_ PROCESO PARA EL MAQUINADO CONTROLA©© BE PERFILES DE BLOQUES METÁLICOS
Antecedentes de la Invención 5 La presente invención se refiere al maquinado de componentes de # a ingeniería que tienen formas curvas complejas y particularmente ai maquinado de componentes que tienen múltiples superficies curvas complejas en un solo componente de ingeniería tal como la sección de encastre de las paletas de Y . turbina. - 10 Cuando se produce una sección de encastre de una paleta de turbina por * maquinado, el maquinado puede tener vanos procedimientos, requiriendo ca<la uno una operación de maquinado separada y requerimientos de preparación separados. Estos procedimientos pueden incluir el corte de la pieza de mateN a la forma aproximada requerida, el fresado a las dimensiones requeridas ß tos 15 dimensiones de la pieza requerida, desbarbado, rectificado, maquinando dé nuevo a las dimensiones requeridas; desbastado de la sección de encastre & la paleta de turbina mediante fresado, desbastado y fresando en acabado éé la curvatura en forma de gancho de la sección de encaste, un maquinado cínico # J final y el rectificado manual con fresado de los lados para obtener la sección de A^ \ 34 $? encastre terminada de una paleta de turbina. La sección de encastre terminada de la paleta de turbina en sí con frecuencia tiene que satisfacer toleranci s permitidas pertenecientes a esa dimensión, grosor, forma y curvatura particulares. Actualmente, el método para preparar estas secciones de encastre de una « paleta de turbina con las muchas operaciones de maquinado sucesivas, requiere 25 mediciones de tolerancia separadas, operaciones de maquinado separadas y múl les preparaciones. La presente invención ha sido contemplada con vista a eliminar sustancíalmente los muchos procedimientos separados inherentes n la técnica anterior del maquinado de las secciones de encastre de las patelas de turbina y tiene como su objetivo esencial un método mejorado para el maquinado i»
Sumario de la Invención • 5 En el maquinado de ciertos objetos metálicos, tales como pate fe- le - - turbina, engranes de maquinaria con contornos de múltiples caras, ptiélf requerirse que las múltiples superficies cumplan adecuadamente < con requerimientos de diseño tales como superficies cóncavas y convexas, q?é se eneue rtifen y co-existan sobre la misma superficie plana. En el proceso de 10 maquinado de tales objetos metálico con superficies planas continuas las superíteles co-existentes cóncavas y convexas, se preparan típicamente por , fresado de un bloque metálico con una máquina fresadora para prepaiiar las superficies curvas planas requeridas con una gran precisión. La presente invención comprende un proceso para el maquinado -f 15 confrolado de perfiles de bloques metálicos al proporcionar un procedimiento de control para máquinas fresadoras convencionales con control numérico por computadora estándar para maquinar curvaturas convexas y cóncavas en un centro de maquinado vertical con una mesa giratoria o centro de maquinado horizontal con mesa giratoria integrada. El presente proceso inventado reduce el número de procedimientos sepáralos requeridos en un procedimiento de maquinado convencional empleando una máquina de fresado convencional» permitiendo que todas las etapas de corte y maquinado del metal se hagan en un centro de maquilado vertical u horizontal. Todo el corte, rectificado y maquinado se realiza en una 13 máquina fresadora en contraste al uso de más de una máquina para maquinado % . de corte, rectificado y fresado, requeridas en un proceso convencional.
Breve Descripción de los Dibujos. La figura 1 , es una vista en perspectiva de paletas de turbina montadas 3P sobre un soporte giratorio con la cortadora de forma desplegada;
* . *
10 La figura 5, es un diagrama más detallado de las figuras 2, 3 y 4. Las figuras 2, 3, 4, y 5 ilustran de acuerdo con lo anterior el proceso de control según se aplica a la curvatura en forma de gancho requerida de la base <fe
la paleta de turbina para permitir la instalación det miembro de paleta de turbina sobre uh rotor de turbina. IS Las figuras 2, 3, 4 y 5, detallan el proceso de programación de una máquina fresadora para hacer que la máquina fresadora frese superficies cóncavas y convexas para hacer que la sección de encastre resultante de la paleta de turbina se monte sobre un rotor de turbina con un ajuste preciso. * 2Q Descripción Detalla de la Invención La invención comprende un programa auxiliado por computadora pam una máquina freseídora para maquinar superficies cóncavas y convexas pr cisas dentro de un bloque metálico, de tal manera que forme la sección base efe una paleta de turbina, llamada la sección de encastre (1). La sección de encastre de la 255 paleta de turbina esta diseñada para ajustarse, dentro de tolerancias precisas, en un rotor de turbina circular. La rotación del rotor durante su uso genera una fuerza centrífuga extrema La construcción separada de las paletas de turbina» requiere que el ajuste de las paletas de turbina sobre el rotor se encuentre dentto de límites precisos y que los componentes de la paleta de turbina separados sean
La Figura 1 ilustra el proceso de la invención. La sección de encastre ?1>a maquinarse de la paleta de turbina se sostiene por el brazo giratorio (22 dé |a - U* mesa giratoria (7). La sección de encastre (1) tiene un lado cóftico (24) en la base de la sección de encastre (1). El maquinado de la sección de encaste (1) comprende maquinar el ajuste del extremo (23), la curvatura en forma de gancho 10 (13) y el lado cónico (14). La sección de encastre (1) se mantiene en su lu<pr al
sostener el soporte (15) sobre el dispositivo giratorio (22). El centro de rotaoión del dispositivo giratorio (22) se encuentra en (16), girando el dispositivo giratorio (22) sobre la pieza posterior (17). La herramienta cortadora deforma (9) ra y corta el ajuste de extremo requerido (23) y la curvatura en fowma de gancho (13) 15 de la sección de encastre (1) con el lado cónico (14). La Figura 2 ilustra la posición de la herramienta cortadora de forma ( _* ) en relación a la sección de encastre (1 ) en donde el ángulo de giro del disp@#itivo giratorio (22) es -Q (34). La Figura 3 ilustra la posición de la herramienta cortadora de forma (9 en _» relación a la sección de encastre (1 ) en donde el ángulo de giro del dispositivo giratorio (22) es Q (33). La Figura 4 ilustra la posición de la herramienta cortadora de forma (9) en relación a la sección de encastre (1 ) en donde el ángulo de giro del dispositivo giratorio (22) es +Q (35). 25 La Figura 5 ilustra el procedimiento para el proceso de control como & y aplica para maquinar la curvatura en forma de gancho de la sección de ent isttíé (1) de la paleta de turbina para permitir la instalación del miembro de paleta de turbina en la sección de encastre (1). El primer trapezoide (21) con tres rafdfas ^ (10), (1 _? (12), en donde (10) es el radio para el primer gandío desde el Cent ib de rotación (16), (11 ) es el radio del centro desde el centro de rotación (16) ftaSta
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el gancho central» (12) es la distancia al tercer gancho es e él centro de ?_ •» €-?. * _ « (16). (1fl| se define como el radío (10) más la extensión (30), |12) se define* dflÍ0 .Tí el radio ií?) más la extensión (31) (21) es un primer trapezoide (línea o?ijf|f) con tres radios (10, 11 , 12) en donde el ángulo de rotación es 0o (33). Un etén <$ • 5 trapezoide (26) con tres radios se muestra en líneas de rayas y puntos (27) én donde et ángulo de rotación es -Q° (34). Un tercer trapezoide (27) con tres radió S se muestra en líneas entrecortadas (28) en donde el ángulo le rotación es +Q"
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puntos L, (40), C (41 ) y A (55); (mostrados como una línea central) L (40)* Distancia mínima P (51) y distancia M (44) determinada por el ángulo +Q° (35); C (41) « Distancia mínima E determinada por el ángulo 0o; 15 A (55) = Distancia mínima F y distancia Y determinadas por el ángulo -Q°; V (43) = Distancia desde el punto L (centro de la cortadora) hasta la esquina de la parte después de rotación; M (43) » Distancia desde el punto L hasta el centro de rotación ; r S (45) = Distancia desde la esquina del lado cónico hasta el eenfro de _» gravedad (dimensión desde el dibujo de la Figura 5); * _ K (46) = Distancia desde el centro de gravedad fttsía el lado cto (dimensión en la Figura 5); G (47) - Separación más pequeña de la paleta (dimensión en la Figura 5); Y (48) = Distancia desde el centro de rotación al punto A; 25 W (49) - Distancia desde el punto A hasta la esquina de la parte dßs iéfs de la rotación; D1 (30) = Distancia desde el primer gancho al gancho central (dimensión en te Figura 5); 1 D2 (31 ) = Distancia desde el primer gancho al tercer gancho (dimensión en la Figura 5);
R ( 0) * Radio en el primer gancho (dimensión en la figura 5) andío dé retención; E (50) = Distancia desde el centro de la mesa giratoria al primer gancho, gancho de retención; - Q° (34) - Ángulo de rotación a la derecha (necesita elegirse d© acuerdo a lo anterior a fin de que W sea mayor al radio de la cortadora); + Q° (35) = Ángulo de rotación a la izquierda (necesita elegirse de acuerdo a lo an terior a flri de que V sea mayor al radio de la cortadora); * P (51 ) a Distancia desde el centro de la mesa giratoria al punto L; 10 F (52) Distancia desde el centro de la mesa giratoria al punto A; J (53) Distancia desde el extremo de la paleta después del maquinado al centro de la mesa giratoria (distancia medida actual); N (54) Distancia desde el extremo de la paleta al primer gancho r édid a en la línea central (20) (dimensión en la Figura 5); t 15 El proceso de la invención utiliza un programa de cómputo comerc ialfnente disponible para el proceso para el maquinado de las secciones de encastre de las paletas de turbina. El(los) programáis) comercialmente disponible(s) puedé(n) emplearse con un centro de maquinado vertical u horizontal con controles estándar como un sistema operativo. El programa se emplea, en base a una construcción trigonométrica desarrollada como se indica en las Figuras 2, 3, 4 y 5. Como un ejemplo particular, la programación en un modo manual por el operador, la coordinación de puntos (A y L), los ángulos (+Q° y -Q°) y el radio (E + R) se obtienen medíante el programa de simulación CAD como sigue: as G00G90X0.Y-1.7921Z2.A85.2 G00Z-1.7011 M8; G02X0 Y1.7921Z-1.7011R21.417A94.8F.003
En detallé el método de hacer la simulación CAD es como sigue:
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La explicación sistemática general para hacer una simulación CAD utilizando variables es como sigue: ,? « _ '#*. Los radios (R), (R + D1), y (R + D2) (10, 11 y 12) son radios para maquinar la parte y se representan en la Figura 5. Un primer trapezoide (21) (línea continua) con tres radios extendidos (R, R + D1, R + D2) (10, 11 y 12) se encuentra trazado en el ángulo 0o (33) ; D1 (30) es la distancia desde el primer gancho (10) hasta el gancho central (11). D2 (31) es la distancia desde el primer gancho (10) hasta el tercer gancho (12). Esta operación es aplicable a las paletas de turbina con cualquier número de ganchos. Un segundo trapezoide (27) (línea de rayas y puntos) con tres radios es una copia girada de la primer Figura con los radios en el ángulo -Q (34). Un tercer trapezoide (28) (línea entrecortada) con los radios es la copia girada de la primer Figura con los radios en el ángulo +Q° (35). Para ambas rotaciones, el centro de rotación (16) es el centro de la mesa giratoria (7). El punto C (41 ) esta definido por la distancia mínima E (50) El punto A (55) esta definido por la distancia mínima F (52) El punto L (40) esta definido por la distancia mínima P (51 ) A partir de la construcción de los puntos L, C y A (40, 41 y 55), se determina un nuevo radio valorado E + R (50, 10). En este punto, el valor del nuevo radio construido es la suma del radio E + el radio R (50, 10). El radio E (50) es la distancia desde el centro de rotación (16) (centro de la mesa giratoria) hasta el gancho con el radio R (10). El radio valorado E + R (40» 10) es construido trigonométricamente; El radio R (10) es cóncavo y el radio E + R (40, 10) es convexo. La dimensión E (40) puede seleccionarse o determinarse después de que se hace la preparación, pero debe saberse hacer esta construcción. Las dimensiones V y (43, 49) se determinan por el ángulo +Q° y -Q° (35, 34).Estas dimensiones tienen
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En contraste, la técnica anterior para el maquinado de la sección de encastre de una paleta de turbina puede ser como sigue: 1. Corte del material 2. Maquinado del espesor (fresado) 5 3. Desbarbado a mano 4. Rectificado del espesor 5. Maquinado de la anchura (fresado) 6. Desbarbado a mano 7. Rectificado de la anchura 10 8. Desbastado en forma de gancho y ajustes del extremo (fresado) 9. Maquinado cónico aproximado (fresado) 10. Maquinado de la curvatura de los ganchos [(desbastado y terminado) fresado] 11. Maquinado cónico final en una mesa de senos (fresado) 15 12. Rectificado a mano de las esquinas en forma de cola de milano 13. Maquinado de los lados (fresado) 14. Maquinado de balance a vapor, si se requiere Estas catorce etapas son separadas y requieren moverse de una máquina a otra para cada etapa. 20 En la presente invención, todas las etapas pueden hacerse en el centro de maquinado vertical con mesa giratoria (para las paletas más pequeñas) o un centro de maquinado horizontal con una mesa giratoria principal (en esta máquina, la mesa giratoria es más grande y más rígida y es más adecuada para las paletas más grandes) con el siguiente procedimiento: 25 1. Corte del material 2. Rectificado del espesor (un solo lado) a rectificar 3. Maquinado y un procedimiento para la sección de encastre completa (desbastado y terminado); 30 A. Maquinado del lado cónico (desbastado y terminado)
. aquina o e las esqu nas en orma de coa e milano operaci n hecha a mano en el proceso anterior) G. .También puede hacerse en este proceso, si se requier ,. leí 'As." 1$ maquinado de orificios de balance a vapor. * ß Comparando ambos métodos, uno puede ver que se requieren méftés * *! : " 'l personas, el producto se hace de forma más precisa y ef mást fácil de controlar la ; calidad durante la producción. En el proceso inventado» e posible concentrar muchas operaciones en un procedimiento ya que la etapa D se puede reali ér ert > 15 una etapa integrada. En la técnica anterior, esta operación de la etapa D tenía que ser sepatóáa. La manera en que se hizo es que la parte fue montada en el soporte en una posición radial adecuada. Esta posición radial determino el radio maquínate en
los ganchos. 10 En el presente método, la paleta se monta en -el soporte como en las figuras 1, 2, 3 y 4 en el otro lado de rotación. En una posición radial, ue maquinarse cualquier radio. Para la operación programada D, decidí emplear una simulación CAD (Figura 5) para obtener la coordinación de tof puntos A y L (50. 40), te ángulos de rotación +Q y -Q (35, 34) y el valor del radio convexo ? + R » (50, 10). Para hacer esta simulación CAD, se emplea el radio R (10), este es el radio del primer gancho. Los tres radios R, R + D1 , R + D2 (10, 30, 31) se trazan desde? " el mismo centró (esta información proviene del dibujo). La Oortadora de forma empleada para maquinar los radios tiene que tener la misma distancia entre los Sti. bordes dé corte como se encuentra entre los ganchos. Esto significa que si te
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F. ante do de las esquinas en forma de cola de milano G. También puede hacerse en este proceso, si se req ere^el ma uinal© i$|gj3j de los orificios de balance a vapor - * s El orden de la operación A-G puede cambiarse si es necesario y ue n ' adicionarse o retirarse etapas, si se requiere. f * -$$ ,
El proceso de maquinado completo para el maquinado de las seccionas éé zj> encaste de paletas de turbina en un proceso o múltiples procesos (para usar
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