DE2545565C2

DE2545565C2 - Vorrichtung zum Bearbeiten der Ein- und Austrittskanten einer Strömungsmaschinenschaufel

Info

Publication number: DE2545565C2
Application number: DE2545565A
Authority: DE
Inventors: Eugene Joseph Richmond Heights Ohio Malinowski; Raymond Joseph Willowick Ohio Zyck
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1983-05-11
Also published as: IL48235A; CA1048319A; US4015509A; GB1519219A; SE419188B; DE2545565A1; IL48235A0; US4149449A; JPS6010846B2; IT1043417B; FR2289293B1; FR2289293A1; SE7511838L; JPS5182483A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung /um Bearbeiten der Ein- und Austrittskanien von Strömungsmaschinenschaufeln. nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Die Fin- und Atistritiskanten von Strönuingsmaschinenschiiufeln, z. B. Gasturbinentriebwerken, wurden bisher durch manuelles Schleifen fertig bearbeitet oder durch andere manuelle Fenigbearbeitungsgänge fertiggestellt. Diese manuellen Fertigbearbeitungsgänge sind

■> verhältnismäßig ungenau, und es ist außerordentlich schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, den Krümmungsradius einer Tragflächenprofilkante innerhalb sehr enger Toleranzen zu halten. Da der Wirkungsgrad eines Turbinentriebwerkes verbessert wird wenn die

in Ein- und Austriiiskantcn ganz genau innerhalb verhältnismäßig enger Toleranzen fertigbearbeiiet sind, waren bisher mehr als zwei Stunden erforderlich, um die Ein- und Austrittskanten einer Turbinenschaufel von Hand zu formen.

'5 Um die Herstellung von Strömungsmaschinenschaufeln zu beschleunigen, wurden bereits verschiedene Maschinen und Verfahren zur Formung entweder der Ein- oder Austrittskante oder beider Kanten derselben vorgeschlagen. z.B. gemäß den US-PS 26 81500.

jo 26 80 392 und 23 36 303. In der US-PS 26 80 392 ist beispielsweise eine Maschine beschrieben, mit der der Kantenabschnitt einer Strömungsmaschinenschaufel gesenkgeschmiedet wird. Diese Maschine kann jedoch nicht verwendet werden, um der Krümmung oder

j-. Verwindung des Kantenabschniites der Schaufel zu folgen. Wenn ein Schneid- oder Fräswerkzeug anstatt des Schmiedewe--kzeugcs bei der bekannten Maschine verwendet wird, kann dieses Fräswerkzeug nicht der Kontur der Kante der Schaufel in der Weise folgen, wie

jo es erforderlich ist. um eine genau geformte Schaufel herstellen zu können.

Aus der LIS-PS 27 41 164 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Ein- und Austrittskanten einer Strömungsmaschinenschaufel bekannt, bei der als Form-

)5 werkzeug ein Profilhobel verwendet wird. Mit dieser Maschine können Strömungsmaschinenschaufeln mit verwundenen Seitenflächen bearbeitet werden. Die Bcarbeiiung erfolgt durch eine Relativbewegung /wischen der Schaufel und dem Profilhobel in Längsrichtung der Schaufel. Eine Nachführeinrichtung verursacht eine Schwenkbewegung der /u bearbeitenden Strömungsmaschinenschaufcl um eine Längsachse mittels eines Stellgliedes zur Berücksichtigung der Schaufclverwindung. Zur Steuerung der Nachführung wird im Zuge der relativen Vorschubbewegung eine Steuerkurve abgetastet, mit der das die Schwenkbewegung bewirkende Stellglied zusammenwirkt. Mit dieser bekannten Vorrichtung können aber nur verwundene Schaufeln mit geradlinigen .Schaufelkanten bearbeitet werden. Wenn die Schaufel neben der Verwindung auch noch eine Krümmung besitzt, ist die bekannte Vorrichtung nicht verwendbar, da die über die Schaufelkante zu den Schaufelsc'tenwänden hinausreichenden Seitenteile des Profilhobels in die Seitenflächen der Schaufel hincinschnciden würden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Bearbeiten der Ein- und Austrittskanten einer Slrömungsmaschinenschaufel, die es ermöglicht, die Kante einer verwundenen und gleichzeitig

fen gekrümmten Strömungsmaschincnschaufcl in einem Arbeitsgang so zu bearbeiten, daß eine nefenfrcie Kantenabrundung und ein glatter Libergang /wischen der Scitenobcrfläche der Schaufel und der Kantenfläche gewährleistei wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untcranspriichen angegeben.

Hei der erfindungsgemiiöen Vorrichtung wird das Formwerkzeug um \"-ViC Achse gedreht, die sich senkrecht zu dessen Drehachse erstreckt, um diese Drehachse stets konstant senkrecht zur gekrümmten Kante der Schaufel zu halten, während das Formwerkzeug entlang der Kante vorgeschoben wird. Die Drehachse des Formwerkzeuges wird vorzugsweise durch eine Nachführungseinrichtung eingestellt, die eine sich in Längsrichtung erstreckende Steuerfläche und ein diese abfühlendes Stellglied aufweist. Dieses Stellglied to erzeugt eine Schwenkbewegung des Formwerkzeuges, wenn der Krümmungsbogen der gekrümmten Kante der Schaufel sich ändert, um die Drehachse des Formwerkzeuges stets senkrecht zur Schaufelkante zu halten.

Wegen der verwundenen Seitenflächen der Schaufel wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner eine Relativbewegung zwischen der Schaufel und dem Formwerkzeug in einer Richtung quer zur Schaufelkante durchgerührt. Dies wird dadurch erzielt, daß die Schaufel um ihre mittlere Längsachse gedreht wird. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Schaufel um ihre Längsachse durch einen Drehmomenterzeuger gedreht, der eine verwundene Seitenfläche der Schaufel gegen ein Stellglied anlegt, das längs der Schaufel zusammen mit dem Formwerkzeug bewegt wird und dieses relativ zur Schaufelkante richtig einstellt. Zur Anpassung an die Verwindung wird das Stellglied quer zur in Längsrichtung verlaufenden Mittelachse der Schaufel bewegt, während diese um ihre Mittelachse gedreht wird. Diese Bewegung des Stellgliedes wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch erzeugt, daß eine in Längsrichtung sich erstreckende Steuerfläche im Verlauf der Vorschubbewegung mit einem Nachläufer zusammenarbeitet, um eine Bewegung des Formwerkzeuges und des Stellgliedes zur Mittelachse der Schaufel hin und von dieser fort zu steuern.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschinenschaufel, die in Längsrichtung konisch geformt ist.

Fig. 2 eine gemäß Linie 2-2 der Fig. 1 betrachtete Seitenansicht, welche die gekrümmte und verwundene Form der Seitenflächen der Schaufel zeigt,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer Kante der in F i g. 1 und 2 dargestellten Schaufel.

Fig.4 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Schaufclkanten-Fräsmaschine.

Fig. 5 eine Seitenansicht gesehen gemäß der Linie 5-5 der F i g. 4,

Fig.6 eine Draufsicht, gesehen gemäß Linie 6-6 der Fig.5.

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht der Fräsmaschine, wobei die Beziehung zwischen der Eintrittskante der Schaufel und dem Fräswerkzeug dargestellt ist,

Fig.8 eine Teilansicht ähnlich wie Fig. 7 in etwas kleinerem Maßstab, wobei die Beziehung zwischen dem Fräswerkzeug und der Austrittskante der Schaufel gezeigt ist.

Eine Strömungsmaschinenschaufel 10 ist in F i g. I dargestellt; sie weist eine Eintrittskante 12 und eine Austrittskante 14 auf. Die Kanten 12 und 14 erstrecken sich zwischen einem relativ breiten Spitzenendabschnitt 16 und einem schmalen Wurzelendenabschnitt 18 der Schaufel 10. Sowohl dit Ein- als auch die Austrittskante 12 und 14 der Sehauiel haben eine gekrümmte Konfiguration, Die Austrittskanie 14 ist von einer gerade verlaufenden Achse 22 aus (Fig,2), die sich zwischen den Spitzen- und Wurzelendabsehnitten 16 und 18 erstreckt, nach außen bogenförmig gekrümmt. Die Eintrittskante 12 weist eine gekrümmte Form auf, die der Form der Austrittskante 14 entspricht.

Die Seitenflächen 26 und 28 der Schaufel 10 sind verwunden (Fig.2). Eine Achse 32 an der Spitze der Schaufel 10 erstreckt sich senkrecht zur Ein- und Austrittskante 12 und 14 der Schaufel. Die Achse 32 ist um einen Winkel gegenüber einer Achse 34 versetzt, die sich senkrecht zur Ein- und Austrittskante 12 und 14 der Schaufel an der Wurzel 18 derselben erstreckt Die Größe des Winkels, um die die Achsen 32 und 34 relativ zueinander versetzt werden, wird durch die Größe der Verwindung der Seitenflächen 26 und 28 der Schaufel um eine in Längsrichtung sich erstreckende Mittelachse 38 (F ig. 1) der Schaufel 10 bestimmt.

Die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 weist eine gleichmäßig gekrümmte Querschnittsform auf (Fig.3). Die Eintrittskante 12 weist eine gekrümmte äußere Oberfläche 42 auf, die tangential glat.: ,n die konkave Seitenfläche 26 übergeht. Der Schnitt zwischen der gekrümmten äußeren Oberfläche 42 und der konvexen Seitenfläche 28 ist etwas diskontinuierlich. Die Erzielung eines glatten Überganges zwischen der konkaven Seitenfläche 26 und der gekrümmten Oberfläche der Eintrittskante 12 der Schaufel 10 ist von Bedeutung, falls eine Turbine, in der die Schaufel verwendet wird, eine optimale Betriebscharakteristik haben soll. Die geringe Unstetigkeit oder Diskontinuität zwischen der Eintrittskantenoberfläche 42 und der konvexen Seitenfläche 28 hat nur einen geringen oder keinen Einfluß auf die Betriebscharakteristik einer Turbine.

Gemäß der Erfindung wird eine Sirömungsmaschinenschaufel-Fräsmaschine 50 (Fig. 4) verwendet, um die gekrümmten Ein- und Austrittskanten 12 und 14 der Schaufel 10 zu formen. Bisher wurden diese Kanten durch Handarbeit geformt. Die Formung der Ein- und Austritiskante einer relativ langen Turbinenschaufel erfordert etwa zwei Stunden sorgfältiger Handarbeit. Durch Verwendung der Fräsmaschine 50 können diese Kanten in etwa 12 Minuten geformt werden. Zusätzlich ist die Fräsmaschine 50 in der Lage, die Ein- und Austrittskante einer Turbinenschaufel mit geringeren Toleranzen zu formen als sie durch Handarbeit erzielt werden können. Es ist bekannt, daß die Betriebscharakteristik einer Turbine wesentlich dadurch verbessert werden kann, daß die Genauigkeit gesteigert wird, mit der die Ein- und Austrittskante einer Turbinenschaufel geformt wird.

Die Fräsmaschine 50 weist ein Form- bzw. Fräswerkzeug 54 auf, welches mehrere, radial nach außen sich erstreckende Schneidzähnv 56 aufweist, die kreisförmig an ;inuTi Körperabschnitt des Fräswerkzeuges angeordnet sind. Wenn das Formwerkzeug 54 durch einen Arbeitshub längs eintr Bahn hindurchbewegt wird, die sich zwischen der Spitze und der Wurzel 16 und 18 der Turbinenschaufel 10 erstreckt, arbeitet eine senkrechte oder abgeschrägte Steuerfläche 60 mit einem Nachläufer 62 (F i g. 4 und 5) zusammen, damit das Formwerkzeug 54 derart bewegt wird, daß eine Anpassung an die Längsabschrägung der Schaufel 10 erreicht wire. Die Steuerfläche 60 weist eine Länge auf. die etwas größer ist als die Länge der Schaufelkante 12. Die Steuerfläche 60 ist derart gestaltfit, daß das Formwerkzeug 54 senkrecht mit der Abschrägung der Hintrittskante 12

relativ zur horizontalen Mittelachse 38 der Schaufel 10 bewegt wird.

Wenn das Formwerkzeug 54 längs der Eintrittskante 12 der Schaufel 10 bewegt wird, arbeitet eine in Längsrichtung sich erstreckende Bogen- oder Krümmungs-Steuerfläche 66 mit einem Nachläufer 68 (F i g. 5 und 6) zusammen, damit das Formwerkzeug 54 um eine senkrechte Achse 72 (F i g. 5) verschwenkt wird, die eine horizontale Drehachse 74 des Formwerkzeuges schneidet. Die Steuerfläche 66 ist länger als die Schaufel 10 und weist eine derartige Konfiguration auf, daß das Formwerkzeug 54 um die senkrechte Achse 72 verschwenkt wird, dam^!. die Drehachse 74 des Formwerkzeugs senkrecht zur gekrümmten Eintrittskante 12 der Turbinenschaufel 10 gehalten wird. Dies ist schematisch in F i g. 2 dargestellt, in der das Formwerkzeug 54 gestrichelt neben dem Spitzenende 16 der Turbinenschaufel 10 dargestellt ist, und in ausgezogenen Linien neben dem Wurzelende 18 der Turbinenschaufel. Wenn sich das Formwerkzeug zwischen der Spitze und der Wurzel der Schaufel 10 bewegt, wird die Drehachse 74 des Formwerkzeugs 54 in senkrechter Lage gegenüber einer Mittelachse der gebogenen Eintrittskante 12 gehalten.

Das Formwerkzeug 54 wird mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl mittels eines Antriebsmotors 76 (Fig.5) gedreht, der mit dem Formwerkzeug 54 über einen Werkzeugsupport und ein Antriebsfutter 77 verbunden ist. Wenn die Drehachse 74, um die sich das Formwerkzeug 54 dreht, nicht in einer senkrechten Lage gegenüber der gebogenen Mittelachse der Eintrittskante 12 in der schematisch in F i g. 2 dargestellten Weise gehalten würde, so würde die kreisförmige Anordnung der im allgemeinen radial sich erstreckenden Zähne 56 des sich drehenden Formwerkzeugs 54 Einkerbungen oder Einkehlungen in der Schaufel 10 erzeugen. Die sich daraus ergebenden Diskontinuitäten in der Kante der Schaufel würden die Betriebscharakteristik der Maschine beeinträchtigen, bei der die Schaufel verwendet wird.

Da die Seitenflächen 26 und 28 der Schaufel 10 um die Mittelachse 38 verwunden sind, ist es erforderlich, die Schaufel um ihre horizontale Achse zu drehen, damit die Eintrittskante 12 in der gewünschten Arbeitsausrichtung gehalten werden kann, wie sie in F i g. 7 gezeigt ist. Wenn sich die Schaufel 10 in der gewünschten Bearbeitungsausrichtung befindet, ist die Eintrittskante 12 relativ zum Formungswerkzeug 54 zentriert (F i g. 7) und die senkrechte Achse 72 erstreckt sich durch die Mitte des Abschnittes der Eintrittskante 12, der in Eingriff mit dem Formwerkzeug steht. Um die Drehung der Schaufel 10 um ihre Mittelachse 38 zu erleichtern, ist ihr Spitzenabschnitt 16 in einem drehbaren Reibstock 80 montiert, und das Wurzelende 18 der Schaufel wird von einem drehbaren Spindelstock 82 erfaßt Ein Druckmittelmotor 84 ist mit dem Spindelstock 82 verbunden und beaufschlagt kontinuierlich den Spindelstock, damit die Schaufel um ihre horizontale Mittelachse 38 in der Richtung des Pfeiles 86 in F i g. 4 gedreht wird.

Die kontinuierliche Vorspannungskraft bzw. das nachgiebige Drehmoment, das auf den Spindelstock 82 durch den Motor 84 aufgebracht wird, drückt die konkave Seitenfläche 26 der Schaufei gegen eine kreisrunde Stirnfläche 90 (F i g. 7) an einer drehbaren Rolle 92 an. Die einstellgliedbildende Rolle 92 ist drehbar um eine senkrechte Achse montiert, die parallel zu und πτ! Abstand von der Achse 72 angeordnet ist. Die kreisrunde Stirnfläche 90 der Rolle 92 liegt gegen die Seitenfläche 26 der Schaufel 10 unmittelbar unterhalb des Formwerkzeugs 54 an. Eine Abwälzkontaktlinie der Stirnfläche 90 auf der Schaufeloberfläche ist immer in einer ebenen Fläche enthalten, die durch die Achsen 72 und 74 gegeben ist.

Ein Nachläufer 94 (Fig.5 und 6) liegt gegen eine Steuerfläche 96 an, um eine Horizontalbewegung eines Transporttisches 98 zu erzielen, damit die Rolle 92 derart verschoben werden kann, daß die Eintrittskante ίο 12 der Schaufel 10 immer relativ zum Formwerkzeug 54 zentriert ist, wenn dieses entlang der Eintrittskante bewegt wird. Die Steuerfläche 96 weist, wie die Seitenflächen 60 und 66, eine Länge auf, die größer ist als die Länge der Schaufel 10.

Wenn die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 zu einer gewünschten Querschnittsform bearbeitet werden soll, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, wird das Spitzenende 16 der Schaufel 10 in den Reibstock 80 eingespannt, während ihr Wurzelende 18 vom Spindelstock 82 getragen wird. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Formwerkzeug 54 axial im Abstand vom Spitzenende 16 der Schaufel, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 wird dann manuell in eine ausgefluchtete Lage gegenüber dem Formwerkzeug 54 bewegt, wie es in F i g. 7 dargestellt ist.

Wenn das Formwerkzeug 54 gegenüber der Eintrittskante 12 ausgefluchtet ist, ist die konkave Oberfläche 26 der Schaufel 10 gegen die Rolle 92 unter der Einwirkung des Motors 84 angedrückt. Die Rolle 92 zentriert die Schaufel relativ zum Formwerkzeug 54 derart, daß der axial innere Zahnsatz 88 am Formwerkzeug 54 sich in eine glatte tangentiale Anlage gegen die konkave Oberfläche 26 der Schaufel 10 erstreckt. Ein äußerer Zahnsatz 99 am Formwerkzeug 54 liegt gegen die konvexe Seitenoberfläche 28 der Schaufel 10 an. Die Eintrittskante 12 kann dann zu einer glatten gekrümmten Konfiguration, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, durch die Profile der Teile der Schneidzähne geformt werden, die sich zwischen den inneren und äußeren Zahnsätzen 88 und 99 erstrecken.

Die Steuerfläche % ist derart geformt, daß eine horizontale Bewegung des Nachläufers 94 und der Rolle 92 erzeugt wird, damit das Formwerkzeug 54 relativ zur gekrümmten Eintrittskante 12 der Schaufel 10 zentriert gehalten werden kann, wenn das Formwerkzeug längs der Kante 12 bewegt wird. Der Nachläufer 94 ist an einem Transporttisch 98 (Fig.5) montiert. Der Transporttisch 98 wird längs einer horizontalen Bahn zur horizontalen Mittelachse 38 der Schaufel 10 hin und von dieser fort hin und her bewegt durch das Zusammenwirken der Steuerfläche 96 und des Nachläufers 94, wenn das Formwerkzeug 54 über einen Arbeitshub r ilang der Kante 12 der Schaufel 10 bewegt wird. Wenn sich das Formwerkzeug 54 durch einen Arbeitshub bewegt, läuft die Rolle 92 längs der Oberfläche 26 der Schaufel 10. Dabei wird der Nachläufer 94 dauernd gegen die Steuerfläche % durch einen Arbeitszylinder 100 gedrückt, der mit dem Transporttisch 98 und einer Gleitführung 102 verbunden ist

Wenn das Formwerkzeug 54 durch den Vorschub längs der Eintrittskante 12 der Schaufel 10 bewegt wird, arbeitet die senkrechte oder abgeschrägte Steuerfläche mit dem Nachläufer 62 zusammen, um die Gleitführung 102 '(Fig.5) zu betätigen, damit der Transporttisch 98 in senkrechter Richtung eingestellt wird. Die Gleitführung 102 weist senkrechte Ständer

103 auf, an denen ein Transporttischführungsabschnitt

104 der Gleitführung gleitbar mittels Längsführungsla-

gern 106 geführt wird, wobei dieser Abschnitt 104 durch die Schwerkraft gegen die Steuerfläche 60 anliegt. Dadurch wird der Nachläufer 62 dauernd gegen die senkrechte oder abgeschrägte Steuerfläche 60 gepreßt, und die senkrechte Einstellung des Transporttisches 98 und des Formwerkzeuges 54 wird durch die abgeschrägte Steuerfläche 60 gesteuert. Zwei Arbeitskolben, die nicht dargestellt sind, jedoch ähnlich aufgebaut sind wie der Artv'lskolben 100, sind zwischen dem Transporttischführutigsabschnitt 104 und der abgeschrägten Steuerfläche 60 angeordnet und heben auf einen Befehl die Baugruppe an und lösen das Formwerkzeug 54 beim Rückhub.

Zu dieser Zeit ist das Formwerkzeug 54 derart eingestellt, daß seine horizontale Drehachse 74 sich π senkrecht zu einer Mittellängsachse der gewölbten Eintrittskante 12 der Schaufel 10 erstreckt, und zwar durch das Zusammenwirken von Nachläufer 68 und Steuerfläche 66. Deir Nachläufer 68 wird dauernd gegen

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(Fig. 6) gedrückt, der an einer nach oben sich erstreckenden Halterung 112 montiert ist, welche mit dem Werkzeugkopf verbunden ist. Eine Werkzeughalterungskonsole 114 (F i g. 5) ist bei 116 drehbar mit dem Abschnitt 112 verbunden und kann sich um die senkrechte Achse 72 drehen. Der Antriebsmotor 76 ist an der Konsole 114 montiert und bewegt sich mit der Konsole, wenn das Formwerkzeug 54 um die Achse 72 gedreht wird. Eine Etetätigungsstange 118 erstreckt sich durch den Arbeitszylinder 110 und ist an einem Ende mit dem Nachläufer 68 verbunden. Das andere Ende der Betätigi igsstange 118 ist drehbar mit einem nach außen sich erstreckenden Arm 120 an der Konsole 114 verbunden (F i g. 5 und 6). Die Betätigungsstange 118 ist mit einem Kolben 110 verbunden und ist in ihrer Lage durch eine Einspannvorrichtung 122 festgehalten, so daß die auf den Kolben einwirkende Druckluft dauernd den Nachläufer 68 gegen die Steuerfläche 66 drückt.

Wenn das Formwerkzeug 54 mit der Eintrittskante 12 der Schaufel 10 in der Weise ausgefluchtet ist, wie es in F i g. 7 gezeigt ist, wird ein Antriebsmotor 123 (F i g. 4) eingeschaltet, um die in Längsrichtung sich erstreckende Spindel 124(Fi g. 5) zu drehen, welche die Gleitführung 102 längs horizontaler Schienen 125 und 126 bewegt, die neben einer Basis 128 angeordnet sind. Wenn die Gleitführung 102 entlang der Längsschienen 125 und 126 bewegt wird, so bewegt sich das Formwerkzeug 54 entlang einer in Längsrichtung zur Eintrittskante 12 der Schaufel 10 sich erstreckende Bahn. Wenn sich das Formwerkzeug 54 entlang dieser Bahn durch einen Arbeitshub bewegt, arbeiten die abgeschrägte Steuerfläche 60 und der Nachläufer 62 mit der Gleitführung 102 zusammen, um den Transporttisch 98 in senkrechter Richtung zu bewegen, um der Längsabschrägung der Schaufel 10 zu folgen. Obwohl der Arbeitshub in jeder Richtung durchgeführt werden kann, verläuft der Arbeitshub vom relativ breiten Spitzenendabschnitt 16 der Schaufel 10 zum relativ schmalen Wurzelendabschnitt 18 hin. Deshalb neigt sich die Steuerfläche 60 nach unten, so daß das Formwerkzeug 54 nach innen zur eo Mittelachse 38 der Schaufel 10 bewegt wird, wenn das Formwerkzeug 54 sich entlang der Eintrittskante 12 bewegt

Gleichzeitig mit dieser senkrechten Bewegung des Formwerkzeuges 54 zur Anpassung an die verwundene Form der Schaufel 10 wird das Formwerkzeug 54 um die senkrechte Achse 72 unter dem Einfluß des Nachläufers verschwenkt, damit seine Drehachse 74 senkrecht zu einer gekrümmten Mittelachse der gekrümmten Eintrittskante 12 der Schaufel 10 gehalten werden kann. Wenn das Formwerkzeug 54 durch einen Arbeitshub längs der Eintrittskante 12 bewegt wird, bewegt die Steuerfläche 66 den Nachläufer 68, um die Halterungskonsole 114 für das Formwerkzeug und den Motor um die Schwenklagerung 116 zu verdrehen, die koaxial zur senkrechten Achse 72 verläuft. Die Steuerfläche 66 weist eine derartige Form auf, daß die horizontale Drehachse 74 das Formwerkzeug 54 senkrecht zur gekrümmten zentralen Längsachse der Eintrittskante 12 gehalten wird. Es sei bemerkt, daß die Steuerflächen 66 und % eine ausreichende senkrechte Abmessung haben, um senkrechte Bewegungen der zugeordneten Nachläufer 68 und 94 bei einer Bewegung des Transporttisches 98 unter der Einwirkung der abgeschrägten Steuerfläche 60 aufnehmen zu können.

Während der Schwenkbewegung des Formwerkzeuges 54 um die senkrechte Achse 72 unter dem Einfluß

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UUl OlbUVI llflLIIL XJXI 3UnIL UUI LfUVTUgUIIg UU3 I V/l Hl* Werkzeuges 54 unter dem Einfluß der Steuerfläche 60 wird das Formwerkzeug zusammen mit der Rolle 92 nach innen und außen bewegt. Diese Bewegung des Formwerkzeuges 54 und der Rolle 92 unter der Einwirkung der Steuerfläche 96 erfolgt längs einer horizontalen Bahn in einer Richtung senkrecht zur Achse 38. Dadurch wird die Rolle 92 bewegt, um der verwundenen Form der Schaufel 10 zu folgen.

Wenn die Rolle 92 unter der Einwirkung der Steuerfläche 96 nach innen und außen bewegt wird, ist der Motor 84 dauernd bestrebt, die Schaufel 10 um ihre horizontale Mittelachse 38 zu drehen, damit die konkave Seitenfläche 26 der Schaufel 10 gegen die Rolle 92 gedrückt wird. Dies hält die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 in einer zentrierten Lage gegenüber den beiden Zahnsätzen 88 und 99 am Formwerkzeug 54 (F i g. 7), wenn das Formwerkzeug durch einen Arbeitshub entlang der Eintrittskante 12 der Schaufel 10 bewegt wird. Während des Arbeitshubes wälzt sich die Rolle 92 längs der Seitenfläche der Schaufel 10 ab, um die gewünschte räumliche Beziehung zwischen dem Formwerkzeug 54 und der Schaufel 10 aufrechtzuerhalten. Das Formwerkzeug 54 und die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 werden in Querrichtung relativ zueinander durch die Rolle 92 eingestellt, die längs der konkaven Seitenfläche 26 der Schaufel 10 abrollt.

Nachdem die Eintrittskante 12 der Schaufel 10 in die gewünschte Form durch einen einzigen Arbeitshub des Formwerkzeuges 54 in der vorher beschriebenen Weise gebracht ist, wird die Austrittskante 14 der Schaufel 10 in die gewünschte Form gebracht Um die Betriebscharakteristik eines Gasturbinentriebwerkes mit einer Schaufel 10 zu verbessern, ist es erforderlich, einen extrem- glatten Übergang zwischen der konkaven Seitenfläche 26 der Schaufel 10 und der abgerundeten Oberfläche auszubilden, die die Außenseite der Austrittskante begrenzt Es ist deshalb erforderlich, die Austrittskante 14 relativ zum Formwerkzeug dadurch zu zentrieren, daß die konkave Seitenfläche 26 der Schaufel gegen die Rolle 92 neben der Austrittskante 14 zur Anlage gebracht wird.

Um die Austrittskante 14 relativ zu dem Formwerkzeug 54a (F i g. 8) für die Austrittskante zu zentrieren, ist die Rolle 92 an einem Arm 136 montiert, der sich von der Halterungskonsole 114 aus nach außen erstreckt Das Formwerkzeug 54a für die Austrittskante weist zwei kreisförmige Reihen 88a und 90a von allgemein radial sich erstreckenden Schneidzähnen auf. Da die

Rolle 92 außerhalb der konkaven Oberfläche 26 der Schaufel 10 angeordnet ist. muß die Arbeitsriehtung des Motors 84 unigckcli.l werden, so daß der Motor die Schaufel 10 um die horizontale Mittelachse 38 in Richtung des Pfeiles 138 in F i g. 4 dreht. Danach drückt der Motor 84 die konkave Scitcnobcrflache 26 der Schaufel 10 bei der Betrachtung der F i g. 8 nach links gegen die kreisförmige Stirnfläche 90 der Rolle 92.

Die senkrechten Steuerflächen 60, 66 und 96 werden durch entsprechende Führungen ersetzt, die der Konfiguration der Austrittskante 14 der Schaufel 10 entsprechen. Die Fräsmaschine 50 wird dann in der im Zusammenhang mit der Formung der Eintrittskante 12 beschriebenen Weise in Betrieb gesetzt, um die Austriitskantc 14 zu formen. Ks sei bemerkt, daß während der Formung der Austrittskante 14 der Schaufel 10 die Steuerflächen 60, 66 und 96 mit den Nachläufern 62, 68 und 94 in der gleichen Weise zusammenarbeiten, wie es vorher in Verbindung mit der Formung der F.intrittskante 12 beschrieben wurde. Der Motor 84 ist jedoch bestrebt, die Schaufel 10 in der entgegengesetzten Richtung um die Mittelachse 38 zu drehen, um dadurch die konkave Oberfläche 26 der Schaufel gegen die Rolle 92 zu drücken, die nunmehr an der Außenseite der Schaufel 10 anliegt, wie F i g. 8 zeigt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Formungswerkzeug 54 unter dem KinfluU der Steuerflächen 60, 66 und % bewegt, um der iibgeschrägtcn. der gekrümmten und der verwundenen Form der Schaufel 10 zu folgen gemäß anderen Ausführungen ist vorgesehen, daß das Formwerkzeug unter dem Finfluß anderer bekannter Vorrichtungen bewegt wird. Bei spielswcise ist vorgesehen, daß numerische Steuerungen verwendet werden, um die Bewegung des Formwerkzeuges unter eiern Finfluß von verschiedenen Servomotoren gemäß einem vorbestimmten Programm durchzuführen. Obwohl das Formwerkzeug 54 als ein um eine Welle drehbarer Fräser beschrieben wurde, sei bemerkt, daß auch andere bekannte Formwerkzeuge verwendet werden können, falls dies gevv imschl ist Pie Stromungs maschinenschaiifel-Fräsmasehine 50 isi in der I .,ige. ein Schaufelprofil zu formen, welches eine abgeschrägte, gekrümmte und verwundene (ieslalt hat. Fs im vorgesehen, daß die Fräsmaschine auch verwendet werden kann, um die Kanten einer Schaufel zu formen, welche lediglich eine oiler zwei dieser Konfigurationen aufweist. Beispielsweise kann die Fräsmaschine verwendet werden, um die I.in und Aiistnitskanten einer Schaufel zu formen, die eine gewundene und abgeschrägte Form hat oiler dazu, die Kamen einer Schaufel zu formen, die eine gekrümmte Form hat.

Flier/M r> BkUl /eichiiuiiüen

Claims

Patentansprüche:

L Vorrichtung zum Bearbeiten der Ein- und Austrittskanten einer Strömungsmaschinensehaufel mit verwundenen Seitenflächen durch spanabhebende Bearbeitung mit einem Formwerkzeug, welches in einem Werkzeughalter eingespannt ist, mit einer Vorschubeinrichtung für eine Relativbewegung zwischen der Strömungsmaschinensehaufel und dem Formwerkzeug in Längsrichtung der Strömungsmaschinensehaufel und mit einer Nachführeinrichtung zur Erzeugung einer Schwenkbewegung der Strömungsmaschinensehaufel um eine Längsachse mittels eines an der Strömungsmaschinensehaufel angreifenden Stellgliedes, das mit einem Formspeicher zusammenwirkt, zur Berücksichtigung der Strömungsschaufel verwindung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung von Strömungsmaschincnschaufeln mit in Längsrichtung gekrümr. lern Verlauf der Ein- und Austriltskanten (12, 14) «as Stellglied (92) der Nachführeinrichtung (90, 92^ 94, 96) mit dem Werkzeughalter verbunden ist, zur Ausführung gemeinsamer Bewegungen quer zur Slrömungsmaschinenschaufel nach Maßgabe des den gekrümmten Verlauf der Ein- und Austrittskanien (12, 14) berücksichtigenden Formspeichers, wobei das Stellglied (92) mil einer gekrümmten Einstellfläche im unmittelbaren Arbeitsbereich des Formwerkzeugs (54) an die eine oder die andere verwundene Seitenfläche (26, 28) der Ströir.tingsmaschinenschaufcl dadurch anlegbar ist. daß die Strömungsmaschincnschaufcl bezüglich ihrer Mittel-Längsachse (j8) unter der Wirkung eines nachgiebigen Drehmomentes sieht, und dadurch gekennzeichnet, da: der Werkzeughalter um eine die zu bearbeitende Strömungsmaschinenschaufelkantc im wesentlichen rechtwinklig schneidende Achse (72) mittels einer weiteren Nachführeinrichtung (66, 68, 114) verschwenkbar ist. zur fortlaufenden Anpassung der Stellung des Arbeitsprofils des Formwerkzeuges (54) an den gekrümmten Verlauf der zu bearbeitenden Strömungsmaschincnschaufelkante nach Maßgabe eines weiteren Formspeichers derart, daß über deren gesamte Länge der Winkel zwischen der Tangente an die Strömungsmaschincnschaufclkantc im jeweiligen Bearbcitungspunkt und der Arbeitsprofilebene des Formwerkzeuges (54) konstant gehalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Formspeicher der erstcrcn Nachführungseinrichtung durch eine Steuerkurve (96) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Formspeicher der wcileren Nachführeinrichtung durch eine Steuerkurve (66) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug ein Formfräser ist.