同的部件。

图1是根据本发明的用于调整加工出的涡轮机叶片根部的一个或多个轮廓的机床的简要视图；

图2以从上方观察的透视图的形式示出了高压涡轮机的叶片根部的外形，该外形的轮廓已经被根据本发明的图1的机床调整过；

图3至图5分别示出了叶片根部的外形轮廓在根据本发明的倒角前(图3)、在倒角后(图4)以及在刷洗后(图5)的弯曲；

图6以示意性透视图的方式示出了用于夹紧叶片以使之容纳在集成在图1中的机床中的移动部件支撑上的模块的实例；

图7A和图7B分别以示意性透视图的方式示出了图6的夹紧模块的两个承压面壳体和吸气面壳体。

具体实施方式

图1以示意图的方式示出了根据本发明的用于调整已加工的涡轮机叶片根部的轮廓的数控机床1。

在下文中，作为示意性而非限定性的实施例，考虑了用于飞机发动机的高压涡轮机叶片5的根部4的外形3的复杂轮廓2的调整(图2)。

另外，在该实例中，在调整之前，叶片根部4的外形3的轮廓2具有主突出边缘6，该突出边缘的内角α实质上是直角(即，等于90°)。换句话说，轮廓的限定在与其垂直的平面上的弯曲具有直角(图3)。

如图1所示，本发明的机床1包括如下装置：

夹紧装置7，用于将叶片5夹紧到机床1上，该夹紧装置被安装得可以绕纵轴L旋转；

探测装置8(下文称之为探针)，用于探测被夹紧叶片5的根部的外形的预定轮廓2，以检测该轮廓2的预先确定的起点O(见图2)；

倒角装置9，用于从检测到的起点O开始对叶片根部4的轮廓2的主边缘6进行倒角，以获得两个辅助的突出边缘10，这两个辅助的突出边缘的相关内角β分别大于主边缘6的内角α(图4)；

刷洗装置11，用于对倒角后获得的辅助边缘10进行刷洗，以对叶片根部4的外形的轮廓2进行微调；以及

自动控制装置12，用于对夹紧装置7、探针8、倒角装置9以及刷洗装置11进行自动控制，夹紧装置7、探针8、倒角装置9以及刷洗装置11分别通过连接线L1、L2、L3和L4连接至自动控制装置12。

如图1所示，自动控制装置包括人机界面13，合格的操作人员可以通过该人机界面配置用于调整叶片根部4的轮廓2的程序。这种存储在自动控制装置12的存储器中的程序包括运动和/或动作指令序列。

在配置调整程序的过程中，操作人员将倒角装置9要遵循的轨迹特征定义为叶片根部4的轮廓2的函数。轨迹的起点由探针在叶片根部4上检测的预定起点O确定。

而且，如图1所示，夹紧装置7包括矩形移动支撑15，该矩形移动支撑设计为绕纵轴L旋转。该支撑15包括多个相同的形成在其上的凹槽16，这些凹槽用来在任何情况下容纳一个可移动的夹紧模块21(每个凹槽具有与夹紧模块21互补的形状)。例如，图1示出了四个凹槽16，使得支撑15可以容纳四个夹紧模块21(从而可以调整四个叶片5)。

另外，如图6、7A和7B所示，每个被设计为牢固夹持叶片5的夹紧模块21包括两个补充的壳体22和23，这两个壳体分别用来压在叶片5的承压面和吸气面，以抓紧叶片5的机翼5A。在下文中，壳体22和23(起夹持臂的作用)分别被称为承压面壳体和吸气面壳体。

壳体22和23通过铰链24彼此铰接在一起，使得夹紧模块21可以打开，以容纳叶片5，反过来，使夹紧模块21关闭并夹住叶片5。一旦叶片处于正确的位置上，安装在承压面壳体22上用来旋入吸气面壳体23上的相应孔26的紧固螺钉25使得可以结合承压面壳体22和吸气面壳体23的自由端22A和23A。从而，叶片可以被夹紧模块21夹紧。

承压面壳体22具有三个从它的内表面22B突出的凸缘27A(还被称为接触构件)，这些凸缘用来压在叶片5的承压面。

同样，吸气面壳体23具有三个从它的内表面23B突出的凸缘27A，这些凸缘用来压在叶片5的吸气面。换句话说，夹紧模块21具有六个内部凸缘27A，这些凸缘形成了六个小的接触面与叶片5接触，从而减小了叶片材料再结晶的风险。

应当注意的是，内部凸缘27A中的至少一些凸缘的端部的形状可以确定为与叶片5的相应表面(承压面或吸气面表面)完全匹配。

在该实例中，凸缘27A被安装得可以从壳体22和23中移除，以便可以调整这些凸缘或者可以用其他类型的适于其他形状叶片的凸缘来替换这些凸缘。换句话说，在这种情况下，通过简单地调整和/或替换内部凸缘，夹紧模块21可以适应各种叶片形状。

另外，吸气面壳体23具有外部凸缘27B，外部凸缘27B从吸气面壳体23的一个外表面上突出，叶片5的根部4支撑在该外部凸缘上。

通过夹紧模块21，待调整的叶片根部4的外形3的轮廓2突出地放置，从而，对于下文所述的调整过程的目的而言是可被接触到的。

另外，夹紧模块21具有两个分被形成在壳体22和23的壁上的去除部分28。每个去除部分28可以容纳锁定片29的自由端，锁定片29安装得在其另一个端部可以绕移动支撑15的凹槽16的边缘中的一个边缘枢转。

从而，待调整的叶片5事先被固定在夹紧模块21上，并被正确定位。

然后，夹紧模块21容纳在支撑15的一个凹槽16中，相应的锁定片29已经被清除。为了将夹紧模块21固定在支撑15上，使锁定片29进入模块21的相应的去除部分28中。

而且，在图1的实例中，探针8具有安装在移动块8B上的探头8A。

探针8的移动块8B被设计为沿三个相互垂直的轴线X、Y、Z移动。轴线X和轴线Y的方向定义了移动块8B的水平移动面，而轴线Z的方向定义了移动块8B的垂直移动面。

有利地，支撑15的旋转纵轴L被布置得垂直于轴线Z。当然，轴线X、Y、Z和L的其他配置也是可以想象到的。

探针8使得可以通过将倒角装置9重新定位在为每个待调整的叶片根部4预先定义的起点O上来校准调整程序，这反过来使得可以考量不同叶片根部上的尺寸偏差。

另外，在该实例中，倒角装置9采用了铰刀9A(例如硬质合金铣削刀头)，铰刀9A的顶锥角θ等于90°。铰刀9A安装在移动块9B上，类似于探针8的安装，使得铰刀9A还可以沿三个轴线X、Y、Z移动。

在倒角步骤之前，由自动控制装置12自动控制的铰刀9A有利地定位在预定的起点O，垂直于待调整的叶片根部4的外形3。从而，如图4所示，倒角产生了辅助边缘10，相关的内角β是相同的，等于135°。

而且，产生的倒角18的深度在调整程序的配置过程中预先确定，倒角的深度对应于主边缘6的顶点和斜边边缘19之间的垂直于斜边的距离。

如图4和图5所示，不管所产生的倒角18的深度P的深度如何，根据本发明的倒角在与该倒角垂直的平面所限定的轮廓2的弯曲上在产生了直的倒角线20，该倒角线20的长度比倒角18的深度P大。然后，刷洗辅助边缘10使得可以缩短倒角线20。

另外，刷洗装置20包括圆形旋转刷11A，圆形旋转刷11A具有弯曲刷毛，圆形旋转刷由垂直于弯曲刷毛总体方向的纵向驱动轴11B驱动旋转。

另外，在图1的实例中，驱动轴11B基本上平行与轴线Z。由刷子11A和驱动轴11B所形成的组件安装在移动块11C上，该安装类似于探针8的安装，使得刷子可以沿轴线X、Y、Z移动。

在所述的实例中，可以沿轴线X、Y、Z移动的刷洗装置11和安装得绕纵轴L移动的夹紧装置7的组合使得可以精确地调整刷子11A相对于辅助边缘10的相对位置，以保持刷子11A的弯曲刷毛的旋转面基本上平行于每个辅助边缘10的当前被刷洗的部分。实际上，通过旋转移动支撑15，可以调整待刷洗的外形3的轮廓2相对于刷子11A的旋转面的倾斜。

从而，根据本发明的机床有利地只具有四个轴的运动(X、Y、Z、L)，使得可以极大地简化机床的设计和生产。

而且，如图3所示，一旦执行了倒角步骤和刷洗步骤，缩短了倒角线20，外形3的轮廓2在垂直于所述轮廓2上的弯曲具有实质上的修圆形状。

通过本发明，在叶片根部4的外形3的轮廓2上所获得的倒角18是一致的，辅助边缘10在整个轮廓2上以基本上相同的方式被钝化。

而且，机床1可以在多个叶片根部上同样地重复上述倒角和刷洗过程，以获得具有彼此实质上相似的已调整轮廓的叶片根部。从而，安装高压涡轮机的过程变得容易，同时，由于降低了这些部件出现故障的危险，改善了所述涡轮机的可靠性。

另外，本发明意味着，只需要对待调整的叶片根部进行一次这些处理(相对于人工执行的调整过程)，这使得可以减少调整所需要的时间。

另外，应当注意到，根据上文所述的刷洗过程，不需要执行倒角处理，本发明的机床1同样可以用于刷洗叶片根部的一个或多个部分。

Claims (9)

1.一种用于调整涡轮机叶片根部(4)的预定轮廓的方法，所述预定轮廓包括由确定的内角(α)限定的主突出边缘(6)，所述方法的特征在于，执行以下连续步骤：

A、对所述轮廓(2)的主边缘进行倒角，以获得两个辅助的突出边缘(10)，所述辅助的突出边缘的相关内角(β)分别大于主边缘(6)的内角(α)；

B，对所获得的辅助边缘(10)进行钝化，以对所述叶片根部(4)的轮廓(2)进行微调。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A和步骤B是自动执行的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，待调整的叶片根部(4)实现被夹紧到装置(7，15，16，21)，这些装置被安装得绕轴线(L)旋转。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在执行步骤A之前，检测所述叶片根部(4)的预定轮廓(2)，以确定在所述轮廓(2)上开始步骤A的倒角过程的预定起点(0)。

5.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的方法，其中，在执行步骤A之后所获得的辅助边缘(10)各自的相关内角(β)是相同的。

6.根据权利要求1至5中的任何一项权利要求所述的方法，其中，通过用具有弯曲刷毛的圆形旋转刷(11A)刷洗所述辅助边缘(10)来执行步骤B，所述圆形旋转刷由纵轴(11B)驱动旋转，所述纵轴一方面大致垂直于所述弯曲刷毛的总体方向，另一方面垂直于每个辅助边缘(10)的当前被刷洗的部分。

7.一种用于调整涡轮机叶片根部(4)的预定轮廓(2)的机床，所述预定轮廓包括由确定的内角(α)限定的主突出边缘(6)，所述机床的特征在于其包括：

用于对所述轮廓(2)的主边缘(6)进行倒角的倒角装置(9)，以获得两个辅助的突出边缘(10)，所述两个辅助的突出边缘的相关内角(β)分别大于主边缘(6)的内角(α)；

用于对所获得的辅助边缘进行钝化的钝化装置(11)，以对所述叶片根部(4)的轮廓(2)进行微调；以及

用于对所述倒角装置(9)和钝化装置(11)进行自动控制的自动控制装置(12)。

8.根据权利要求7所述的机床，其特征在于包括装置(7，15，16，21)，这些装置被安装得绕轴线(L)旋转，待调整的所述叶片根部(4)被夹紧到这些装置，这些装置包括至少一个可拆卸的适于夹紧待调整的叶片根部(4)的夹紧模块(21)。

9.根据权利要求8所述的机床，其特征在于，所述夹紧模块(21)包括设计为按压待调整的叶片根部(4)的接触构件(27A，27B)。

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