CN114126791B

CN114126791B - 航空部件的改进去毛刺方法

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Publication number: CN114126791B
Application number: CN202080050599.3A
Authority: CN
Inventors: M·兰西克; J·赛门; P·M·E·纳瓦尔
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: WO2020254753A1; US20220355404A1; FR3097457A1; US11752562B2; CN114126791A; EP3986678A1; FR3097457B1

Abstract

一种借助包括多个旋转轴(101‑106)的铰接式工具(100)对航空部件(1)去毛刺的方法，航空部件(1)包括至少一个要去毛刺的边缘，铰接式工具(100)包括保持校准工具(40)和加工工具(30)的工具架(20)，校准工具(40)和加工工具(30)附连到工具架(20)并且相对于彼此不可移动，该方法包括以下步骤：对校准工具(40)和机加工工具(30)进行校准；参数化航空部件(1)，基于在配置步骤中获得的参数，借助沿预定路径移动的加工工具(30)对要去毛刺的至少一个边缘去毛刺。

Description

航空部件的改进去毛刺方法

技术领域

本发明涉及涡轮机领域。更确切地，本发明涉及航空部件的狭槽的加工，并且特别地涉及一种对这些狭槽的边缘去毛刺的方法。

背景技术

许多航空部件包括边缘，例如压缩机、涡轮或风扇盘，它包括多个凹槽(狭槽)，这些凹槽(狭槽)分布在其外周缘上并且接纳叶片根部。因此，每个凹槽的底部与盘片的上游和下游面形成多个边缘。

这些边缘通常包括毛刺，这些毛刺是在部件中产生特定形状(凹槽、开口、切口等)的结果。这些毛刺可以被去除，例如通过机械角切割。

角切割可以限定为最小半径m和辐射倒角C之间的凸形辐射形状，如图3所示。该辐射形状是两个表面之间的圆形截面的连接区，其两端与部件的两个表面相切。

通常有三个主要的连续操作来进行角切割：

-去毛刺，包括去除毛刺B，

-粗加工，包括获得倒角C或小于最小半径m的半径(预辐射(pré-rayonnage))。该操作通常与去毛刺结合在一起。

-精加工，包括在倒角C的两侧上获得半径R(修整操作)或半径M大于最小半径m。

出于尺寸和材料完整性的原因，必须对角切割操作进行精确限定。事实上，所使用的角切割操作很可能会在旋转部件上产生事故。更具体地，忘记执行这些角切割操作或不完全去除毛刺是与角切割操作有关的一些主要事故原因。这些疏忽或这些毛刺去除不完全的情况可能是由手工调整操作造成的。因此，在被认为是关键的边缘上的手工调整操作，如涡轮盘或滚筒的扇形盘的狭槽的手工调整操作，当前被自动角切割方法所取代。

其中一种方法使用刷子技术进行去毛刺、预辐射和精加工操作，借助圆形薄片(lamelles)刷。然而，取决于刷子的倾斜角度，这些技术沿着狭槽的边缘产生不对称的半径。更准确地，通过垂直于边缘刷动，即、通过使圆刷的旋转轴线平行于边缘布置，获得最大半径值。然而，考虑到航空部件、例如涡轮盘的结构，垂直于狭槽底部处的边缘刷动会导致刷子和部件之间的相互作用(例如在套圈处)，这种相互作用是被禁止的。因此，必须使用不同的刷动角来刷狭槽底部处的边缘，从而沿狭槽的整个边缘产生不对称的半径形状。此外，在某些情况下，狭槽底部处的边缘的辐射度并没有达到期望的半径值。

为了解决这个问题，边缘准备只有对狭槽底部才是必要的。目前已知的手段(手动调整、在机床上铣削)从经济角度来看并不完全令人满意，而且考虑到目前使用的范围。因此，需要一种经济上更有利的航空部件去毛刺的解决方案，同时为涡轮机盘的狭槽的某些关键部分的去毛刺提供必要的精度。

发明内容

本公开内容涉及一种借助包括多个旋转轴的铰接式工具对航空部件进行去毛刺的方法，该航空部件包括至少一个要去毛刺的边缘，该铰接式工具包括工具架，该工具架保持校准工具和加工工具，该校准工具和加工工具附连到工具架，并且相对于彼此不能移动，该方法包括以下步骤：

-对校准工具和加工工具进行校准，其允许确定校准工具相对于加工工具的相对位置，

-航空部件的参数化，其允许借助校准工具确定航空部件相对于铰接式工具的位置，

-基于在参数化步骤期间获得的参数，借助沿预定迹线移动的加工工具对要去毛刺的至少一个边缘去毛刺。

校准工具和加工工具相对于彼此不可移动地布置在同一工具架上的事实允许提高加工的精度，在这种情况下是提高去毛刺的精度，其在机床上的具体情况中实际存在，其中从校准步骤过渡到去毛刺步骤将通过在工具架上用加工工具替换校准工具来实现。

因此，将校准工具和加工工具固定地安装在同一工具架上，并且连续地执行校准工具和加工工具的校准的事实允许准确地限定，并且对于去毛刺方法的整个时段，这两个元件在空间中的相对距离，而不管铰接式工具在同一空间中的位置如何。更准确地，该步骤允许确定校准工具和加工工具之间的相对定位，而不是空间中的绝对定位。事实上，根据现有技术，校准工具通常不进行校准，并且加工工具的定位因此以绝对的方式借助校准工具获得。然而，在校准工具和加工工具上进行联接校准的事实，特别是通过使用相同的校准装置，允许在这两个工具之间获得这种相对定位。该构造允许消除铰接式工具的定位或迹线的错误，这些错误可能是由以下事实引起的：加工工具更换为校准工具或反之，以及加工工具通常布置在包括多个旋转轴的铰接式工具的一端处，其构成额外的误差来源。在当前情况下，校准工具和加工工具相对于彼此不可移动地布置在同一工具架上，并且在校准步骤期间确定一个相对于另一个的相对位置，因此改进了定位或迹线精度。

此外，参数化步骤可以包括借助校准工具确定航空部件的主平面相对于铰接式工具的位置和倾斜度，以及部件围绕其中心轴的角位置。

术语“主平面”意指航空部件主要沿其延伸的平面。当航空部件为盘时，例如航空部件的主平面为盘的直径在其中延伸的平面，航空部件的中心为盘的中心，并且部件的中心轴线为是盘的中心轴线。术语“角位置”意指围绕航空部件的中心轴线的要去毛刺的边缘的位置，换言之，航空部件围绕其中心轴线的位置。

因此，这些参数允许借助与铰接式工具集成在一起的校准工具知道航空部件相对于铰接式工具的精确位置，换言之，在后者的参考系中，并且不是它在空间中的绝对位置。与其中航空部件的位置将以绝对方式确定的具体情况相比，这允许提高由加工工具执行的加工的精度，加工工具本身与铰接式工具集成在一起，其相对于校准工具的确切位置是已知的。特别地，至少一个要去毛刺的边缘相对于铰接式工具的精确位置，特别是该边缘的角位置，允许提高加工工具的加工精度。

因此，该方法允许限制忘记完成某些边缘的角切割或不完全消除毛刺的风险。它还允许提高航空部件的边缘的角切割操作的精度。

在某些实施例中，航空部件包括围绕航空部件的中心轴线均匀分布的多个要去毛刺边缘。

在某些实施例中，预定迹线是圆弧。

在某些实施例中，校准步骤借助至少一个校准球与校准和加工工具之间的连续接触来执行。

校准球可以是不可移动地附连到支承件的球，其尺寸是已知的。校准步骤可以通过迭代方法执行，例如通过校准工具和校准球在预定点处的连续接触，直到它收敛到校准工具相对于工具架的位置的稳定值。

在某些实施例中，至少一个校准球是附连到支承件并且相对于该支承件不可移动的第一校准球，校准步骤借助第一校准球与校准和加工工具之间的连续接触来执行，然后借助第二校准球与校准和加工工具之间的连续接触，第二校准球相对于该支承件可移动地附连到支承件。

在第一校准球上执行的迭代方法也在第二可移动的校准球上执行。术语“可移动地附连”意指校准工具和第二球之间的接触导致后者的移动。例如，第二校准球可以安装在柔性类型的头部上。该头部在与校准工具或加工工具接触时略微弯曲。相反，第一校准球在与校准工具接触时保持不可移动。这使得可以进一步提高校准的精度，特别是校准工具相对于加工工具的相对位置的精度。

在某些实施例中，该方法包括，在参数化步骤和去毛刺步骤之间，借助校准工具在要去毛刺的第一边缘上限定第一参考点的步骤，并且基于在参数化步骤处确定的参数，所述第一参考点是去毛刺步骤期间预定迹线的起点。

通过参数化步骤精确地知道航空部件的位置，特别是要去毛刺的第一边缘相对于铰接式工具的位置，允许精确地限定所述边缘上的参考点。该参考点的精确确定允许提高在去毛刺步骤期间由加工工具执行的去毛刺的精度。

在某些实施例中，在对要去毛刺的第一边缘去毛刺之后，通过根据在参数化步骤中确定的参数的第一参考点的周向投影在要去毛刺的第二边缘上确定第二参考点，然后从第二参考点开始并且沿预定迹线对要去毛刺的第二边缘去毛刺。

通过参数化步骤已知航空部件的位置和取向，并且要去毛刺的边缘围绕航空部件均匀地分布，可以简单地通过在要去毛刺的第二边缘上的第一参考点的周向投影来确定第二参考点的位置。

在某些实施例中，在航空部件的至少一部分周缘上重复去毛刺和投影参考点的步骤。

用于航空部件去毛刺的方法可以通过递增地确定参考点的精确位置而自动执行，这允许对要去毛刺的边缘进行精确去毛刺。

在某些实施例中，铰接式工具是具有六个旋转轴的机器人，在去毛刺步骤期间使用六个轴中的单个轴，其它轴基本固定。

通过六轴机器人意指包括六个关节的铰接式臂。另外，术语“基本固定”意指其它轴并不是严格不可移动的，但是仅进行轻微的调整运动，因此被认为相对于用于去毛刺的轴是固定的。仅使用这六个轴中的单个来执行去毛刺步骤的事实允许限制与机器人的所有轴的移动相关的累积误差的风险。

加工工具的预定迹线因此仅通过机器人的单个轴的旋转产生，这允许获得圆弧形迹线。这允许简化使边缘去毛刺的方法，同时限制定位误差，尤其是迹线误差，这些误差可能由需要在机器人的两个或多个轴上进行大幅度运动的工作产生。换言之，工具的设计允许以非常小的机器人移动幅度来完成边缘的加工。

在某些实施例中，在去毛刺步骤期间，所述单个轴平行于航空部件的中心轴线取向。

通过将加工工具围绕机器人的所述单个轴的旋转与部件的轴线对齐，在机器人的轴的减少行程上完成去毛刺的事实，允许进一步简化使边缘去毛刺的方法，并进一步限制机器人的迹线误差。

在某些实施例中，加工工具是带有半球形末端的铣削工具，并且校准工具是接触探头。

半球形末端的铣削工具特别适用于金属边缘的去毛刺。

在某些实施例中，航空部件是涡轮机盘，例如涡轮盘，并且要去毛刺的边缘是盘的狭槽的底部边缘。

术语“狭槽的底部边缘”意指狭槽的上游边缘和下游边缘基本上形成圆弧的部分。涡轮机盘例如可以是涡轮盘或风扇盘，但不是唯一的。

因此，该方法允许仅首先完成对狭槽的底部边缘的去毛刺。实际上，在某些实施例中，该方法可以包括，在对狭槽的底部边缘去毛刺的步骤之后，对狭槽包括的其它部分的边缘进行去毛刺和/或辐射。这些部分可以特别包括狭槽的入口V、颈部、侧翼和凸角。首先对狭槽底部的边缘进行去毛刺的事实允许在狭槽边缘去毛刺方法结束时获得期望的去毛刺角部的半径值，尤其是狭槽的底部的边缘。

附图说明

通过阅读以下借助非限制示例给出的本发明的不同实施例的详细描述，将更好地理解本发明及其优点。该描述参考各附图的所附页面，附图中：

[图1]图1示出了涡轮机盘的立体图，

[图2]图2示出了图1的涡轮机盘的狭槽的横截面，

[图3]图3示出了在垂直于图2平面的平面的截面中去毛刺之前和之后的狭槽底部边缘，

[图4]图4示出了铰接式工具的立体图，

[图5A-5B]图5A和5B示出了图1的涡轮机盘去毛刺步骤的局部立体图，

[图6]图6示出图1的盘、图4的铰接式工具和校准球的整体立体图，

[图7]图7示出了图1的涡轮机盘的侧视图，以及其在空间中相对于铰接式工具的位置，

[图8]图8示意性地示出了根据本公开的去毛刺方法的步骤，

[图9]图9示意性地示出了图8的去毛刺方法的校准步骤的详细步骤，

[图10]图10示意性地示出了图8的去毛刺方法的参数化步骤的详细步骤，

具体实施方式

在下面描述的实施例中，航空部件是涡轮机盘1。图1示出了这种涡轮机盘，其包括围绕涡轮机盘均匀分布的多个狭槽2。图2示出了狭槽2的不同区域的分布。后者依次具有V形的入口2a、颈部2b、侧翼2c、凸角2d和底部2e。在以下描述的实施例中，要去除毛刺的边缘是狭槽底部2e的边缘。更准确地，涡轮机盘1包括多个狭槽2，换言之，多个要去毛刺的边缘，每个狭槽包括底部2e，底部2e的上游端和下游端包括边缘。图3示出了在借助切割或研磨工具角切割或去毛刺操作之前(图3中的左侧图)和角切割操作之后(图3中的右侧图)，狭槽的底部2e的横截面中的这种边缘。

下文描述的根据本公开的方法使用具有六个轴101、102、103、104、105和106的铰接式工具100，该铰接式工具100是机器人。机器人可以连接到控制单元(未示出)，控制单元单独控制机器人的六个轴中的每一个。为了克服与机器人所有轴累积误差相关的问题，去毛刺工作仅在一个轴上进行，特别是布置在机器人一端处的第六轴106。实际上，狭槽的底部2e仅由辐射形状形成。该半径可以例如是19mm。结果，平面中的简单迹线可以允许加工(或去毛刺)狭槽的底部2e的边缘。

图5A和5B示出了通过绕轴线106旋转的工具对狭槽的底部2e的边缘进行去毛刺操作。

工具架20与机器人的端部成整体，并且绕轴线106旋转地可移动。加工工具30附连到工具架20，相对于工具架20不可移动。在该示例中，加工工具30是半球形末端铣削工具，其允许仅使用机器人的轴线106来获得倒角。

接触探头40也附连到工具架20，相对于工具架20不可移动。换言之，无论机器人执行的运动如何，加工工具30和接触探头40相对于彼此不可移动。此外，加工工具30和接触探头40布置在工具架20上，使得从通过接触探头40的探测操作到通过加工工具30的去毛刺操作的转变能够借助机器人的轴的运动通过使工具架20旋转来执行。

加工工具30和接触探头40也连接到控制单元。由接触探头40检测的数据，特别是在下述校准和参数化步骤期间，被传输到控制单元。因此，控制单元根据由接触探头40检测的参数来控制铰接式工具100和加工工具30。

将参考图6至10在说明书的下文中描述用于对狭槽的底部2e的边缘去毛刺的这种方法。

该方法的第一阶段允许校准接触探头40和加工工具30。实际上，在完成去毛刺之前，有必要知道部件在空间中的精确位置。因此，必须事先精确校准接触探头40和加工工具30。

第一步骤(步骤S100)允许校准接触探头40。为此，使用固定校准球50。校准球50例如附连到支承件200，涡轮机盘1也附连到该支承件200。接触探头40在校准球50上的校准可以通过不同的合适的方法进行。在该示例中，根据包括在穿过校准球50的中心的平面中获取三个点的迭代方法来执行接触探头40的校准，例如在相对于球50(步骤S101)的0°、90°和180°的取向上，以及从第一、理想地正交于先前限定的平面(步骤S102)偏移的平面上的点。该计算允许确定校准球50的中心位置(步骤S103)并推导出尺度、即在接触探头40的端部处的球心相对于机器人附连点的x、y和z坐标(步骤S104)。迭代方法允许收敛和细化结果。当为两次迭代之间的每个坐标获得的测量间隙小于预定阈值时，迭代过程结束，该阈值取决于所考虑的应用。根据该实施例，该阈值为0.05mm。只要所确定的值大于或等于0.05mm(步骤S105中的“N”)，就重复步骤S101至S104。当确定值小于0.05mm(步骤S105中的“Y”)时，该方法继续到下一步骤。

可以执行步骤S100的补充步骤(步骤S200)，并且允许提高接触探头40的校准精度。取决于应用和系统的预期精度，可以执行或不执行该补充步骤。它包括通过所谓的可移动的第二校准球(未示出)实现与步骤S100中提到的操作相同的操作(步骤S201到S205)，这允许细化在通过固定校准球50的步骤S100期间获得的接触探头40的校准。

步骤S300包括类似于在步骤S100和S200中执行的那些操作，其应用于加工工具30。在该步骤结束时，尺度、即加工工具30的端部处的半球的中心相对于机器人附连点的位置是已知的。因此可以推导出加工工具30相对于接触探头40的相对位置。

以下步骤旨在确定涡轮机盘1相对于机器人在空间中的位置。这些步骤允许尽可能减少位置误差并提高定位精度。为此，必须相对于机器人的参考系、更准确地相对于工具架20的参考系，沿轴线X、Y、Z、Rx、Ry和Rz限定涡轮机盘1在空间中的相对位置。

首先，通过接触探头40探测涡轮机盘1的上表面上的平面，以便确定部件沿参考轴Z、Rx和Ry的定位(步骤S400)。如此确定的平面用作部件的第一参考平面或主平面。

在接触探头40平行于该第一参考平面偏移之后，在涡轮机盘1的周缘上探测三个点，使接触探头40取向为平行于参考平面延伸(步骤S500)。该步骤允许限定涡轮机盘1的中心轴线A，从而限定涡轮机盘1沿着参考轴Y和X的定位。换言之，该步骤允许根据机器人的参考系确定涡轮机盘1的中心的位置和其半径。

涡轮机盘1的下一定位步骤(步骤S600)允许限定涡轮机盘1沿轴Rz的角位置。相对于狭槽2限定该角位置。接触探头40探测与狭槽2相邻的平面表面，换言之，涡轮机盘1的边沿，以便限定狭槽2是否存在并重复该探测直到探测到狭槽2的底部2e处的点为止。该操作允许粗略地限定涡轮机盘1和狭槽2沿轴Rz的定位。

在步骤S700期间，确定狭槽2的精确定位，以及更准确地，狭槽2的底部2e的精确定位。通过在狭槽2的一端处获取边沿的上表面或下表面上的点来执行涡轮机盘1的取向的精确确定(步骤S701)。该探测允许在平行于在步骤S400中限定的参考平面的边沿处创建平面。

接触探头40然后执行获取两个点，这两个点属于在步骤S701中限定的平面并且布置在狭槽2的轴的任一侧的活动侧翼2c上(步骤S702)。

这两个点允许推导出狭槽2的中心。然后通过狭槽的底部2e上的接触探头40测量该点(步骤S703)。

该新点对应于参考点x0、y0、z0，加工工具30从该参考点沿着预定迹线完成对狭槽2的底部2e的边缘的加工或去毛刺(步骤S800)。因此，通过使工具架20围绕机器人的轴线106旋转，从该参考点开始沿着预定的参考迹线执行去毛刺。

所述预定参考迹线仅完成一个狭槽2的底部边缘的去毛刺。为了对其它狭槽2去毛刺，该迹线的参考点沿着在步骤S500中确定的涡轮机盘1的中心轴线A并且基于在步骤S400到S700中确定的参数被圆形地投影。

另外，可以在三个狭槽上执行步骤S703。例如，如果涡轮机盘包括三十个狭槽，则在第一、第十五和第三十狭槽上执行步骤S703。得到的这三个点在具有中心A'和半径R'的圆上，其在这三个点的基础上计算。该中心和该半径显著不同于在步骤S500和S703中找到的中心A和半径R，因为它们考虑了机器人的几何误差。在这种情况下，相对于A'和R'计算的几何投影将合并机器人的误差。

该方法允许完成参考点的这些定位和这些计算，不是相对于理论值，而是相对于机器人所检测的值。

尽管已经参考具体示例性实施例描述了本发明，但是显而易见的是，能够在不脱离权利要求所限定的本发明的总体范围的情况下对这些示例进行修改和改变。特别地，可以将图示/提到的不同实施例的各个特征组合到另外的实施例中。因此，必须以说明性而非限制性的意义来考虑说明书和附图。

同样明显的是，参考方法描述的所有特征可以被单独或组合地转换为设备，并且相反地，参考设备描述的所有特征可以被单独或组合地转换为方法。

Claims

1.一种借助包括多个旋转轴(101-106)的铰接式工具(100)对涡轮机盘(1)去毛刺的方法，所述涡轮机盘(1)包括要去毛刺的至少一个边缘，要去毛刺的所述至少一个边缘是所述涡轮机盘(1)的狭槽(2)的底部(2e)的边缘，所述铰接式工具(100)包括工具架(20)，所述工具架(20)保持校准工具(40)和加工工具(30)，所述校准工具(40)和所述加工工具(30)附连到所述工具架(20)，并且相对于彼此不能移动，所述方法包括以下步骤：

-对所述校准工具(40)和所述加工工具(30)进行校准，这允许确定所述校准工具(40)相对于所述加工工具(30)的相对位置，

-所述涡轮机盘(1)的参数化，这允许借助所述校准工具(40)确定所述涡轮机盘(1)相对于所述铰接式工具(100)的位置，

-基于在参数化步骤期间获得的参数，借助沿预定迹线移动的所述加工工具(30)对要去毛刺的所述狭槽(2)的所述底部(2e)的所述边缘去毛刺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮机盘(1)包括围绕所述涡轮机盘(1)的中心轴线(A)均匀分布的要去毛刺的多个边缘。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定迹线是圆弧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助至少一个校准球(50)与所述校准工具(40)和所述加工工具(30)之间的连续接触来执行校准步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：在参数化步骤和去毛刺步骤之间，借助所述校准工具(40)在要去毛刺的第一边缘上限定第一参考点的步骤，并且基于在所述参数化步骤处确定的参数，所述第一参考点是所述去毛刺步骤期间预定迹线的起点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在对要去毛刺的所述第一边缘去毛刺之后，通过根据在所述参数化步骤中确定的参数的所述第一参考点的周向投影在要去毛刺的第二边缘上确定第二参考点，然后从所述第二参考点开始并且沿所述预定迹线对要去毛刺的所述第二边缘去毛刺。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机盘(1)的周缘的至少一部分上重复去毛刺和投影参考点的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铰接式工具(100)是具有六个旋转轴(101-106)的机器人，并且其中，在去毛刺步骤期间使用所述六个旋转轴中的单个轴(106)，其它轴基本上固定。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述去毛刺步骤期间，所述单个轴(106)平行于所述涡轮机盘(1)的中心轴线(A)取向。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工工具(30)是半球形末端铣削工具，并且所述校准工具(40)是接触探头。