CN107378542B - 用于在机加工操作期间保持复杂形状零件的固定器 - Google Patents

Abstract

描述了一种固定器，其用于在笔直边缘上执行机加工操作期间，定位零件的弯曲表面的笔直边缘并将该零件保持在固定位置。固定器包括：用于安放零件的凸弯曲表面（2）的一个或多个支撑件（10a、10b）；一个或多个可拆卸端部止动件（11），其设置成在与支撑件（10a、10b）所处的平面正交的平面内延伸，并且在使用中笔直边缘（3）能够抵靠该端部止动件（11）对齐；以及夹，其设置成在使用中推动凸弯曲表面（3）抵靠支撑件（10a、10b），使得笔直边缘（3）接触支撑件（10a、10b），而不对笔直边缘（3）产生阻碍。

Description

用于在机加工操作期间保持复杂形状零件的固定器

技术领域

本发明涉及对复杂形状零件的表面的精确机加工。更具体地，本发明涉及固定器，其用于在使要机加工的表面可接近的同时将这样的零件牢固地保持就位。本发明具有对翼型（例如涡轮叶片）的后边缘进行机加工的具体应用（但不严格限制于此）。

背景技术

在燃气涡轮发动机的涡轮级中，存在与翼型的后边缘的空气动力学相关联的大量效率损失。公知的是，如果后边缘能够被制造成一致地具有较薄轮廓，则这些损失能够显著减少，该较薄轮廓提高涡轮效率并且因此降低比燃料消耗量。

涡轮翼型部件常规地由熔模铸造工艺制造。该工艺由于表面张力影响而固有地限制了能够铸造的薄区段。通常，使用该工艺能够可靠地铸造的最小后边缘厚度是大约0.6毫米。为了可靠地制造小于0.6毫米的后边缘厚度，希望执行诸如对铸造部件进行机加工的操作。为了保持翼型的凸表面的空气动力学性质，还希望在薄化操作期间从凹表面移除材料。

公知的是使用完全适应性机加工工艺来薄化铸造翼型的后边缘。这样的适应性机加工工艺的一个示例被公开于美国专利申请公开号US2014/373503A。这样的工艺是非常有效的，但是非常昂贵，从而显著地增加了单位制造成本。

用于在机加工工艺期间保持翼型的固定器是公知的。例如，在美国专利申请公开号US2014/191455A中描述了6点定位套。虽然这样的结构能够固定零件，但它们不对齐后边缘以便相对于翼型的吸力表面进行精确的机加工。同样，这些公知结构不提供沿后边缘的整个长度至机器工具的无阻接近。

在本申请人自己的美国专利申请公开US2013318773A中描述了公知固定器结构的另一示例。虽然所描述的结构允许向后边缘的良好接近，但该结构不提供后边缘的精确对齐以便被常规机器工具机加工，精确结果将需要适应性机加工方案。

发明内容

本发明试图提供一种固定器，其将铸造翼型设定在适于被直接机加工工艺（诸如铣削）机加工的取向中。

根据本发明，提供一种固定器，其用于在与笔直边缘相邻的凹侧表面上执行机加工操作期间，定位零件的弯曲表面的笔直边缘并将该零件保持在固定位置，该工具包括：用于安放零件的凸弯曲表面的一个或多个支撑件；一个或多个可拆卸端部止动件，其设置成在与（多个）支撑件所处的平面正交的平面内延伸，且在使用中笔直边缘能够抵靠该端部止动件对齐；夹，其设置成在使用中推动凸弯曲表面抵靠（多个）支撑件，使得笔直边缘接触（多个）支撑件，而不对与笔直边缘相邻的凹侧表面产生阻碍。

在使用中，零件的凸表面抵靠支撑件定位并倾斜成使得笔直边缘抵靠（多个）支撑件定位。可拆卸端部止动件位于正交平面内，并且笔直边缘沿支撑件滑动直到笔直边缘对齐于端部止动件。在笔直边缘处于希望位置的情况下，夹被应用以将零件保持在希望位置。可拆卸端部止动件之后可以被移除从而暴露出凹侧边缘表面以便机加工。

理想地，支撑件包括两个或多个间隔开的肋。例如，肋是平行对齐的两个或多个杆的形式。替代性地，支撑件包括基底，两个或多个突出的肋一体形成在该基底上。肋可以具有圆形横截面。替代性地，肋可相对于凸表面呈现成角度的边缘。替代性地，肋可相对于凸表面呈现窄的平坦表面。

在另一选项中，支撑件包括基底，该基底具有间隔开的两排或多排突起，例如半圆形突起，凸表面能够被安放在该半圆形突起上。

可拆卸端部止动件可包括平坦板。替代性地，端部止动件包括两个或多个间隔开的杆。杆可具有圆形横截面。替代性地，杆可相对于零件的笔直边缘呈现成角度的边缘。替代性地，杆可相对于笔直边缘呈现窄的平坦表面。

固定器可还包括凸表面对立支撑件，以用于对抗来自夹的任何不希望的负载，该负载可导致在零件已经就位之后零件的滑动和/或倾斜。对立支撑件可例如包括楔或杆，其位置可滑动地调节以便适应各种弯曲程度。对立支撑件可包括夹的一部分。对立支撑件可包括支撑件的一部分。

夹和对立支撑件可包括枢转的夹，例如中心枢转的。

固定器可还包括一个或多个附加止动件，其设置在与（多个）支撑件所处的平面正交的第三平面内，以便控制叶片在可拆卸端部止动件延伸的方向上的位置。

技术人员将意识到，除非相互排斥，否则与上述方面中任一方面相关地描述的特征可加以必要修改而应用到任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文描述的任何特征可应用到任何方面和/或与本文描述的任何其他特征结合。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了铸造涡轮叶片，其具有弯曲表面和该表面的笔直后边缘；

图2图示图1的涡轮叶片可被怎样机加工以提供较薄的后边缘以获得更佳的空气动力学性能；

图3示出从图1的涡轮叶片的前边缘观察的视图，其被设置在根据本发明的第一实施例的工具中；

图4示出图3的结构，其中叶片被夹紧在希望位置和取向中；

图5示出支撑图4的叶片的凹和凸表面的点；

图6示出从叶片的后边缘移除的材料，该叶片使用根据本发明的实施例的工具被对齐和保持。

图7示出由图8的工具的夹施加到叶片的负载；

图8图示根据本发明的工具的第二实施例，其被应用到与图1的叶片相同的叶片；

图9图示工具的第二实施例，其中图7和图8所示的夹被移除。

具体实施方式

如能够看到的，图1的叶片具有凹表面1，其在与凸表面2相反的面上。这两个表面1、2在后边缘3处会合。叶片具有尖端平台4和根平台5。图2示出了图1的叶片，其处于后边缘3a的表面被工具6机加工的工艺中。例如，机器工具6可以是铣削或研磨机器。

图3示出设置在根据本发明的实施例的固定器中的图1的叶片。如能够看到的，固定器包括一对支撑杆10a、10b，叶片的凸表面2安放在该一对支撑杆10a、10b上。杆11形式的一对可拆卸端部止动件在正交平面内延伸。叶片的后边缘3抵靠端部止动件11对齐。理想地，与后边缘3相邻的凸表面2被定位成平坦地抵靠支撑件10a、10b。这可以借助于枢转的凸表面支撑件12来促进。工具可以还包括在第三正交方向内的止动件13，尖端平台抵靠该止动件13对齐。在替代方案中，该止动件的位置可以在尖端平台4的相反面上或者在根平台5的任一面上。止动件13可以被固定地连接到还包括支撑杆10a、10b的框架。

如图4中能够看到的，一旦后边缘3对齐于可拆卸杆11，则叶片被枢转的夹14固定就位。枢转的凸表面支撑件12用于对抗来自夹14的可能推动后边缘偏离与杆10a和10b的对齐的任何负载。参考图5的叶片的示意性横截面图，这被更好地图示。

在图4和图5所示的固定器中，中心枢转的夹14位于从后边缘3到前边缘沿叶片的弦长近似1/3的位置。该夹14作用在凹表面上以迫使零件牢固地抵靠支撑件10a、10b和中心枢转的对立支撑件12，而不施加导致后边缘变形的过度的力。因此，由于来自夹14、支撑件10a、10b和中心枢转的凸面支撑件12的反作用力，牢固地夹持叶片。现在后边缘端部止动件11能够从工具的剩余部分（例如竖直地）缩回以便允许图2和图6所示的切削工具6接近。重要的是注意到工具设计的细节将取决于要机加工的零件的特定几何构型以及特别地取决于在夹14与对立支撑件12与后边缘支撑件10a和10b之间的相对距离和角度，以便确保在机加工操作期间零件被牢固地保持就位。在夹持零件且缩回后边缘止动件11之后，能够沿后边缘的凹表面侧机加工后边缘3以形成希望的较薄后边缘轮廓。为了确保产生精确的后边缘轮廓，诸如扫描探针或者激光系统的测量工艺可以被用于测量从尖端平台4到根平台5（或相反）的后边缘厚度，以便考虑到机加工操作期间的任何零件变形，诸如后边缘弓起。

在如图8所示的替代性实施例中，叶片的尖端平台4和根平台5被支撑在顺应性夹持固定器15、16中。一旦与后边缘相邻的凸表面接触支撑杆10a、10b和可拆卸端部止动件11，则顺应性夹持固定器可以被旋转并锁定就位。在夹持固定器15、16被锁定就位之前，夹14（其在该实施例中被定位成更靠近后边缘3）推动凸表面紧密地抵靠支撑件10a、10b。在叶片适当地定位以用于随后的机加工的情况下，顺应性夹持固定器15、16被锁定以便维持该位置，并且夹14能够被移除从而提供至凹侧后边缘用于机加工的接近。

在该实施例中，一旦顺应性夹持固定器15、16已经被锁定就位，则能够免除夹14。例如，在图7中，夹14被设置成使得在与支撑杆10a、10b平行的平面内存在可忽略的力。因此，在顺应性夹持固定器15、16被锁定就位的同时能够维持叶片的位置。

如在图9中能够看到，一旦叶片已经被定位且固定就位，则可拆卸杆11被移除，从而允许机器工具6在凹表面侧上从后边缘移除材料17。

在图7和图8中所示的工具结构中，中心枢转的夹14被定位成更加靠近后边缘3的顶点。这允许后边缘更紧密地抵靠支撑件10a、10b定位，从而提高设定的精确性并因此提高后边缘的最终轮廓的精确性。在该结构的情况下，在叶片已经被适当地定位且定向之后，叶片被夹紧就位。作为上述实施例的对立支撑件12的替代方案，顺应性夹持固定器15、16能够被设置成将叶片的平台4、5保持在给定取向中。一旦叶片和顺应性夹持固定器15、16处于希望的位置和取向，则固定器15、16的端部被牢固地夹紧。端部止动件11和夹14从后边缘3缩回以便允许切削工具6的接近以机加工后边缘3。相对于工具的基准系统，特别地相对于支撑件10a、10b和后边缘端部止动件11（在其被移除之前）的位置，执行材料移除17。

Claims (12)

1.一种固定器，其用于在与翼型的凸弯曲表面的笔直边缘相邻的凹侧表面上执行机加工操作期间，定位所述翼型的所述凸弯曲表面的所述笔直边缘并将所述翼型保持在固定位置，所述固定器包括：

两个或两个以上细长支撑件，其相互间隔开以形成用于所述翼型的凸弯曲表面的安放座，每个细长支撑件笔直地且与所述翼型的所述凸弯曲表面的弦平行地延伸；

两个或两个以上可拆卸端部止动件，其设置成在与所述细长支撑件延伸的平面正交的平面内延伸，并且在使用中所述翼型的所述凸弯曲表面的所述笔直边缘抵靠该端部止动件对齐；以及

夹；

所述夹设置成在使用中推动所述翼型的所述凸弯曲表面抵靠所述细长支撑件，使得所述翼型的所述凸弯曲表面的所述笔直边缘接触所述细长支撑件，并且在所述可拆卸端部止动件的移除时，与所述笔直边缘相邻的所述凹侧表面被暴露以便机加工。

2.根据权利要求1所述的固定器，其中每个细长支撑件具有圆形横截面。

3.根据权利要求1所述的固定器，其中每个可拆卸端部止动件包括两个或两个以上间隔开的杆。

4.根据权利要求3所述的固定器，其中每个杆具有圆形横截面。

5.根据权利要求1所述的固定器，其中所述夹包括枢转的夹。

6.根据权利要求1所述的固定器，还包括凸表面对立支撑件，以用于对抗来自所述夹的任何不希望的负载，该负载可导致在所述翼型已经就位之后所述翼型的滑动和/或倾斜。

7.根据权利要求6所述的固定器，其中所述凸表面对立支撑件包括楔或杆，其位置可滑动地调节以适应各种弯曲程度。

8.根据权利要求6所述的固定器，其中所述凸表面对立支撑件包括枢转的支撑件。

9.根据权利要求1所述的固定器，还包括一个或多个附加止动件，其设置在与每个支撑件所处的平面和所述可拆卸端部止动件延伸的平面二者正交的平面内。

10.根据权利要求1所述的固定器，还包括一对顺应性夹持固定器，其被构造成以不允许所述翼型相对于所述一对顺应性夹持固定器旋转的方式接收所述翼型的相反端部。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的固定器，其中所述翼型是涡轮叶片。

12.对根据权利要求1所述的固定器的使用，以便对齐和固定翼型，其中，其后边缘可接近机器工具，且借助所述机器工具执行机加工操作以便在所述翼型的凹表面侧上从所述后边缘移除材料。

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