ITMI952126A1 - IMPROVEMENTS IN HIGH SPEED GRINDING MACHINES FOR ROTOR BLADES OF REACTION MOTORS AND SIMILAR - Google Patents
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Abstract
Perfezionamenti in rettificatrici ad alta velocità per pale di rotori di motori a reazione e simili, la cui testata rettificatrice è una testata multipla (1) che è munita di almeno due mole (2) di natura, materiale e caratteristiche abrasive diverse, che sono destinate alla loro applicazione operativa specifica e idonea su pale (4) di rotori (3), o simili, che presentano composizione metallica diversa, esistendo mezzi di selezione automatica della mola (2) idonea da impiegare a seconda dei parametri di ogni lavoro di rettifica, nonché mezzi di azionamento e posizionamento operativo di detta mola (2) idonea da impiegare, e disponendo ognuna di dette mole (2) dei corrispondenti mezzi di affilatura per il ripristino della superficie attiva della mola (2).(Fig. 1)Improvements in high speed grinders for rotor blades of jet engines and the like, whose grinding head is a multiple head (1) which is equipped with at least two wheels (2) of different nature, material and abrasive characteristics, which are intended their specific and suitable operative application on blades (4) of rotors (3), or the like, which have a different metal composition, as there are automatic selection means of the grinding wheel (2) suitable to be used according to the parameters of each grinding job, as well as operating and operating positioning means of said grinding wheel (2) suitable for use, and each having said grinding wheels (2) with the corresponding sharpening means for restoring the active surface of the grinding wheel (2). (Fig. 1)
Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
dell'invenzione industriale dal titolo: of the industrial invention entitled:
"Perfezionamenti in rettificatrici ad alta velocità per pale di rotori di motori a reazione e simili" "Improvements in high-speed grinding machines for jet engine rotor blades and the like"
CAMPO DELL ' INVENZIONE FIELD OF INVENTION
I rotori dei compressori e turbine dei motori a reazione sono pezzi di un costo elevatissimo e che sono muniti di una grande molteplicità di pale, le quali sono distribuite assialmente in stadi di diametri progressivamente variabili e presentano un profilo molto preciso che influenza direttamente il rendimento e la sonorità del motore. The rotors of the compressors and turbines of the jet engines are pieces of a very high cost and which are equipped with a large multiplicity of blades, which are axially distributed in stages of progressively variable diameters and have a very precise profile that directly affects the efficiency and the sound of the engine.
La rettificatrice alla quale si riferisce la presente invenzione è una rettificatrice munita di controllo CNC e che lavera ad alta velocità (del rotore o pezzo in fase di rettifica), la quale è particolarmente concepita per effettuare la rettifica di precisione, sbavatura e misura del profilo attivo delle pale incorporate nei rotori dei compressori e delle turbine di motori a reazione, come quelli delle industrie aeronautica ed aerospaziale; per estensione, questa rettificatrice sarà pure applicabile nei casi in cui si richiede una rettifica precisa ad alta velocità. The grinding machine to which the present invention refers is a grinding machine equipped with CNC control and which cleans at high speed (of the rotor or piece being grinded), which is particularly designed to carry out precision grinding, deburring and profile measurement. active of the blades incorporated in the rotors of the compressors and turbines of jet engines, such as those of the aeronautical and aerospace industries; By extension, this grinding machine will also be applicable in cases where precise high speed grinding is required.
La rettificatrice è utilizzabile sia nella fabbricazione iniziale del pezzo, sia nei lavori di riparazione destinati a rettificare il profilo di pale nuove che sono inserite in sostituzione di altre usurate o danneggiate durante il funzionamento del rotore, come risultato delle necessarie ed obbligatorie revisioni periodiche stabilite per motivi di sicurezza, funzionamento ed efficienza. The grinding machine can be used both in the initial manufacture of the piece and in repair work intended to rectify the profile of new blades that are inserted to replace others worn or damaged during the operation of the rotor, as a result of the necessary and mandatory periodic reviews established for reasons of safety, operation and efficiency.
STATO DELLA TECNICA NOTA STATE OF THE ART
Tradizionalmente, le pale dei rotori erano inserite rigidamente e la loro rettifica veniva effettuata facendo girare a bassa velocità in rettificatrici di tipo universale e verificando una successiva sbavatura manuale del profilo di queste pale. Traditionally, the rotor blades were rigidly inserted and their grinding was carried out by spinning at low speed in universal type grinders and verifying a subsequent manual deburring of the profile of these blades.
I moderni rotori di turboreattori non permettono l'applicazione di questo procedimento, poiché le loro pale non sono montate rigidamente, ma sono articolate in modo fluttuante; in tal modo a rotore fermo queste pale risultano abbattute sul nucleo del rotore e solo quando si raggiungono velocità elevate di rotazione (approssimativamente 2500 o 300 giri/min, di media), la forza centrifuga fa sì che tutte le pale si ergano fino ad occupare la loro posizione operativa. Modern turbojet rotors do not allow the application of this procedure, since their blades are not rigidly mounted, but are articulated in a floating way; in this way with the rotor stationary these blades are knocked down on the rotor core and only when high rotation speeds are reached (approximately 2500 or 300 rpm, on average), the centrifugal force causes all the blades to rise up to occupy their operational position.
Per tale motivo, se si desidera ottenere il maggior grado di precisione nell'affilatura delle pale, la rettifica dovrà essere realizzata quando il rotore sta girando all'elevata velocità delle condizioni reali di funzionamento, che si verifica quando le pale sono situate di fronte alla mola nella loro esatta posizione operativa. For this reason, if you want to obtain the highest degree of precision in blade sharpening, the grinding will have to be done when the rotor is turning at the high speed of the real operating conditions, which occurs when the blades are located in front of the wheel in their exact operating position.
Il grado di precisione in tal modo ottenuto è molto superiore a quello fornito da altri mezzi noti e consente una migliore regolazione della dimensione dello spazio fra il bordo attivo delle pale del rotore e la parete interna dello statore, spazio questo che è in relazione diretta con l'efficienza e il consumo del rotore e si traduce in vantaggiose riduzioni del consumo di combustibile, incremento della spinta e diminuzione del rumore del motore. The degree of precision thus obtained is much higher than that provided by other known means and allows a better regulation of the dimension of the space between the active edge of the rotor blades and the internal wall of the stator, this space which is in direct relation with rotor efficiency and consumption and translates into advantageous reductions in fuel consumption, increased thrust and decreased engine noise.
Fino a tempi recenti le pale erano convenzionalmente di titanio, la cui rettifica viene effettuata tramite mole di ossido di alluminio. Until recently the blades were conventionally made of titanium, the grinding of which is carried out by means of aluminum oxide wheels.
Tuttavia, attualmente si stanno costruendo con crescente assiduità pale che presentano una rifinitura superficiale proprio di ossido di alluminio e che, pertanto non possono essere rettificate con le mole dello stesso materiale, ma richiedono l'impiego di mole di diamante che, a loro volta, non sono idonee per rettificare le pale di titanio. However, blades are currently being built with increasing diligence which have a surface finish of aluminum oxide and which, therefore, cannot be ground with wheels of the same material, but require the use of diamond wheels which, in turn, they are not suitable for grinding titanium blades.
Da ciò nasce un problema importante e non motivato per l'impiego dell'una o dell'altra mola, che sono entrambe convenzionali. Il problema è dovuto al fatto che tutte le rettificatrici ad alta velocità note dispongono di testate munite di una sola mola; fatto che obbliga a sostituire la mola a seconda del materiale della pala da rettificare, e ciò si verifica non solo alla sostituzione del rotore, ma anche nell'ambito di uno stesso rotore nel quale, per progetto o altre cause, possono coesistere stadi con pale diverse dall'uno all'altro. From this arises an important and unjustified problem for the use of one or the other grinding wheel, both of which are conventional. The problem is due to the fact that all known high-speed grinding machines have heads fitted with only one grinding wheel; a fact that forces the wheel to be replaced according to the material of the blade to be ground, and this occurs not only when the rotor is replaced, but also within the same rotor in which, due to design or other causes, stages with blades can coexist different from one to the other.
Tralasciando la perdita di tempo per la sostituzione della mola e modifica dei parametri di lavoro, il fatto più negativo consiste nella perdita di precisione che si introduce con i successivi smontaggi e rimontaggi, considerando che la precisione con cui si lavora è dell'ordine di 5 micromillimetri. In ogni caso, è evidente che lavorando con questo grado di precisione si deve evitare con ogni mezzo di incorrere in situazioni di rischio come quella della sostituzione della mola, poiché sarebbe assurdo ed irrazionale conseguire una precisione tanto elevata di lavoro per poi disperderla in tal modo. Leaving aside the waste of time for the replacement of the grinding wheel and modification of the working parameters, the most negative fact consists in the loss of precision that is introduced with the subsequent disassembly and reassembly, considering that the precision with which you work is of the order of 5 micromillimeters. In any case, it is clear that working with this degree of precision, it is necessary to avoid by any means incurring risky situations such as that of replacing the grinding wheel, since it would be absurd and irrational to achieve such a high degree of precision in order to then disperse it in this way. .
Il problema è tanto più importante in quanto la tendenza attuale del progresso tecnologico è di reperire nuovi materiali costruttivi per le pale, che potrebbero comportare la necessità di utilizzare mole diverse da quelle già citate di ossido di alluminio e di diamante. The problem is all the more important as the current trend of technological progress is to find new construction materials for the blades, which could involve the need to use wheels other than those already mentioned of aluminum oxide and diamond.
SPIEGAZIONE DELL'INVENZIONE E VANTAGGI EXPLANATION OF THE INVENTION AND ADVANTAGES
Di fronte a questo stato di cose, l'invenzione che ci riguarda si riferisce ad una rettificatrice ad alta velocità, progettata per la rettifica, sbavatura e misura delle pale di rotori di turboreattori e simili, la quale ha una struttura derivata dalla più alta tecnologia in materia, munita di controllo numerico (CNC) per un massimo di dieci assi, di un controllo reso indipendente per l'equilibratura del rotore e di una struttura che comprende, in linea di base, un'unità di azionamento capace di far girare il rotore fino a oltre 4000 giri/min, la quale è installata vicino al rotore vero e proprio in un piedistallo che viaggia con il tavolo che, a sua volta, è scorrevole sopra un bancone nel quale sono installati i mezzi di verifica del profilo rettificato, nonché la testata rettificatrice con i suoi corrispondenti mezzi di traslazione e angolazione e quelli di azionamento ed affilatura e sbavatura della propria mola. Faced with this state of affairs, the invention that concerns us refers to a high-speed grinding machine, designed for grinding, deburring and measuring the rotor blades of turbojet engines and the like, which has a structure derived from the highest technology on the subject, equipped with numerical control (CNC) for up to ten axes, with a control made independent for balancing the rotor and a structure that includes, in basic line, a drive unit capable of turning the rotor up to over 4000 rpm, which is installed close to the actual rotor in a pedestal that travels with the table which, in turn, slides over a counter in which the means for checking the rectified profile are installed, as well as the grinding head with its corresponding translation and angulation means and those for driving and sharpening and deburring its own grinding wheel.
Questa rettificatrice conforme all'invenzione presenta la speciale particolarità che detta testata rettificatrice è una testata multipla che è munita di almeno due mole di natura, materiale e caratteristiche abrasive diverse, che sono destinate alla loro applicazione operativa specifica e idonea su pale di rotori, o simili, che presentano composizione metallica diversa, esistendo mezzi di selezione automatica della mola idonea da impiegare a seconda dei parametri di ogni lavoro di rettifica, nonché mezzi di azionamento e posizionamento operativo di detta mola idonea da impiegare, e disponendo ognuna di dette mole dei corrispondenti mezzi di affilatura e sbavatura per il ripristino della superficie attiva della mola. This grinding machine according to the invention has the special feature that said grinding head is a multiple head which is equipped with at least two grinding wheels of different nature, material and abrasive characteristics, which are intended for their specific and suitable operational application on rotor blades, or similar, which have different metallic composition, there being means for automatic selection of the suitable grinding wheel to be used according to the parameters of each grinding work, as well as means for activating and operating positioning of said suitable grinding wheel to be used, and each of said grinding wheels having corresponding sharpening and deburring means for restoring the active surface of the grinding wheel.
Questa struttura di rettificatrice ad alta velocità con più di una mola ad uso selettivo, è compietamente nuova e costituisce una soluzione semplice e completa del grave problema prospettato; in modo che ora è possibile effettuare il cambio della mola al lavoro senza necessità di smontaggi e rimontaggi, ma con la semplice produzione di un giro della testata multipla fino a che la mola che deve entrare in servizio si viene a trovare nella posizione richiesta allo scopo. This high-speed grinding machine structure with more than one selective use grinding wheel is completely new and constitutes a simple and complete solution to the serious problem envisaged; so that now it is possible to change the grinding wheel at work without the need for disassembly and reassembly, but with the simple production of one turn of the multiple head until the grinding wheel that is to enter service is in the position required for this purpose .
Ciò non influenza in alcun modo il grado di precisione con il quale lavorava la. macchina e, inoltre, non si perde il tempo e la mano d'opera che sarebbero richiesti per la sostituzione della mola con relativi smontaggio e rimontaggio. This in no way affects the degree of accuracy with which the. machine and, moreover, there is no waste of time and labor that would be required for the replacement of the grinding wheel with relative disassembly and reassembly.
Nell'ambito dell'invenzione sono previste esecuzioni più potenti con tre e fino a quattro mole montate nella stessa testata, in previsione di necessità future più esigenti. Within the scope of the invention more powerful executions are envisaged with three and up to four wheels mounted in the same head, in anticipation of more demanding future needs.
DISEGNI E RIFERIMENTI DRAWINGS AND REFERENCES
Per comprendere meglio la natura della presente invenzione, nei disegni allegati è rappresentata una forma preferita di realizzazione industriale, che ha carattere di esempio puramente illustrativo e non limitativo . To better understand the nature of the present invention, a preferred industrial embodiment is represented in the attached drawings, which is purely illustrative and non-limiting.
La figura 1 è una vista in prospettiva che presenta una rettificatrice conforme all'invenzione, nella sua versione di testata multipla (l) con due mole (2). Figure 1 is a perspective view showing a grinding machine according to the invention, in its version of multiple head (1) with two grinding wheels (2).
La figura 2 è una vista che presenta in prospettiva un rotore (3) sezionato e privato del suo quadrante superiore più vicino all'osservatore. Figure 2 is a perspective view showing a sectioned rotor (3) deprived of its upper quadrant closest to the observer.
La figura 3 è una vista in proiezione ortogonale che presenta schematicamente in pianta dall'alto la disposizione del rotore (3) rispetto alla testata multipla (1) e l'unità di misura (10). Figure 3 is an orthogonal projection view which schematically shows in plan from above the arrangement of the rotor (3) with respect to the multiple head (1) and the unit of measurement (10).
La figura 4 è una vista parziale in pianta dall'alto che corrisponde ad una rettificatrice di due mole (2) come nella figura 1. Figure 4 is a partial top plan view corresponding to a grinding machine with two wheels (2) as in Figure 1.
Le figure 5 e 6 sono simili alla figura 4, ma riferite rispettivamente alle versioni di 3 e 4 mole (2) e che mostrano unicamente la testata (1). Figures 5 and 6 are similar to figure 4, but refer respectively to the versions with 3 and 4 wheels (2) and which show only the head (1).
In queste figure sono indicati i seguenti riferimenti : In these figures the following references are indicated:
1. Testata rettificatrice multipla 1. Multiple grinding head
la.Asse di rotazione della testata (1) la. Axis of rotation of the cylinder head (1)
2. Mole di testata (1) 2. Head wheels (1)
3 . Rotore 3. Rotor
4. Pale di rotore 4. Rotor blades
5. Piedistallo lato punto 5. Stitch side pedestal
6. Piedistallo lato contrappunto 6. Counterpoint side pedestal
7 . Tavolo 7. Table
8 . Bancone 8. Counter
9. Unità di azionamento 9. Drive unit
10.Unità di misura. 10.Unit of measurement.
ESPOSIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA EXPOSURE OF A PREFERRED EMBODIMENT
Con riferimento ai disegni ed ai riferimenti sopra enumerati, nei progetti allegati si illustra una forma preferita di realizzazione dell’invenzione in varie delle sue possibili versioni e riferita ad una macchina rettificatrice ad alta velocità e della tecnologia più avanzata (figura 1), che è destinata ad effettuare la rettifica, la sbavatura e la misura del profilo attivo delle pale (4) del rotore (3) di un compressore o turbina di motori turboreattori (e simili), come risulta chiaramente illustrato nella figura 2. With reference to the drawings and references enumerated above, the attached projects illustrate a preferred embodiment of the invention in various of its possible versions and referred to a high-speed grinding machine of the most advanced technology (Figure 1), which is intended to carry out the grinding, deburring and measurement of the active profile of the blades (4) of the rotor (3) of a compressor or turbine of turbojet engines (and the like), as clearly illustrated in figure 2.
In linea di base, la struttura della macchina consta del bancone (8) sopra il quale scorre il tavolo (7) che, a sua volta, sostiene un piedistallo lato punto (5) e un piedistallo lato contrappunto (6) fra 1 quali deve sostenersi operativamente il rotore (3) che, per mezzo dell'unità di azionamento (9), installata sullo stesso tavolo (7) sarà spinto a girare fino ad una media di 3000 giri/min, che rappresenta la velocità alla quale tutte ed ognuna di dette pale (4) avranno assunto la posizione rizzata o eretta che corrisponde al loro funzionamento normale e in cui (figura 3) azioneranno operativamente la corrispondente mola (2) (avanzando assialmente di stadio in stadio, come illustrano le posizioni a linea discontinua della mola -2-), nonché l’unità di misura (10), anch'essa associata al bancone (8). Basically, the structure of the machine consists of the counter (8) above which the table (7) slides which, in turn, supports a pedestal on the point side (5) and a pedestal on the counterpoint side (6) between which operationally support the rotor (3) which, by means of the drive unit (9), installed on the same table (7), will be pushed to rotate up to an average of 3000 rpm, which represents the speed at which all and each of said blades (4) will have assumed the raised or erect position which corresponds to their normal operation and in which (Figure 3) they will operate the corresponding grinding wheel (2) (advancing axially from stage to stage, as illustrated by the discontinuous line positions of the grinding wheel -2-), as well as the unit of measurement (10), also associated with the counter (8).
Nelle figure 1 e 3, come pure nella figura 4, si apprezza chiaramente la caratteristica essenziale dell'invenzione, per la quale questa rettificatrice ad alta velocità presenta una testata multipla (1), vale a dire, munita di varie mole (2) che possono essere situate operativamente in modo selettivo l'una o l'altra, producendo solo una rotazione della testata (1) attorno al suo asse (la); per cui si guadagna tempo di funzionamento e, soprattutto, non viene influenzata l'elevata precisione di lavoro alla quale era regolata la macchina, ogni volta che sia opportuno utilizzare una mola abrasiva (2) di composizione diversa (ossido di alluminio, diamante, altre) per poter lavorare idoneamente su pale (4) di rispettiva natura diversa (titanio, ossido di alluminio, ...)· La realizzazione presente e che copre le necessità attuali, è quella di testata (1) con due mole (2); sebbene siano previste le versioni di tre (figura 5) e quattro (figura 6) mole (2) per coprire eventuali necessità future. In Figures 1 and 3, as well as in Figure 4, the essential characteristic of the invention is clearly appreciated, for which this high-speed grinding machine has a multiple head (1), that is, equipped with various grinding wheels (2) which they can be operationally located in a selective way one or the other, producing only one rotation of the head (1) around its axis (la); so operating time is saved and, above all, the high working precision to which the machine was adjusted is not affected, whenever it is advisable to use an abrasive wheel (2) of a different composition (aluminum oxide, diamond, other ) to be able to work properly on blades (4) of respective different nature (titanium, aluminum oxide, ...) · The present construction, which covers the current needs, is that of a head (1) with two wheels (2); although versions of three (figure 5) and four (figure 6) wheels (2) are foreseen to cover any future needs.
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