ES2320608B2 - Metodo de rectificado por contorneado a alta velocidad de alabes anchos. - Google Patents
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Abstract
Método de rectificado por contorneado a alta
velocidad de álabes anchos, según el cual se utiliza una muela (1)
cuyo contorno de rectificado presenta una dimensión en anchura
inferior a la anchura de la punta de los álabes a rectificar,
quedando definido dicho contorno por una zona recta seguida de una
zona arqueada en un extremo, con cuya zona recta se lleva a cabo un
rectificado recto para el desbaste de la punta de los álabes,
mientras que con la zona arqueada se lleva a cabo el rectificado
por contorneado por interpolación de ejes.
Description
Método de rectificado por contorneado a alta
velocidad de álabes anchos.
La presente invención está relacionada con el
rectificado por contorneado de álabes de rotor a alta velocidad,
proponiendo un método de rectificado por contorneado que resulta
especialmente indicado para el rectificado de álabes de rotor.
El rectificado por contorneado de los bordes,
denominados puntas, de los álabes del rotor de una turbina ó de un
compresor es un proceso que se viene desarrollando mediante el
empleo de máquinas rectificadoras que incorporan, al menos, una
muela, en la que se lleva a cabo un proceso de trabajo definido
por una primera fase de desbaste, en la que se arranca la mayor
parte del material a mecanizar, y una segunda fase de ajuste final
en la que se lleva a cabo el rectificado de acabado de dichos álabes
por contorneado.
En la aplicación de este tipo de rotores al
sector aero-espacial, los álabes presentaban en su
punta una dimensión en anchura habitualmente inferior a los 73 mm
y de acuerdo con ello, se venían utilizando muelas cuya dimensión
en anchura era mayor que la de los álabes; de manera que la
operación de desbaste se llevaba a cabo en un único ciclo de
rectificado en profundidad.
En estos momentos el sector
aero-espacial reclama rotores en los que algunas de
sus etapas presentan álabes más anchos, con una medida igual ó
superior a los 73 mm de anchura y que denominaremos a partir de
ahora como álabes anchos.
En este tipo de rotores con etapas con álabes
anchos si se recurre al empleo de muelas cuya anchura sea superior
a los 73 mm surge un serio problema, ya que en el rectificado de
grandes rotores formados por múltiples etapas de álabes, la muela
rectificadora, por su gran dimensión en anchura, colisiona con los
álabes de etapas adyacentes a la etapa que se esta rectificando,
impidiendo esta interferencia el empleo de muelas cuya dimensión en
anchura sea igual o mayor que la precitada medida de 73 mm.
Por la Patente de "Newall" GB 2 270 483 se
conoce la aplicación de una muela para el rectificado de álabes,
cuyo perfil puede presentar una dimensión en anchura inferior a la
de la punta de álabe.
Para lograr esto, se recurre al empleo de una
muela cuyo contorno de rectificado es convexo visto en sección
transversal. Esta muela estrecha gira alrededor de un eje paralelo
al del rotor. Además la muela y el rotor se mueven uno respecto del
otro en una dirección "Z" paralela al eje del rotor y de la
muela; así como en un eje "X" ortogonal al anterior.
Esta muela estrecha de perfil convexo puede,
trabajando por interpolación de los ejes "X" y "Z",
rectificar la punta de los álabes de un rotor, incluso cuando dicha
punta presente un perfil no recto, por ejemplo en ángulo o
arqueado.
Esta solución de "Newall" tiene un serio
inconveniente, cuando se pretende rectificar rotores de álabes
anchos, ya que la fase de desbaste se lleva a cabo también por
interpolación de los ejes "X" y "Z", en un proceso lento,
lo cual se agrava cuando se pretende rectificar un rotor de
múltiples etapas de álabes, dando origen a un proceso de trabajo
muy lento.
De acuerdo con la solución ahora propuesta el
método de rectificado por contorneado a alta velocidad de álabes
rectos, emplea, al igual que en la solución de "Newall" una
muela estrecha, de menor tamaño que la anchura de la pala del
álabe, lo que permite el rectificado de grandes rotores de varias
etapas con, al menos, algunos de sus álabes anchos, sin
interferencias.
Ahora bien, en lugar de una muela estrecha de
perfil convexo, se utiliza una muela estrecha, cuyo contorno de
rectificado presenta un perfil que se define por una zona recta
que, por uno de sus extremos remata en una zona definida por un
tramo arco-convexo.
La solución ahora propuesta, se muestra en dos
variantes expuestas gráficamente en las figuras 3.1 y 3.2. El
movimiento lineal relativo del rotor con respecto a la muela,
siendo este movimiento paralelo al de giro del rotor, corresponde
al movimiento del eje "Z". También el cabezal
porta-muela puede moverse en el eje "X"
ortogonal al eje "Z". El plato giratorio del cabezal muela
puede girar para compensar el ángulo de ataque de la muela respecto
de la etapa de álabes a rectificar- Eje "B".
Con la correspondiente interpolación de los
movimientos en los ejes "X", "Z" y "B", la muela
puede rectificar álabes cuya punta presente un perfil recto,
angular o arqueado.
Pero además y como característica fundamental de
la presente invención, cuando se vayan a rectificar grandes
rotores de varias etapas, la parte recta de la muela permite el
desbastado del álabe con esa parte recta de la muela, en varias
entradas de la muela, en lo que se identifica como un
"multi-plongee", lo que permite una operación
de desbastado mucho más rápida que con la solución propuesta por
"Newall".
Además, el rectificado según el método ahora
propuesto permite, utilizando una muela más estrecha que la punta
de los álabes, el rectificado de rotores múltiples sin
interferencias, el realizar mediciones en los álabes del rotor
simultáneamente al propio proceso de rectificado, un aumento de la
precisión de rectificado, una reducción de la duración de cada
ciclo del proceso, etc.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra una vista en alzado de una
solución convencional de rectificado de un gran rotor "r" de
álabes múltiples para poder apreciar las interferencias
"i".
La figura 2 muestra una vista en sección
transversal de una muela abrasiva de rectificado 1 cuyo contorno de
rectificado está formado por una zona recta 1.1 y otra zona
arco-convexa 1.2.
Las figura 3.1 y 3.2 muestran, según sendas
vistas esquemáticas, los grados de libertad de las configuraciones
de máquina en los que se puede desarrollar el método objeto de la
invención.
La figura 4 muestra una vista en alzado de un
ejemplo de rectificado recto, mediante la zona plana 1.1 de una
muela 1, siguiendo el método objeto de la invención, aplicable en
este caso a un álabe "b" de anchura inferior a 73 mm.
La figura 5 muestra una vista en alzado de un
ejemplo de rectificado por contorneado de la punta de álabe
"b" de la figura 4 mediante la zona
arco-convexa 1.2 de la muela 1 siguiendo el método
objeto de la invención.
Las figuras 6 a 8 muestran unas vistas
esquemáticas en alzado del desbaste de la punta de un álabe
"b" en un ciclo múltiple de rectificado recto en
"plongee".
La figura 9 es una vista como las anteriores
pero ahora durante el rectificado por contorneado mediante la zona
arco-convexa 1.2 de la muela 1.
La figura 10 muestra en esquema como en el
método objeto de la invención con una muela 1 estrecha se puede
cubrir el rectificado de todas las etapas del rotor "r" sin
tener ninguna interferencia.
\vskip1.000000\baselineskip
El objeto de la presente invención está
relacionado con las rectificadoras por contorneado a alta velocidad
de los álabes de un rotor, proponiendo una solución que gracias a
sus características constructivas y funcionales resulta realmente
ventajosa para su aplicación en el rectificado de álabes
anchos.
Se conocen máquinas de rectificado "m",
cuyas muelas abrasivas (grinding wheel) "g" presentan una
anchura superior a la medida en anchura de las puntas de los álabes
(blades) "b" de un rotor "r" de los utilizados en el
sector aero-espacial, tal y como se representa en
la Figura 1.
Con esta solución el método de rectificado
consistía en llevar a cabo una primera operación de rectificado
recto para el desbaste de la punta del álabe "b", rectificado
recto que se llevaba a cabo con la zona recta de la muela "g"
en una sola entrada denominada "plongee" y después, proceder a
un rectificado por contorneado, con la zona arqueada de uno de los
bordes de la muela "g".
Ahora bien, el sector
aero-espacial demanda rotores "r" de álabes
"b" de mayor anchura; de manera que de la medida usual, en la
que la punta de los álabes "b" no alcanzaba los 73 mm de
anchura, se ha pasado a grandes rotores de múltiples etapas, en las
que, al menos, algunas de las etapas presenta la punta de su álabe
"b" con una dimensión en anchura igual o superior a 73 mm que
denominaremos a partir de ahora como álabes anchos.
En este caso, que es el representado en la
Figura 1, cuando se procede al rectificado de rotores de etapas
múltiples, si se utilizan muelas "g" de medidas superiores a
la medida de los álabes "b" anchos se producen interferencias,
como las indicadas por la referencia "i" en dicha Figura
1.
Por la Patente inglesa GB 2 270 483 se conoce un
método de rectificado para álabes anchos, mediante el empleo de
una muela más estrecha cuyo contorno de rectificado presenta un
perfil arco-convexo. Con esta muela y trabajando
por interpolación de los ejes "X" y "Z" se podía proceder
al rectificado de las puntas de álabes anchos "b" incluso
cuando dicha punta presente un perfil no recto, por ejemplo en
ángulo ó arqueado.
\newpage
Ahora bien, con esta solución al ser
arco-convexo el perfil de la muela "g", la
fase de desbaste de la punta del álabe "b" no puede llevarse a
cabo mediante un rectificado recto y debe realizarse también por
interpolación de los ejes "X" y "Z", en un proceso de
rectificado por contorneado que es muy lento, lo cual se agrava
cuando se pretende rectificar un rotor de etapas múltiples.
El objeto de la presente invención consiste en
un método de rectificado por contorneado a alta velocidad de
álabes anchos "b" de un rotor "r".
La invención propone el uso de una muela 1 de
menor anchura que la dimensión en anchura de la punta de los álabes
"b" del rotor "r", es decir, inferior a 73 mm, y que
dispone de un contorno de rectificado definido por un perfil
dividido en dos zonas 1.2 y 1.2, una de ellas 1.1 recta y la otra
arco-convexa 1.2, tal y como se aprecia en la
Figura 2.
Las configuraciones de máquina propuestas en las
figuras 3.1 y 3.2 permiten desarrollar el método objeto de la
presente invención, disponiendo de movimiento en los ejes "X"
y "Z", siendo el eje "X" ortogonal al eje "Z".
El movimiento en el eje "X" determina el
movimiento de penetración del cabezal 3 portamuelas con respecto al
rotor "r" y el movimiento en el eje "Z" su movimiento
transversal con relación al rotor "r".
El eje "Z" determina el movimiento
transversal de la máquina de rectificado, movimiento paralelo al
giro de la pieza de trabajo, es decir, el rotor "r", siendo
este eje "Z" paralelo al eje de giro del rotor "r".
Además el cabezal 3 puede girar según la
trayectoria indicada por el arco "B" en la Figuras 3.1. y 3.2,
para posicionar el ángulo de ataque de la muela 1 respecto del
álabe "b" a rectificar.
La figura 3.1 muestra una máquina 2 con tres
grados de libertad; mientras que la figura 3.2 corresponde a una
máquina 2 con cuatro grados de libertad, al incorporar la
posibilidad de movimiento del cabezal 3, según el eje "W".El
eje "W" es paralelo al eje "Z", pero los movimientos en
"W" pueden ser de un valor distinto a los movimientos en
"Z".
La interpolación de los ejes "X" y "Z"
y el giro en "B", junto con la utilización de las diferentes
zonas 1.1 y 1.2 de la muela 1, en función de las necesidades, se
puede realizar el rectificado de cualquier tipo de álabe "b",
bien sea de perfil recto, angular ó arqueado (cóncavo o convexo) y
tanto sea de anchura inferior a 73 mm o se trate de un álabe ancho,
de anchura igual o superior a los 73 mm.
En la figura 4 se puede observar el rectificado
de una punta de álabe "b" de anchura inferior a los 73 mm. El
desbaste se lleva a cabo mediante la zona plana 1.1 de la muela 1
de rectificado. En este ciclo basta con acercar la muela 1 mediante
un movimiento en el eje "X" y girarlo mediante un giro según
"B", de forma que mediante un único plongee se realice el
desbastado de la punta del álabe "b".
Para el rectificado por contorneado de la punta
del álabe "b" de la Figura 4, el rectificado se realiza
mediante la interpolación de los ejes de "X", "Z", y el
giro de "B", de manera que el movimiento que vaya realizando
la muela 1 se ajuste al perfil de la punta del álabe "b", es
decir, realizando un rectificado por contorneado, tal y como se
representa en la Figura 3.
Es decir que en este caso, la zona plana 1.1 de
la muela 1 se utiliza para realizar el desbaste de la punta de un
álabe "b" en un único ciclo de rectificado recto en
profundidad, en un único "plongee", mientras que la zona
arco-convexa 1.2 se utiliza en el rectificado por
contorneado de las puntas de los álabes "b" mediante
interpolación de los ejes de la máquina 2 de rectificado, que
generan el movimiento relativo de la muela 1 con respecto a la
punta del álabe "b".
En el rectificado de un álabe "b" de medida
igual o superior a los 73 mm, tal y como es el caso de las figuras
6 a 8, el utilizar una muela 1 más estrecha que las puntas de los
álabes "b", la interpolación de los ejes de los que dispone la
máquina 2, así como la utilización de las dos zonas 1.1 y 1.2 de
las que dispone la muela 1 en función de las características de
cada punta de álabe "b", permite realizar un rectificado en
multi "plongee", lo que reduce los tiempos de trabajo
considerablemente.
En efecto, en la etapa de desbaste se coloca la
muela 1 con la angulación necesaria en función del perfil de la
punta del álabe "b" mediante una basculación según el
movimiento "B" y se realiza el desbastado mediante múltiples
acercamientos en el eje "X" de la muela 1 al rotor "r",
en lo que se denomina un multi "plongee".
De esta forma se lleva a cabo el proceso de
desbaste con mucha más rapidez que si se realizara con una muela
estrecha de perfil arco-convexo que realice dicho
desbaste por interpolación de los ejes.
La etapa final del rectificado se realiza
mediante la interpolación de los ejes "Z", "X" y el
movimiento en "B", de los que dispone la máquina, realizando
un rectificado por contorneado de las puntas de los álabes
"b" mediante interpolación (recta, cóncava y convexa) del eje
de penetración, cabezal 3 muela 1 y el eje longitudinal mesa 4.
También si se compara este método ahora
preconizado con el tradicional que utilizaba muelas anchas nos
encontramos con que este nuevo método de rectificado por
contorneado a alta velocidad de álabes anchos reduce
significativamente la duración total del ciclo necesaria para
mecanizar grandes rotores compresores, comparado con un proceso de
contorneado en desbaste y acabado de las etapas. Si no se aplica
este nuevo método, es necesario un cambio de muela (de una muela
ancha a una más estrecha) para completar el rectificado de las
etapas más estrechas de un rotor compresor, aumentando bruscamente
los tiempos de ciclo y la puesta en marcha.
En efecto en la Figura 10 se representa un rotor
"r" de etapas múltiples, en concreto se forma por catorce
etapas, de las cuales, puede apreciarse como en algunos casos los
álabes "b" de estas etapas son anchos de medida igual o
superior a los 73 mm. Como es el caso de las cinco primeras etapas
de la parte izquierda de esta Figura 4. La muela 1 presenta una
anchura inferior a 73 mm. Como puede apreciarse en esta Figura 3,
en el rectificado de los álabes estrechos no se producen las
interferencias "i" que se producían en la solución
representada en la Figura 1; de manera que no es necesario cambiar
de muela 1 para completar el rectificado de etapas más estrechas de
un rotor compresor, reduciendo sensiblemente los tiempos de
trabajo, ya que una muela 1 más estrecha que los álabes anchos
"b" puede cubrir el rectificado de todas las etapas del rotor
sin tener ninguna interferencia "i".
En esta Figura 4 se ha representado, en relación
con la primera etapa, como se lleva a cabo el rectificado recto de
desbaste con la parte recta 1.1 de la muela 1 y mediante un ciclo
múltiple de rectificado en "plongee".
Además y siguiendo el método objeto de la
presente invención, tanto si se rectifican álabes "b" cuya
punta sea de una anchura inferior a 73 mm, como si se rectifican
álabes anchos, cuya punta sea igual o superior a los 73 mm, puede
aplicarse la medición en el proceso porque se obtiene el
contorneado mediante la interpolación de ejes que no interfieren
con los ejes necesarios para hacer funcionar el dispositivo de
medida. Esto llevará a un aumento de la precisión y a una reducción
de la duración del ciclo porque la medición y el rectificado pueden
tener lugar simultáneamente.
Claims (3)
1. Método de rectificado por contorneado a alta
velocidad de álabes anchos, del tipo de álabes cuya punta tiene una
dimensión en anchura igual o superior a setenta y cinco milímetros,
caracterizado porque según el mismo se utiliza una muela 1
estrecha, cuyo contorno de rectificado presenta una dimensión en
anchura inferior a los setenta y cinco milímetros, quedando
definido dicho contorno por una zona recta 1.1 seguida en un
extremo por una zona arqueada 1.2; con esta muela estrecha 1 y más
concretamente con su zona recta 1.1 se lleva a cabo el proceso de
rectificado recto en "plongee" para el desbaste de la punta de
los álabes, en sucesivas entradas en un ciclo múltiple de
rectificado recto; mientras que con la zona arqueada 1.2 se lleva a
cabo el rectificado por contorneado por interpolación de ejes.
2. Método de rectificado por contorneado a alta
velocidad de alabes anchos, en todo de acuerdo con la anterior
reivindicación, caracterizado porque el rectificado por
contorneado con la zona arqueada 1.2 se lleva a cabo mediante
interpolación, recta, cóncava y/o convexa, del eje de penetración,
cabezal 3 muela 1, y el eje longitudinal mesa 4.
3. Método de rectificado por contorneado a alta
velocidad de alabes anchos, en todo de acuerdo con la primera y
segunda reivindicaciones, caracterizado porque para el
rectificado de un rotor "r" de varias etapas en el que algunas
de sus etapas se constituyen por álabes "b" anchos, dicho
rectificado se lleva a cabo con la misma muela 1, sin
interferencias al rectificar las etapas de álabes adyacentes.
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