CN1496770A - 用于制造涡轮的叉形根部的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为了制造涡轮叶片(1)的叉形根部(2)，在第一步骤中首先通过两个设置有硬金属切削插件的刚性连接的盘形铣削刀具(32、33)在单个操作中粗加工和精加工其外表面(12、14)。在第二操作中，制造该叉形根部的指形部，其中通过一组设置有硬金属切削插件的刚性连接的盘形铣削刀具同时切开所有细槽(粗加工)并对其进行精加工。

Description

用于制造涡轮的叉形根部的方法和设备
技术领域
本发明涉及在工件上铣削深的细槽以便制造多个相互平行的壁从而制造涡轮叶片的叉形根部的方法，并且本发明涉及用于此目的的铣削工具。
背景技术
例如蒸汽涡轮的大型涡轮具有载有多个叶片的转子。它们保持在设置在转子轴上的相应的细槽内。该涡轮根部的一个结构形式已知为叉形根部。这些叉形根部具有多个大致相互平行的壁，在该壁之间形成深的细槽。采用这些壁(还公知为指形部)，叶片根部座置在该转子轴的相应的细槽内。
在现有技术的制造叶片根部的方法中，细槽首先在第一工位上通过铣削工具预先粗加工，该工具通过一排HSS盘形铣削刀具形成，该刀具以固定而不相对转动并座置在同一轴上的方式连接在一起。可以获得20m/min的切削速度，该速度与10～12mm/min的进给速度等同。对于其细槽深度在50mm到120mm之间的叶片根部，结果是只用于切开细槽的加工时间长达10分钟。
在第二工作步骤中，预先粗加工的细槽接着由另一铣削工具精加工。此铣削工具具有一排保持在轴上的盘形精加工铣削刀具。两个操作在涡轮叶片连续通过的分开的工位上进行。
存在一种缩短加工时间的需要。
从德国专利DE 44 31 841 C2中，已知在两个步骤中铣削发电机转子或涡轮转子的深的细槽。该涡轮转子具有用来容纳绕组的相对深的细槽。该细槽由盘形铣削刀具单独切开，该刀具在其周边上具有粗加工刀具并其侧部具有精加工刀具。尽管这里细槽在两个步骤中切开，在每个步骤中粗加工和精加工组合在一起。
细槽的长度大大超过其深度。因此位于铣削刀具之前和之后的细槽壁部分可在铣削过程中稳定细槽壁。此外，每个细槽壁只在一个侧面上加工。
发明内容
本发明的目的是用于铣削深的细槽以便在工件上制造多个相互平行的壁的方法，该方法缩短加工时间。特别是，该方法适于制造涡轮叶片的叉形根部。
此目的由权利要求1限定的方法来实现：
本发明的方法通过多个座置在同一轴上并进行粗加工和精加工的盘形铣削工具同时切开多个相互平行的深的细槽。在制造叉形根部时，细槽深度通常是30mm到120mm，同时根部本身的长度是40mm到350mm。对于细槽宽度为8mm到25mm，保持在细槽之间的壁(还公知为指形部)通常具有2.5mm到12mm的厚度。本来，该指形部具有显著的柔性，使得难以精加工细槽侧面。但是在本发明的加工中，通过位于该盘形铣削刀具的外周边上的刀具在固体材料的附近进行所有细槽壁的粗加工和精加工。这里不需要担心刀具之前的弹性壁的卷曲(即该壁的偏转)。如果盘形铣削刀具体现为阶梯状的形式，粗加工和精加工出现在细槽壁上的阶梯或肩部上，或者换言之总是在过渡到更大壁厚的位置上。因此与细槽首先完全切开然后精加工的情况相比，精加工可在更稳定的壁上进行。尽管粗加工与精加工同时进行，切削速度增加到大约80mm/min。这导致进给速度高达100mm/min。与公知的方法相比，用于叉形根部的加工时间因此显著降低。
该方法另外可用于其中的壁由细槽分开的工件中，在平行于细槽底部的方向上测量，该壁的长度与垂直于细槽底部测量的壁高度相同或短于该高度。这种短壁极端柔性并因此难以加工。但是，令人吃惊地发现通过同时加工所有壁，壁支承在工具上，防止壁的振动或偏移。该支承很好，使得可以实现良好的精加工。
在本发明的方法中，最好是所有将制造的细槽在单一操作中制成。因此，可以最大限度地获得所述的优点。铣削工具的进给方向限定成平行于细槽的底部。因此，在开始形成平的细槽底部。但是，还可以与细槽底部成直角地进行定位运动，任选地与平行于细槽底部的运动相结合。
铣削工具和工件之间的相对运动可定向在铣削方向上或与其相反。该铣削方向上的运动是优选的(同步转动)以便不损坏易损坏的壁。
在制造涡轮转子的叉形根部中，在指形部上相互距离最远的叉形根部的相互背向的外表面在单独的加工操作中通过装备硬金属切削插件的盘形铣削刀具加工。这些盘形铣削刀具同样进行粗加工和精加工。最好是，所有叉形根部的加工在两个阶段的工艺中完成，在第一阶段中完成叉形根部的外表面的所述加工。在第二阶段中，进行切开细槽并精加工。外表面的加工因此在固体材料上完成，在下一个步骤中在该材料上通过铣削深的细槽来制成该指形部。以此方式，以不非常费时的方式制成精确的叉形根部。
本发明的方法最好采用具有多个步骤在同一轴上的盘形铣削刀具的铣削工具。每个这些铣削刀具装备多个硬金属切削插件，该插件同时与工件接合。该刀具插件在盘形铣削刀具的周边上限定粗加工边缘并在侧面限定精加工边缘。它们在截面上以阶梯状方式体现，在每个盘形铣削刀具的环形肩部的情况下，导致另一粗加工边缘和精加工边缘。该盘的半径大于细槽的深度。最好是，它还大于细槽的长度。其优点是在该工件和工件之间平行于将加工的细槽底部的线性相对运动中，铣削的刀具加工到固体材料内的向前驱动方向以与细槽底部成不特别精确的角度实现。出于振动的观点，这是优选的并且工作的结果很好。
盘形铣削刀具彼此相同并刚性的连接在轴上。如果需要，盘形铣削刀具还可以不同方式实施以便产生不同类型的细槽构形。
盘形铣削刀具最好在彼此相同的方向上保持在轴上。因此，一个盘形铣削刀具的一个切削插件轴向靠近另一盘形铣削刀具的每个切削插件。可应用的切削插件在它们之间支承已经暴露的容易损坏的壁。
在单个情况下，还可方便地在相邻盘形铣削刀具之间设置角度偏差，以便降低振动。
对于加工叉形根部的外表面，可以设置单独的铣削工具，该工具只有两个盘形铣削刀具，该刀具装备有硬金属切削插件。该盘形铣削刀具最好提供设定装置以便设定轴向间隙。因此可以相互准确地限定叉形根部的外表面的位置。
用于叉形根部的外表面的铣削工具以及用于其细槽的铣削工具形成工具组，该工具组可用来加工叉形根部。相应的铣削机器具有两个加工工位，即该工具组的每个工具各对应于一个工位。因此，可以在传统铣削机器上通过两个加工工位完成叉形根部的加工。以前使用HSS工具切开细槽的第一加工工位现在用来加工外表面。以前进行精加工的第二加工工位现在用来切开并精加工所有细槽。因此显著缩短了加工时间。
附图说明
本发明实施例的有利的细节将从附图、说明书或所附权利要求中变得清楚。在附图中，本发明以一个示例性实施例的方式进行说明。附图中：
图1是带有叉形根部的涡轮叶片；
图2是从前部详细观看的叉形根部；
图3是示意表示铣削操作中叉形根部的制造；
图4是示意表示叉形根部外侧面的加工；
图5是示意表示叉形根部细槽的加工；
图6是设定盘形铣削刀具的轴向间隙的设备。
具体实施方式
图1中，涡轮叶片1表示成具有叉形根部2。该叉形根部用来将涡轮叶片1固定在具有相应容纳细槽的涡轮轴上。叉形根部2具有大致封闭形状的底部3，涡轮转子4从该底部的平的顶侧延伸。在相对的一侧上，底部3具有例如四个或六个的多个壁5。这些壁相互平行布置成一排，使得存在最外边的壁6、7以及布置它们之间的壁8。壁5最好彼此相同。它们可具有30mm到100mm或120mm的高度。根据实施例，长度为40mm到350mm。壁5还称为指形部。图2表示六个指形部的叉形根部2。如图2所示，壁5具有阶梯状的截面。它们之间包围细槽11a～11e。细槽11a～11e彼此相同。它们可以在长度上体现为阶梯状的形式。当深度增加时，它们在各阶段上变得更窄。
最外边的壁6、7是确定精度的部分。其外表面12、14相互之间的间距必须精确。
图3表示在此后详细描述的两个铣削工具的帮助下加工叉形根部。图3中使用图5所示的铣削工具15，该工具用来切开细槽11a～11e。用来加工外表面12、14的铣削工具表示在图4中，并将在下面详细描述。
为了铣削和最后加工细槽11a～11e，叉形根部2通过支承件以固定方式保持，该支承件在图3中以箭头17示意表示。转动铣削工具15接着沿箭头18所述的路径通过叉形根部2的固体材料以便切开细槽11。
图5表示铣削工具15。对于每个细槽11a～11e，该铣削工具分别具有一个盘形铣削刀具21a～21e，该刀具彼此相同。该盘形铣削刀具21a～21e以固定不相对转动的方式保持在轴22上，在图5中示意表示。它们以其平侧部相互压靠静置。它们的轴向厚度与叉形根部2的间距相配。盘形铣削刀具21a～21e的相互接触的毂部23的外部，盘形铣削刀具21a～21e具有盘形部分24、25、26。径向最外边的盘形部分26在轴向测量时比部分25更窄，部分25继而比部分24更窄。在每个部分的外周上以及毂部23的外周上有硬金属切削插件27、28a、28b、29a、29b、31a、31b，其周边上的刀具用来进行粗加工，其轴向刀具用来进行精加工。
图4表示用来加工外表面12、14的铣削工具16。它包括两个盘形铣削刀具32、33，该刀具安装在同一轴上。盘形铣削刀具32、33通过设定装置34保持在设定的轴向间距上，如图6所示。在其相互面对的侧部上，盘形铣削刀具32、33具有位于相应间隔上的硬金属切削插件35、36、37、38，该间隔限定并确定外表面12、14的轮廓。盘形铣削刀具32、33最好在相互不同对齐的方向上定向，使得相邻切削板35a、35b相互之间具有相对于枢转轴线的角度偏差。对于铣削刀具21a～21e也是相同的情况。这防止出现干涉振动。
调整装置34具有两个设置阳螺纹的套筒41、42，设定凸缘43旋在该螺纹上。两个套筒41、42的螺纹具有不同的节距，使得设定凸缘43相对于套筒41、42的转动造成调整装置34的轴向长度的变化。
铣削工具15、16合起来形成一个工具组，该工具组用来以如下方式形成叉形根部2：
为了进行第一操作，第一工位上的铣削工具16和第二工位上的铣削工具15连接在工作心轴上。涡轮叶片1的侧面首先定位在第一工位上。以后形成该叉形根部的部件通过一块固体材料形成。如图3所示的该块材料首先以固定方式支承，随后转动铣削工具16进入与叶片4的长度横向的位置。盘形铣削刀具32、33在该工艺中加工外表面12、14，并且该硬金属切削插件的周向切削边缘进行粗加工。轴向切削边缘进行精加工。外表面12、14在其加工同时以固定方式保持。由于细槽11还未切开，并且在图4中该细槽以虚线表示，该块材料始终非常刚硬。
其外表面12、14完成加工的叶片根部2现在输送到下一个工位。铣削工具15现在就位而不特别为外表面12、14提供支承。再次，该就位是通过与叶片的纵向呈横向来完成的，即平行于正在切开的细槽11a～11e的底部。通过切削插件27进行细槽底部的粗加工。这里，提供工作区域的完全刚性支承。在相对厚壁区域内进行切削插件28的粗加工。这里壁的刚性还很高。在已经切开的壁的区域内完成切削插件29的粗加工。与细槽的总容积相比，这里总的切屑量很少。此外，细槽壁的支承在与各自相对壁侧接合的切削插件处实现。例如，壁8d(图5)固定在多个切削插件之间。对于相邻盘形铣削刀具来说也是相同的情况。
硬金属切削插件可以实现高的切削速度和高的进给速度。通过粗加工和精加工在单个操作中切开所有的细槽11a～11e造成加工时间短。外表面12、14的早先粗加工和精加工导致这些表面的高精度，而该精度不受到切开细槽11a～11e的随后加工步骤的损坏。
为了制造涡轮叶片1的叉形根部2，在第一步骤中，使用两个设置有硬金属切削插件的刚性连接的盘形铣削刀具32、33，涡轮叶片首先在单个操作中进行外表面12、14的粗加工和精加工。在第二操作中，制造叉形根部的指形部，其中通过一组设置有硬金属切削插件的刚性连接的盘形铣削刀具，同时切开所有细槽(粗加工)并进行精加工。

Claims (16)

1.一种用于通过铣削工具(15)铣削深的细槽以便在工件内制造多个相互平行的壁的方法，并且该方法特别用于制造涡轮叶片的叉形根部，该铣削工具具有多个布置在同一轴(22)上的盘形铣削刀具(21)，该盘形铣削刀具装备有多个硬金属切削插件(27、28、29、31)并同时与工件(2)接合，采用该盘形铣削刀具(21)，同时在粗加工操作中切开细槽(11)并且在精加工操作中精加工壁(5)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将要制造的所有细槽(11)在单个操作中制成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该铣削操作中，铣削工具(15)在平行于将要形成的细槽(11)的细槽底部的进给方向(18)上运动。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该铣削操作中，铣削工具(16)在与将要形成的细槽(11)的细槽底部形成一个角度的进给方向(18)上运动。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，铣削工具(16)在进给方向上转动(同步转动)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，铣削工具(16)在与进给方向相反的方向上转动(反向转动)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，叉形根部(2)的相互背向的外表面(12、14)在单独的铣削加工操作中通过盘形铣削刀具(32、33)产生，该刀具装备有硬金属切削插件(35、36、37、38)，并且在该单独铣削加工操作中，进行粗加工和精加工。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在两个连续的操作中实现细槽(11)的加工和外表面(12、14)的加工。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，外表面(12、14)的加工在加工细槽(11)之前进行。
10.一种用于在工件上铣削深的细槽以便形成多个相互平行的壁的方法，该方法特别用于制造涡轮叶片的叉形根部，
将多个盘形铣削刀具(21)布置在同一轴(22)上，该刀具装备有多个硬金属切削插件(27、28、29、31)，以便同时与工件(2)接合，并且硬金属切削插件(27、28、29、31)在盘形铣削刀具(21)的周边上限定粗加工边缘并在其侧面上限定精加工边缘。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所有的盘形铣削刀具(21)彼此相同并刚性连接在轴(22)上。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，盘形铣削刀具(21)以相互偏置一个角度的方式保持在轴(22)上。
13.一种用于加工相互背向的两个表面(12、14)的铣削工具，该表面的相互位置必须满足严格的精度要求，
在其周边以及一个侧面上装备硬金属切削插件(35a、36a、37a、38a)的第一盘形铣削刀具(32)，使得粗加工边缘形成在该周边上，并且精加工边缘形成在该侧面上；
在其周边以及其朝向第一盘形铣削刀具(32)的侧面上装备硬金属切削插件(35b、36b、37b、38b)的第二盘形铣削刀具(33)，使得粗加工边缘形成在该周边上，并且精加工边缘形成在该侧面上；以及
轴(22)，两个盘形铣削刀具(32、33)以固定而不相对转动并且轴向固定的方式连接在该轴上。
14.如权利要求13所述的铣削工具，其特征在于，用于调整轴向间距的调整装置(34)与盘形铣削刀具(32、33)相关联。
15.如权利要求13所述的铣削工具，其特征在于，至少一盘形铣削刀具(32、33)可轴向调整地保持在轴(22)上；并且带有不同螺纹的螺纹套筒(43)属于设定装置(34)。
16.一种具有如权利要求10所述的铣削工具和如权利要求13所述工具的工具组。
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