DE2544612C3

DE2544612C3 - Rundfräsverfahren

Info

Publication number: DE2544612C3
Application number: DE2544612A
Authority: DE
Inventors: Viktor Leonidovitsch Dobroslavsky; Nikolai Ivanovitsch Ivanov; Pavel Pavlovitsch Lebedev; Evgenia Isaevna Schraiman; Isai Beniaminovitsch Schraiman; Eduard Iosifovitsch Zesevitsch
Original assignee: LENINGRADSKOE SPECIALNOE KONSTRUKTORSKOE BJURO TYASCHELYCH I UNIKALNYCH STANKOV LENINGRAD (SOWJETUNION)
Current assignee: LENINGRADSKOE SPECIALNOE KONSTRUKTORSKOE BJURO TYASCHELYCH I UNIKALNYCH STANKOV LENINGRAD (SOWJETUNION)
Priority date: 1974-10-14
Filing date: 1975-10-06
Publication date: 1980-04-10
Also published as: FR2287962B1; DE2544612A1; CH612369A5; DE2544612B2; FR2287962A1; US4031809A

Description

Die vorliegende Krfindting bezieht sich auf ein mi Riindfräsvcrfiihren zur Bearbeitung der Oberflächen von Turbincnschaufcln, bei dem das Werkstück um seine Längsachse gedreht wird und bei dem relative Bewegungen zwischen Fräser und Werkstück rechtwinklig zur Längsachse des Werkstücks ausgeführt ι.ί werden, für eine Bearbeitung entlang schraubenlinienförmig verlaufender Fräszeilen.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird dem Werkstück und dem Fräser zusätzlich zu ihrer Diehung noch eine Relativbewegung längs der Drehachse des Werkstücks nach einem vorgegebenen Programm oder von einer Kopierschablone und eine Profilabwälzbewegung mitgeteilt, deren Richtung zur Drehachse des Werkstücks unter einem Winkel im Bereich von ca. 45" bis ca. 135° verläuft.

Die Bearbeitung einer Turbinenschaufel beginnt im allgemeinen an ihrem Kopfteil, wo der Profilquc.-schnitt der kleinste ist, und verläuft unter ununterbrochener Drehung des Werkstücks um seine Aufspannungsachse und gleichzeitiger Rclalivvorschubbcwegung des Werkstücks und Fräsers längs der Werkstückdrehachse in Richtung zum Schaufelfuß. Der ["raser vollführt eine Abwäl/.bewcgung des Schaufclprofils in einer Richtung, die unter einem Winkel von ca. 45" bis ca. 135" zur Werkstücksachsc verläuft

Die Spur des Fräsers hat die Form einer Spirale, die am Schaufclkopf beginnt und am Schaufelfuß endet, so daß auf der Turbinenschaufel nach dem Fräsen die sogenannten Fräszeilen zu sehen sind, die in Querrichtung verlaufen und eine kammförmigc Berippung auf der bearbeiteten Fläche bilden.

Der Abstand benachbarter Fräszcilcn übersteigt im allgemeinen nicht 23 mm. Die Höhe jedes Kammes muß der vorgeschriebenen Bcarbcilungsgütc der Oberfläche entsprechen. Die Größe des Kammes hängt sowohl vom Abstand zwischen den benachbarten Fräszeilen als auch von der Form des Fräscrschncidlcils und der Schaufelkrümmung in Querrichtung (der Krümmung der Profilqucrschnilte der Schaufel) wie auch in der Längsrichtung ab.

Bei dem Rundfräsen von Turbincnschaufcln ist die Fräserdrehachse parallel zur Schaufeldrehachsc orientiert oder bildet mit dieser einen spitzen Winkel, der jedenfalls wesentlich kleiner als 90" ist. Ks wird also mit dem Profilschneidteil des Fräsers gefräst, d. h. es findet das sogenannte Walzcnfräsen statt.

Nach den bekannten Riindfrüsvcrfahrcn kann zwar das Arbeilsprofil der Turbinenschaufel ferliggcfräst werden, es können jedoch nicht mit ein und demselben Fräser stufenlos das Arbcitsprofil der Schaufel und die Übergangsflächen zum Schaufelfuß bearbeitet werden. In der Nähe der Übergangsflächen verbleiben an den Arbcitsprofilabschnilicn unvollständig bearbeitete Flächcnstückc, weil der zum Walzenfräsen in bezug auf das Werkstück orientierte Fräser diese Bc.irbeitungs/.oncn mit seinem Schneidteil nicht erreichen kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Technik ist es. daß der den Fräser tragende Dorn weit auskragen muß, was seine Starrheit und Schwingungsfestigkeit beeinträchtigt und dadurch zu einer Verringerung der Zcrspanungslcistungbcim Fräsen führt.

Die Orientierung des Fräsers in bezug auf das Werkstück beim Walzenfräsen führt auch dazu, daß die Schneidkräfte bei der Bearbeitung des Arbcilsschaufclprofils (außer Schaufclkantcn) in Richtung der kleinsten Quersteifigkeit der Schaufel angreifen, was die Gefahr von Schaufelschwingungcn mit sich bringt und ebenfalls zu einer Verringerung der Fräsleistung zwingt.

Wegen der Beanspruchung der Schaufel in Richtung ihrer geringen Qucrsleifigkcit trill eine erhebliche Durchbiegung derselben auf. Dadurch wird es notwendig. Abstützungen zwischen dem Schaufelkopf und dem Schaufelfuß vorzusehen. Die Notwendigkeit, Zusatzabslülzungcn zu benutzen, tritt auch manchmal bei der Bearbeitung der Schaufeln mit einer Länge des Arbeitsprofils von mehr als 500 mm auf. wie sie in

zunehmendem Maße benötigt werden. Die auf diese Weise häufig erforderlichen Zusatzabstützungen der Schaufeln bedeuten eine Komplizierung der Werkzeugmaschinen.

Das bekannte Verfahren bedingt auch bestimmte Einschränkungen bei Auswahl der Grolle des Fräserradius. Dieser muß im wesentlichen 0,75 bis 0.85 der Größe des kleinsten Radius des konkaven Innenprofils der Schaufel betragen. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, für verschiedene Typen und Abmessungen der Schaufeln auch unterschiedlich große Fräser zu benutzen, wodurch die Herstellung der Turbinenschaufeln verteuert wird.

Die pausenlose und xurzeichenkonstante Drehung der Schaufel und die relativ geringe Differenz zwischen den Größen der Radien des Fräsers und der Schaufel auf deren Innenprofil verursachen eine hohe Belastung der Schaufei beim Fräsen von deren Innenprofil, die auch durch Verminderung der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks nicht genügend herabgesetzt werden kann. Infolgedessen muß die Fräszcilenbreile geringer gemacht werden, was die Fräsleisliing nochniA verringert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Rundfräsverfahren für Turbinenschaufel zu schaffen, mit dem bei hoher Arbeitsleistung eine gute Qualität der bearbeiteten Schaufelobcrfläche erreicht wird.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird zur Lösung der gestellten Aufgabe mit der Stirnfläche des Fräsers gefräst, dessen Achse im wesentlichen mit der Richtung der rechtwinklig zur Längsachse des Werkstückes erfolgenden Relativbewegungcn zusammenfällt, wobei ein spitzer Winkel zwischen der Fräserachse und der Normalen auf der Werkstückoberfläche im jeweiligen Bearbeitungspunkt eingehalten wird, wozu das Werkstück beim Bearbeiten seiner konvexen Abschnitte in der einen Richtung und beim Bearbeiten seiner konkaven Abschnitte in der anderen Richtung gedreht wird und wozu dem Fräser noch eine weitere Bewegung bezüglich des Wcrkstükkcs erteilt wird, die im wesentlichen rechtwinklig zur Fräserachsc und zur Werkstückachse verläuft.

Aus dem Aufsatz »Möglichkeiten des fünfachsigen Fräsens« im Industrie-Anzeiger 1974, S. 353 ff., ist es an sich beim fünfachsigen numerisch gesteuerten Fräsen bekannt, rotierende Werkstücke mit der Stirnfläche des Fräsers zu bearbeiten, wobei die Fräserachse unter einem spitzen Winkel zur Normalen auf die Werkstückoberfläche gehalten wird Hier geht es jedoch nur um das Fräsen von analytisch einfach beschreibbaren Körpern, insbesondere Zylinder, und nicht um kompliziert gestaltete Körper mit konkaven Profilabschnitten, wie es Turbinenschaufel sind.

Durch die crfi.idungsgcmäße Lösung wird ein näheres Herantreten der Fräserslirnfläche an die konkav gekrümmte Schaufeloberfläche ermöglicht. Dabei greifen die Schneidkräfte vorwiegend in Richtung der größten Qucrstcifigkeit der Schaufel an.

Im Zusammenhang mit der Verminderung der das Werkstück auf Biegung beanspruchenden Schncidkräf-Ic wird auch eine Vergrößerung der Fräszeilenbrcite ermöglicht, was eine hohe Arbeitsleistung des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens gewährleistet. Trotzdem bleibt die Kammhöhe /.wischen den Fräszeilcn wegen der größe· en Nähe der Fräserstirnfläche zur gekrümmten Oberfläche <lcr Schaufel im Bereich des Zulässigen für die Güte der Bearbeitungsoberfläche.

Dadurch wird bei einer hohen Arbeitsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gute Qualität der Bearbeitungsflächen gewährleistet.

Es kann zweckmäßig sein, den Fräser zum Zwecke des Überganges von einer Fräszeile auf die nächste vom Werkstück abzuheben.

Auf konvexen Abschnitten des Schaufelprofils wird zweckmäQigerweise die Relativstellung zwischen Werkstück und Fräser so gewählt, daß der Bearbeitungspunkt hinter dem in Vorschubrichtung längs der umlaufenden Zeilen vordersten Punkt der Stirnfläche des Fräsers liegt. Dadurch wird eine besonders niedrige Kammhöhe zwischen den Fräszeilen erreicht, was wiederum einen größeren Abstand der Fräszeilen unter gleichzeitiger Gewährleistung der Oberflächengüte ermöglicht.

Es ist auch zweckmäßig, die konkaven Abschnitte des Profils in zwei Etappen zu fräsen, wobei mit dem Fräser etwa in der Mitte des konkaven Abschnitts eingeschnitten wird und bis zu einer der Profilk?j:ten gefräst wird und danach der verbleibende Abschnntsteil in Richtung zur anderen Profilkante gefräst wird. Durch eine solche Abfolge der Bearbeitungsschritte kann die Länge des Schneidteils des Fräsers sowie die Länge des den Fräser tragenden Domes verkürzt werden. Dadurch werden eine hone Starrheit im System Werkzeug — Werstück — Werkzeugmaschine und eine gute Schwingungsfestigkeit erreicht.

Es empfiehlt sich schließlich, dem Werkstück und Fräser eine vorzeichenveränderliche Relativvorschubbewegung längs der Werkstückachse mitzuteilen. Dadurch wird ein Ausgleich der Fräszeilcnbrcile an den konvexen bzw. den konkaven Werkstückflächen, darunter auch an den Schaufelkanten und eine Vermeidung der Leerlaufgange ermöglicht und somit auch die Arbeitsleistung des erfindungsgemäßen Bearbcilungsverfahrens unter gleichzeitiger Gewährleistung der Oberflächengüte gesteigert.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispicls anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Turbinenschaufel als Werkstück, wobei einige Profilquerschnitte gestrichelt angedeutet sind, und die Stellung des Fräsers relativ zur Schaufel sowie die gegenseitigen BewcgungsmöglichkeUen;

F i g. 2 die Rclativstellung des Werkstücks (im Querschnitt) zum Fräser beim Fräsen des Außenprofils der Turbinenschaufel;

Fig.3 die genannte Relativstellung beim Fräsen des Innenprofils der Turbinenschaufel;

Fig.4, 5, 6 die reiativen Stellungen des Werkstücks im Querschnitt zum Fräser und deren Bewegungsriclitungen beim Fräsen verschiedener Stellen des Außenpiofils der Turbinenschaufel;

F i g. 7,8 die Stellungen beim Fräsen der Profilvorderkante;

Fig.9, 10, II die Stellungen beim Fräsen des Innenprofils der Turbinenschaufel;

Fig. 12, 13, 14 die Stellungen beim Fräsen der Profilhinterkante;

Fig. 15 eine Stellung des Werkstückes im Querschnitt zum Fräser;

Fig. lodcnSchniuXVI-XVIderFig. 15;

Fig. 17 die Werkstückstellung (im Querschnitt) zum Fräser, wenn der Dcarbeit'jngspunkt hinter dem in Vorschubrichtung längs der umlaufenden Zeile vordersten Punkt der Stirnfläche des Fräsers liegt;

Fig. 18 den Schnitt XVIII-XVIII der F ig. 17;

l·'ig. l^c) die Relativstcllung der Turbinenschaufel (im Querschnitt) zum Fräser beim Einschneiden in der Mitte des konkaven Profilabschnitls /um Zwecke des anschließenden Fräsenszur Profilhinterkante hin;

("ig. 20 die genannte Stellung beim Fräsen in Richtung zur Profilvordcrkanle hin.

Das Werkstück I in Gestalt einer Turbinenschaufel wird unter Ermöglichung der Drehung um die Achse A und der Verstellung längs dieser Achse eingespannt. Der Fräser 2 wird unter Ermögliehung einer Profilabwäl/bcwcgung in Richtung 7 eingestellt, die mit der Drehachse X des Werkstücks einen Winkel im Bereich von ca. 45' bis ca. IJ5" bildet.

Mil gleichem KtToIg kann auch statt des Werkstücks I der ('raser 2 längs der Drehachse A' verschiebbar sein. Auch die Profilabwäl/bcwcgung längs der Achse /kann statt dem ("raser, wie in dem vorliegenden Beispiel, auch dem Werkstück I mitgeteilt werden.

iiii vwiiicgcnui'n ncisfiiei verläun uie Achse /' /ur Drehachse Xunter einem rechten Winkel.

Der Fräser 2 kann sich noch in Richtung der Achse )' bewegen, die mit der Drehachse A' des Werkstücks 1 und auch mit der Achse Z grundsätzlich einen rechten Winkel bildet.

Ks ist auch eine Variante möglich, in der die Verstellung des Werkstücks !. nicht des Fräsers 2 in Richtung Yvorgesehen ist.

Im Beispiel ist der durch die Achse Y mit den Achsen A'und Z gebildete Winkel ein rechter. Auf diese Weise bilden die Achsen X. Y. Z ein rechtwinkliges Koordinatensystem.

Der Fräser 2 wird relativ zur zu bearbeitenden Werkstücksoberfläche derart eingestellt, daß der Winkel zwischen seiner Achse O-O und der Normalen N auf der Werkstückoberfläche im Bearbeitungspunkt ein spitzer ist, so daß das Fräsen durch die Stirnfläche des Fräsers 2 erfolgt.

Im vorliegenden Beispiel verläuft die Drehachse OO des Fräsers 2 zur Erfüllung der genannten Forderung zur Achse Zparallel.

Während des Fräsens führt der Fräser 2 gleichzeitig längs der Achsen Kund Z seine Bewegungen aus. und das Werkstück 1 dreht sich um die Drehachse X sowie bewegt sich längs dieser. Durch die Überlagerung dieser Bewegungen wird das Werkstück in umlaufenden Zeilen gefräst.

Im betrachten Beispiel ist der Fräser ein Endfräser mit ebener Stirnfläche ohne Abfasung. Ebenso kann auch ein Fräser mit einer Abfasung oder ein Fräser mit einer anderen Gestalt benutzt werden.

Jeder Oberfläcb-inpunkt des Profilquerschnitts wird bei einer solchen Winkelstellung des Werkstücks um die Drehachse X profiliert, daß zwischen der Tangentialebene an die Profiloberfläche im Bearbeitungspunkt und der Ebene der Fräserstirnfläche ein spitzer Winkel aufrechterhalten wird. Durch Drehung des Werkstücks 1 um die Drehachse X und durch Verschiebung des Fräsers 2 längs den Achsen Y und Z kann immer eine Berührung der Fräserstirnfläche mit dem zu profilierenden Werkstückpunkt gesichert werden. Bei einer Umdrehung der Turbinenschaufel wird eine Fräszeile aus deren Oberfläche herausgefräst. Zwischen zwei Nachbarzeilen bleibt ein Kamm stehen.

Es ist bekannt, daß mit kleiner werdendem Winkel zwischen der Tangentialebene 3 (Fig. 2) zur Bearbeitungsfiäche und der Stirnfläche des Fräsers bzw. mit verkleinertem Winkel zwischen der Normalen auf die Bearbeitungsfläche in dem Profilpunkt und der Achse des Fräsers die Arbeitsbedingungen des Fräsers sich immer mehr den Verhältnissen des Slirnfräscns nähern, bei welchem die Schnittkräfie in Richtung der Tangente zur Bearbeitungsfläche wirken. Im vorliegenden I all bedeutet dies, daß die Schnittkräfie auf die AiiUcn- bzw. Innenprofilabschnitle vorwiegend in Richtung der größten Quersleifigkeit der Turbinenschaufel wirken.

Durch diese Wirkungsrichliing der Schnittkräfic vermindert sich wesentlich die Durchbiegung der Schaufel. Zusalzabstüt/ungcn der Schaufel werden daher weitgehend entbehrlich.

Wegen dieser Vermindei mg der das Werkstück biegenden Kräfte kann nun die llreilc der Fräs/eilt vergrößert werden Dabei begünstigt die bessert Annäherung der Stirnfläche des Fräsers an dit gekrümmte Bearbeilungsfläche des Werkstücks eint Verkleinerung der Kammhöhe, welche selbst be bedeutenden l'räs/cilenbreiien (bis IO mm) im vorgegebenen Toieranzieid für die Obeniiii hengutc bleibt.

In jedem profilierten Oberflächcnpunki kann dit Größe des Winkels /wischen der Stirnfläche Λ dc Fräsers 2 und der Tangentialebene 3 durch Drehung des Werkstücks um die Achse X verändert werden.

Bei Bearbeitung des Innenprofils der Turbinenschau fei muß ein garantierter Spall u (I ig. J) /wischen dei Schaufel und dem l'räser vorhanden bleiben, so daß eir Nachschneiden mit der hinteren Kanie der l'räserstim fläche in ien bereits profilierten Teil der Schaufelober fläche vermieden wird. Dieser Spalt ;i kann dabei durch die Drehung des Werkstücks um die Achse A crrcichi werden, bei welcher der Winkel zwischen dei Berührungsebene 3 in dem Proiilpunkt 4. der den Winkel zwischen der Normalen N und der Drehachse O-Odcs Fräsers 2 gleich ist. den Wert λ erreicht.

Beim Fräsen von Schaufeln mit veränderlichen Profilquerschnitt und/oder mit Verwindung wird die Größe des Winkels λ zwischen der Stirnfläche Λ dc Fräsers 2 und der Berührungsebene 3 in jedcir Profiloberflächenpunkt 4 so gewählt, daß das Nach schneiden des bereits profilierten Schaufelblatts vcrmie den wird.

Die Verminderung des Winkels \ bewirkt. d;iß dii Schnittkräftc an den Außen- und Inncnprofilabschnitter der Schaufel vorwiegend in Richtung von deren größtci Quersteifigkcit wirken. Dies wiederum trägt zui Erhöhung der Schwingungsfestigkeit des Fräsvorgan ges bei. Darüber hinaus wird die Kammhöhe /wischer zwei benachbarten Fräszeilen um so geringer, je geringer dieser Winkel λ ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind große über 10 mm hinausgehende Fräszeilenabstände erreichbar, ohne daß die Oberflächengüte zu gering würde wobei infolge guter Schwingungsfestigkeit auch eine hohe Arbeitsleistung des Verfahrens erreicht wird.

Während des Fräsens einer Zeile läuft der Fräser relativ zum Werkstück einmal vollständig um. Die Besonderheiten dieses Vorgangs sind in Fig.4 bis H gezeigt, und zwar anhand der Abwälzung des Fräsers 2 längs des Profilumfangs einer Schaufel mit konstani bleibendem Profil ohne Verwindung, wobei eine Reihe der Relativstellungen des Werkstücks 1 (im Querschnitt] und des Fräsers 2 sowie die abzuhebende Bearbeitungszugabe gezeigt sind. In diesem Zeichnungen sind mil Pfeilen auch die Richtungen der Fräserbewegunger längs der Achsen Yund Z veranschaulicht, und mit dem Pfeil B ist die Drehrichtung des Werkstücks um die Achse X in jeder der gezeigten Abwälzungsstellungen angegeben. Die Verstellung des Werkstücks längs dei

Achse X erübrigt sich für die Schaufel der betreffenden Gestalt.

In Fig.4, 5, 6 sind drei aufeinanderfolgende Abwälzstellungen bei der Bearbeitung des Außenprofils der Turbinenschaufel, beginnend an der Profilhinterkan- -> te, in dessen Mitte bzw. am Ende des Außenprofilfräsens an der Profilvorderkantc gestellt. Während des Fräsens übet das Außenprofil dreht sich das Werkstück um die Achse X in Richtung B gegen den Uhrzeigersinn; die Bewegung des Fräsers 2 längs der Achse Z ändert ihr in Vorzeichen, während die Bewegung des Fräsers 2 in Richtung Vohne Richtungsänderung verlauf!.

Beim Fräsen über die Profilvorderkante hinweg (Fig. 7, 8) bleibt die Drehrichtung B des Werkstücks I um die Achse X erhalten, während die Vorschubbewe- r> gungsrichtung des Fräsers 2 längs der Achse Y ihr Vorzeichen ändert.

Beim Fräsen des Innenprofils ändert die Drehrichtung des Werktstücks 1 (Ki g. ¹J, 10, 11) um die Achse X ihr Vorzeichen und verläuft jetzt in Richtung C. Das vorzeichenveränderliche Verhalten der Bewegungen des Fräsers 2 längs der Achsen Y und Z bleibt dabei erhalten.

Beim Übergang zum Fräsen der Profilvorderkante (Fig. 12) ändert sich die Drehrichtung des Werkstücks 1 ;-, um die Achse X abermals und verläuft jetzt wieder in Richtung B.

Im weiteren bleibt die Drehrichtung des Werkstücks I (Fig. 13, 14) auch beim Fräsen der Profilvorderkante gegen den Uhrzeigersinn gerichtet. in

U;im Fräsen einer Turbinenschaufel veränderlichen Profils mit Verwindung erhält das Werkstück 1 außer einer Drehung um die Achse X auch einen Vorschub längs dieser und diese Vorschubbewegung ist vorzeichenveränderlich. Die Drehung des Werkstücks 1 um r. die Achse X verhält sich auch vorzeichenveränderlich. Mit veränderlichem Vorzeichen wird auch der Fräser 2 längs der Achsen >'und Zbewegt.

Der Übergang von einer Fräszeile zu der anderen kann diskret (unter Abheben des Fräsers von dem 4» Werkstück beim Übergang zu dem benachbarten Oberflärhpnniinki nnH Tipninvnng rjor Bewegung !är.gi der Achsen X. Y uiid Z und der Drehung des Werkstücks um die Achse Z oder ohne Abheben) und auch fortlaufend erfolgen, wobei dann die auf der 4, Turbinenschaufel zurückbleibende Bearbeitungsspur eine Schraubenlinienform hat, die an dem Schaufelkopf beginnt und an dem Schaufelfuß endet.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Bearbeitung auch der Übergangsflächen von dem Schaufelar- ><i beitsprofil zu den ebenen Schaufelelementen, die die Werkstückdrehachse X unter einem rechten Winkel schneiden. Auch hierbei kann der betrachtete Fräser mit ebener Stirnfläche ohne Abfasung benutzt werden.

Bei der Bearbeitung solcher ÜbergangsHächen wird *» das Werkstück 1 nur um die Achse Xgedreht urd bleibt längs dieser Achse unbeweglich. In diesem Fall bildet der Fräser 2 (Fig.3) mit dem Umfangskreis seiner Stirnfläche A eine Fräszeile auf der Arbeitsfläche der Schaufel, die eine Hintereinanderfolge von Oberflä- on chenpunkten darstellt, weiche zu den verschiedenen Arbeitsprofilquerschnitten der Turbinenschaufel gehören, und gibt gleichzeitig der Übergangsfläche, die an die Räche D angrenzt, ihre Gestalt, weiche der Fräser mit seiner zylindrischen Mantelfläche bearbeitet *?

(Fig-IX

Bei diesem Vorgang ergibt sich die Größe des Winkels * (Fig.3) zwischen der Stirnfläche A des Fräsers 2 und der Berührungsfläche 3 an jedem der eine Fräszeile auf der Arbeitsfläche der Schaufel bildenden funkte aus der Gestalt der Übergangsfläche und der Größe des Radius des Fräsers 2.

Mit dem gleichen Ergebnis kann die gleichzeitige Bearbeitung der Übergangsfläche und der an diese angrenzenden Fläche D mit einem Fräser durchgeführt werden, der eine andere Gestalt aufweist. So ist es beispielsweise zweckmäßig, bei der Bearbeitung von Übergangsflächen, die einen geringen Krümmungsradius besitzen, einen Fräser mit abgerundeter Stirnfläche zu benutzen, deren Radius etwa dem Krümmungsradius der Übergangsfläche entspricht.

ZweckmäßigerwL'ise ist auf konvexen Profilabschnitten die Relativstellung zwischen Werkstück I und Werkstück 2 so veränderlich, daß der Bearbeitungspunkt hinter den in Vorschubrichtung längs der umlaufenden Zeile vordersten Punkt der Fräserstirnfläche zurücktreten kann. Diese Verschiebung wird vermittels der Verstellung des Fräsers in Richtung der Achsen Y. Zund einer solchen des Werkstücks längs der Drehachse Λ zustandegebracht.

Fig. 15 zeigt zunächst eine Einstellung des Werkstükkes 1 (quergeschnitten) in Form einer Turbinenschaufel konstantbleibenden Profilquerschnitts ohne Verwindung gegenüber dem Fräser 2, bei der der Bearbeitungspunkt 4 mit dem vordersten Punkt der Fräserstirnfläche zusammenfällt. Die sich hierbei ergebende Bearbeitungsoberfläche ist in Fig. 16 gezeigt, wobei die zwischen den Fräszeilen der Breite.5 verbleibende Kammhöhe mit d\ angegeben ist.

Fig. 17 zeigt die Zurück Verlegung des Bearbeitungspunkts 4 um den Betrag e gegenüber dem vordersten Punkt der Fräserstirnfläche. Die sich hierbei ergebende Oberflächenqualität ist in Fig. 18 gezeigt. Die sich hier ergebende Kammhöhe ö₂ ist bei gleicher Fräszeilenbreite ^kleiner als im Fall gemäß Fig. 15/16.

Bei Bearbeitung einer Turbinenschaufel veränderlichen Querschnitts oder mit Schaufelverwindung wirkt sich die betrachtete Zurückverlegung des Bearbeitungspunkts ähnlich auf die erhaltene Oberflächengüte aus. Durch c;r,c ;.~!chc Träici VLiaLuicOung gegenüber dem Werkstück kann somit auch die Fräszeilenbreite unter Aufrechterhaltung einer bestimmten Oberflächengüte auf den konvexen Abschnitten des Arbeitsprofils der Turbinenschaufel vergrößert werden.

Es kann zweckmäßig sein, den konkaven Profilabschnitt von dessen Mitte ausgehend zu fräsen. Fig. 19 zeigt das Einschneiden des Fräsers 2 in der Mitte des konkaven Profilabschnitts zum Zwecke des anschließenden Fräsens zur Profilhinterkante hin. Der Fräser 2 wird in Richtung zur Profilhinterkante unter einem Winkel X\ gegen die Normale N auf das Schaufelprofil im Bearbeitungspunkt 4 geneigt. Die Größe dieses Neigungswinkels bestimmt sich durch die Gestalt dieser Übergangsfläche und die Größe des Fräserradius. Die Drehrichtung B des Werkstücks 1 um seine Drehachse X entspricht dem Gegenuhrzeigersinn.

F i g. 20 zeigt die Bearbeitung des verbleibenden Teils des konkaven Profilabschnitts von dessen Mitte zur Profilvorderkante hin. Die Drehrichtung des Werkstücks 1 um seine Drehachse fällt mit dem Uhrzeigersinn zusammen, d. h. die Drehung erfolgt in Richtung C Der Fräser 2 ist gegen die Normale N in Richtung der Profilvorderkante unter einem Winkel a₂ schräggesteüt, dessen Größe sich aus der Gestalt der Übergangsfläche und der Größe des Fräserradius ergibt.

Auf diese Weise wird die Konkavseite der Schaufel in

030 215/229

zwei Arbeitsgängen mit unter Abnahme des Fräsers von der ßearbeilungsfläche bearbeitet, wobei die Bearbeitung von der Profilmitte her beginnt. Bei einer solchen Aufeinanderfolge bei der Bearbeitung kann die Länge des Schneidteils des Fräsers und des ihn tragenden Fräserdorns verkürzt werden. Dadurch wird eine hohe .Starrheit im System Werkzeug — Werkstück — Werkzeugmaschine und eine gute Schwingungsfestigkeit erreicht, was sieh auf die Güte der Bearbeitungsfläche und die Arbeitsleistung des Verfahrens günstig auswirkt.

Es kann schließlich zweckmäßig sein, zwischen dem Werkstück und dem Fräser eine vorzcichenveränderliche Relativbewegung längs der Drehachse X zu erzeugen, so daß diese also gegeneinander schwingen und die Spur der Fräszeile eine Zickzack.form erhält. Da die Fräszeilenbreite an einzelnen Stellen des Arbeitsprofils unterschiedlich ist, weil das Fertigstück eine veränderliche Krümmung aufweist, wird dadurch ein

■> Ausgleich der Fräszeilenbreite auf den Außen- bzw. Innenabschnitten des Arbeitsprofils sowie an den Schaufelkanten ermöglicht und es werden Leergänge vermieden, wodurch sich die Arbeitsleistung des Verfahrens bei Gewährleistung der Oberflächengüte

ίο erhöht.

Abschließend soll bemerkt werden, daß die betrachtete Hin- und Herbewegung relativ zwischen Fräser und Werkstück auch in einer Richtung stattfinden kann, die im wesentlichen nicht rechtwinklig zur Werkstückachse

is verläuft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rundfräsverfahren zur Bearbeitung der Oberflachen von Turbinenschaufel^, bei dem das Werkstück um seine Längsachse gedreht wird und bei dem relative Bewegungen zwischen Fräser und Werkstück rechtwinklig zur Längsachse und in Richtung der Längsachse des Werkstücks ausgeführt werden, für eine Bearbeitung entlang schraubenlinienförmig verlaufender Fräs/eilen, d a durchgi'kcn η /. c i c h η c ι. daß mit der Stirnfläche des Fräsers (2) gefräst wird, dessen Achse (()-()) im wesentlichen mit der Richtung der rechtwinklig /ur Längsachse des Werkstückes (I) erfolgenden Relalivhcwegimgen /iisaminenfällt. daß dabei ein spit/er Winkel (\) /wischen der l-räserachse und der Normalen (N) auf der Werkstückoberfläche im jeweiligen Bcarbeiltmgspimkl (4) eingehalten wird, wo/u das Werkstück beim Bearbeiten seiner konvexen Abschnitte in der einen Richtung und beim Bearbeiten seiner konkaven Abschnitte in der anderen Richtung gedreht wird und wozu dem Fräser noch eine weitere Bewegung bezüglich des Werkstückes erteilt wird, die im wesentlichen rechtwinkelig zur Fräserachse und zur Werksiückachse (X) verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser zum Übergang von einer Fräszeile auf die nächste vom Werkstück abgehoben wird.

3. Verfahren nach Ansprüi \cn I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß au/ den konvexen Abschnitten des Profils die Rclalivstcliung wischen Werkstück

(1) und Fräser (2) so gewählt wird, daß der Bearbeitungspunkt (4) hinter dem in Vorschubrichtung längs der umlaufenden Zeilen vordersten Punkt der Stirnfläche des Fräsers liegt (F i g. 18).

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Abschnitte des Profils in zwei Etappen gefräst werden, wobei mit dem Fräser etwa in der Mitte des konkaveir Abschnitts eingeschnitten wird und bis zu einer der Profilkanten gefräst wird und danach der verbleibcnde Abschnittsteil in Richtung zur anderen Profilkante gefräst wird (F i g. 20,21).

5. Verfahren nach Ansprüchen I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß dem Werkstück (I) und Fräser

(2) eine vorzeichcnvcrändcrliche Rclativvorschubbewegung längs der Drehachse (X) des Werkstücks (I) verliehen wird.