DE60302660T2 - Rotorschleifmaschine mit einem drehkopf mit zwei schleifscheiben - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifmaschinen für Turbinen- oder Laufradschaufeln o.ä. (siehe zum Beispiel US-A-4376357).
• Stand der Technik
• Das Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst wird, ist der Bau einer Schleifmaschine mit einem Drehkopf und zwei Schleifscheiben zum Schleifen, die während des Schleifzyklus eines periodisch umlaufenden Laufradabschnitts gleichzeitig die Schleifarbeitsgänge der Schaufelspitzen eines Laufrads und die Form der Schleifscheibe zum Schleifen mittels einer Steuerung zur Positionierung der Schleifscheiben und der Formgebungsvorrichtungen und mittels eines optischen Sensors zur Messung des Schaufelradius steuert.
• Aus der Veröffentlichung US-A-5704826 ist eine Schleifmaschine für Schaufeln eines Turbinenlaufrads bekannt, bei der der Kopf zwei Schleifscheiben mit unterschiedlichen Merkmalen zum Schleifen von Laufrädern mit unterschiedlicher Schaufellegierung und -breite hat, was den Austausch einer Schleifscheibe und die Wiederholung des Anpassungsprozesses der Winkel- und linearen Stellung des Kopfs der neuen Schleifscheibe in Bezug auf das neue Laufrad, wie das bei den Maschinen mit einem Kopf mit nur einer Schleifscheibe notwendig ist, überflüssig macht. Bei der Schleifmaschine, die in der Veröffentlichung US-A-5704826 beschrieben ist, werden die Winkel- und geradlinigen Verschiebungen des Kopfs zur Positionierung der zweiten Schleifscheibe durch eine CNC-Steuerung der Maschine gesteuert, die die Koordinaten der neuen Stellung ausgehend von Geometriedaten hinsichtlich der beiden Schleifscheiben berechnet, was unter Mitwirkung eines optischen Messsystems zur Einregelung der Schleifscheibe und Messung des Radius der Schaufelspitzen erfolgt.
• Ein Beispiel für ein optisches System zur Einregelung der Schleifscheibe und Messung des Schaufelradius während des Schleifarbeitsgangs bei hoher Drehzahl des Laufrads, gesteuert mittels eines Stroboskops zwischen 1500 Umdrehungen je min. und 3000 Umdrehungen je min., ist in der Veröffentlichung US-A-4566225 offenbart. Dabei entspricht die am Sensor empfangene Lichtstärke der Höhe oder dem Radius der Schaufeln, aber hier verwendet der optische Sensor einen Infrarotlichtstrahl.
• Um die gewünschte Formkrümmung an den Schaufelspitzen zu erhalten, führt die Schleifscheibe während des Schleifarbeitsgangs mikrometrische inkrementelle Verschiebungen des Schleifscheibenkopfs sowohl in der axialen als auch der radialen Richtung in Bezug auf das Laufrad aus. Die Abrasion durch die Verwendung der Schleifscheibe zum Schleifen zwingt zur Kompensierung der Abnutzung und zur Korrektur der Unregelmäßigkeiten auf ihrer Oberfläche mittels einer Formgebungsvorrichtung für die Schleifscheibe. Die oberflächlichen Unregelmäßigkeiten der Schleifscheibe führen zum Auftreten von Graten an den Schaufelspitzen, die die Messung des Radius der Schaufeln beeinträchtigen und sogar ein übermäßiges Schleifen verursachen. Die in der Veröffentlichung EP-0592112-A offenbarte Maschine hat eine Formgebungsvorrichtung mit einer Diamantwalze, getragen von einem Schlitten. Diese bekannte Maschine hat den Nachteil, dass die Formgebungsvorrichtung vom Schleifscheibenkopf getrennt und hinter ihm angeordnet ist, und die Formgebung der Schleifscheibe erfolgt nach Beendigung des Schleifzyklus eines periodisch umlaufenden Laufradabschnitts oder auch in der Pause eines Schleifzyklus, wobei der Schleifarbeitsgang unterbrochen wird, um den Kopf aus dessen Arbeitsstellung zu entfernen, und die Schleifscheibe bis zur Walze befördert wird. Nach der Formgebung muss die bekannte Maschine die Schleifscheibe wieder in eine genau angepasste Stellung des Kontakts mit den Schaufelspitzen bringen, um den Schleifzyklus fortzusetzen.
• Darlegung der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Schleifmaschine ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bestimmt. Die Erfindung stellt eine Schleifmaschine für Verdichter- oder Turbinenlaufradschaufeln bereit, einschließend einen Kopf mit zwei unterschiedlichen Schleifscheiben, deren Positionierung durch eine elektronische Steuerung der Maschine unter Mitwirkung eines optischen Systems zur Messung des Radius der Schaufeln während des Schleifarbeitsgangs gelenkt wird, und eine Formgebungsvorrichtung der zugehörigen Schleifscheibe des Schleifscheibenkopfs, die während der Schleifperiode zusätzlich zu vorher festgelegten Momenten des Schleifzyklus automatisch als Reaktion auf eine Anzeige des von dem optischen System generierten Messsignals aktivierbar ist.
• Die elektronische Steuerung steuert, zusätzlich zu den Winkel- und linearen Verschiebungen des Schleifscheibenkopfs während des Schleifprozesses, die Positionierung der einen oder der anderen Schleifscheibe für jeden periodisch umlaufenden Laufradabschnitt mittels der auf den Abmessungen und geometrischen Abständen der beiden Schleifscheiben basierenden Berechnung. Das optische System zur Messung des Schaufelradius kann das Vorhandensein von Graten auf den Schaufelspitzen fortlaufend ermitteln und die Steuerung aktiviert automatisch die Formgebungsvorrichtung der Schleifscheibe während des Schleifzyklus, ohne die Stellung der Schleifscheibe und deren Drehung zu ändern und ohne dass die Anwesenheit eines Bedieners notwendig ist. Die Formgebungsvorrichtung wird so bewegt, dass die Formgebungswalze mit der Schleifscheibe in Berührung kommt. Auf diese Weise wird der Schleifzyklus nicht unterbrochen, da lediglich die Vorwärtsbewegung der Schleifscheibe angehalten wird.
• Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine Draufsicht einer Schleifmaschine für ein Verdichterlaufrad, die das Schleifen eines periodisch umlaufenden Laufradabschnitts zeigt.
• 2 ist ein Aufriss der Schleifmaschine in 1.
• Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
• Unter Bezugnahme auf die 1 bis 2 schließt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine 1 für die Schaufeln eines Turbinen- oder eines Verdichterlaufrads 2 ein:
• – eine Maschinenwerkbank 3,
• – einen in einer axialen Richtung Z des Laufrads 2 beweglichen Schlitten 4, der zwei Lagerböcke 5 trägt, die das Laufrad 2 tragen,
• – einen Schleifscheibenkopf 6 mit zwei Schleifscheiben zum Schleifen 7, 7' mit unterschiedlichen Merkmalen,
• – einen Schlitten 8 des Kopfs zum Drehen des Kopfs 6 in einer Winkelbewegung B um eine zentrale stehende Welle 6a sowie zwei Schlitten 9, 10 des Kopfs zu dessen Bewegen in einer linearen Bewegung, um ihn in der erwähnten Richtung Z zu positionieren, und einer Vorwärtsverschiebung der Schleifscheibe in einer radialen Richtung X des Laufrads 2,
• – eine jeweilige Formgebungsvorrichtung 12, 13 für jede Schleifscheibe 7, 7', die von einem individuellen Schlitten 14, 15 getragen wird, der mit dem Schleifscheibenkopf verbunden ist,
• – eine elektronische Steuerung 16 einschließlich einer numerischen Steuerung CNC zur Berechnung und Steuerung der Bewegungen des erwähnten Schlittens, und
• – ein System 16–24 zur Messung des Radius R der Schaufeln, einschließlich eines optischen Sensors 19, der gemäß der Welle entsprechend dem Bezugszeichen 11 (siehe 1) auf den periodisch umlaufenden Laufradabschnitt 2a der gerade arbeitenden Schleifscheibe 7 eingeregelt ist, und eines Messgeräts, zum Beispiel eines PC-Rechners, das ein Signal 21, das der Einregelung der Schleifscheibe 7 oder der Schleifscheibe 7' und dem ermittelten Maß des Radius R entspricht, an die Steuerung 16 überträgt.
• Der Schlitten 8 des Kopfs dreht den Kopf 6 um bis zu 180 Grad um eine zentrale stehende Welle 6a, um eine Schleifscheibe 7 (siehe 1 und 2) gegen eine zweite Schleifscheibe 7' auszutauschen, die zum Schleifen eines zweiten Laufrads 2, das sich vom zuvor korrigierten Laufrad unterscheidet, ausgewählt wurde. In Abhängigkeit von der Formkrümmung der gerade einer Korrektur unterzogenen Schaufelspitzen 25 erfolgt eine Winkelverschiebung B des Schlittens, um diesen relativ zum Radius R der Schaufeln zu neigen. Damit die erwähnte zweite Schleifscheibe 7' mit den Schaufelspitzen 25 eines zweiten Laufrads 2 in Berührung kommt, ermöglichen die Schlitten 9, 10 dem Kopf 6 die linearen Verschiebungen in den Richtungen Z und X, abgesehen von der inkrementellen Bewegung und den Vorwärtsverschiebungen W der Schleifscheibe während des Schleifprozesses. Die Berechnung der Stellung der zweiten Schleifscheibe 7' erfolgt durch die numerische Steuerung CNC als Funktion der Durchmesser D1 und D2 der beiden Schleifscheiben 7, 7' und des Diagonalabstands 30 zwischen den Oberflächen beider Schleifscheiben 7, 7' (siehe 1).
• Die Formgebungsvorrichtung 12–15 schließt einen jeweiligen Schlitten 14, 15 ein, der eine Diamantwalze 12, 13 trägt, wobei der Schlitten 14, 15 mit dem Schleifscheibenkopf 6 vereinigt ist, um eine jeweilige Schleifscheibe 7, 7' bei ihren linearen Verschiebungen X, Z und ihrer Winkelverschiebung B zu begleiten. Der Schlitten 14, 15 ragt über den Kopf 6 hinaus und wird mit seiner Walze 12, 13 senkrecht bewegt, um seine entsprechende Schleifscheibe 7, 7' zu formen, wobei er während des Formgebungsprozesses eine lineare Annäherungsverschiebung U bzw. C aus einer eingezogenen Stellung oberhalb der Schleifscheibe 7 und eine Vorwärtsbewegung der Walze 12, 13 ausführt. Der Schlitten 14, 15 hat eine Schraube 14', 15', die seiner durch die Steuerung 16 geregelten linearen Verschiebung dient, wobei die Formgebung erfolgt, ohne dass die Schleifscheibe 7, 7' aus ihrer Kontaktstellung mit dem periodisch umlaufenden Laufradabschnitt 2a, der gerade einer Korrektur unterzogen wird, zurückgezogen werden muss.
• In einem Ausgestaltungsbeispiel der Schleifmaschine 1 schließt der optische Sensor 19 eine Lichtquelle 26, die einen parallel gerichteten Strahl 28 aussendet, und einen elektronischen Photodetektor 27 ein, die an den beiden einander entgegengesetzten Armen 19a, 19b eines bogenförmigen Trägers (siehe 2) angeordnet sind, wobei der Träger größer bemessen ist als der Kreis der periodisch umlaufenden Laufradabschnitte 2a. Die einander entgegengesetzten Arme 19a, 19b des Sensors sind so angeordnet, dass sie den periodisch umlaufenden Laufradabschnitt 2a, der gerade einer Korrektur unterzogen wird, einschließen. Daher wird der optische Sensor 19 von einem Schlitten 18 getragen, der in der axialen Richtung Z, um den Sensor 19 von einem periodisch umlaufenden Laufradabschnitt 2a zum einem anderen zu bewegen, und in einer Richtung Y, um eine radiale Vorwärtsbewegung in Richtung der Laufradschaufeln 2a auszuführen, beweglich ist. Der parallel gerichtete Strahl 28 beleuchtet die Schaufeln vollständig, die während ihrer Drehung den Zwischenraum zwischen der Quelle 26 und dem Photodetektor 27 passieren, wobei Letzterer ein Bild aus aufeinander folgenden Licht- und dunklen Punkten empfängt, das der Lichtstärke entspricht, die sich aus dem Kreuzen einer jeden Schaufel 25 mit dem Strahl 28 ergibt. Der PC-Rechner empfängt bei jeder Umdrehung ein wellenförmiges elektrisches Signal 21 (in den Zeichnungen nicht dargestellt), das dem Absolutwert des Radius R entspricht. Das Signal 21 wird nicht von der Höhe der Schaufeln, die im Weg des Strahls 28 liegen, beeinflusst. Der PC-Rechner erfasst und verarbeitet das Signal 21 und kombiniert es mit einem Signal 24 der Drehzahl des Laufrads 2, das von einem „Codierer" 17 der Laufradwelle ausgeht. Das resultierende Signal 22 wird an eine Steuerung 16 übertragen, um die Prozesse des Schleifens und der Formgebung zu steuern. Die Änderungen hinsichtlich der Werte des wellenförmigen Signals 21, die durch die Grate auf den Schaufeln verursacht werden, werden durch die Steuerung 16 in jedem Moment des Schleifzyklus erfasst, wobei die Vorrichtung 12–15 der entsprechenden Formgebung automatisch betätigt wird.

Claims (3)

1. Schleifmaschine für Schaufeln eines Turbinen- oder eines Verdichterlaufrads, einschließend – eine Maschinenwerkbank (3), die ein Laufrad (2) mit mehreren hochtourig rotierenden, periodisch umlaufenden Schaufelabschnitten (2a) trägt, – einen Schleifscheibenkopf (6) mit zwei gegeneinander austauschbaren Schleifscheiben zum Schleifen (7, 7'), der in der Schleifstellung den Laufradschaufeln (2a) zum Schleifen aufeinander folgender Laufräder (2) zugewandt ist, – eine Vorrichtung (12–15) zur individuellen Formgebung jeder Schleifscheibe (7, 7') mit einem jeweiligen Formgebungswerkzeug (12, 13) und Mitteln (14–15) zur Bewerkstelligung der linearen Bewegung (U, C) der Werkzeuge (12, 13) in Bezug auf die Schleifscheibe, – eine elektronische Steuerung (16) mit einer numerischen Steuerung (CNC) zur Steuerung des Laufrads (2) und der Verschiebungen des Schleifscheibenkopfs (6) in einer axialen Richtung Z und in den radialen Richtungen (X) in Bezug auf das Laufrad und der Winkelbewegung (B) und der erwähnten Verschiebungen (U, C) der Formgebungsvorrichtung (12–15), – ein optisches System (16–24) zur Messung des Radius (R) der Schaufeln (2) des gerade einer Korrektur unterzogenen, periodisch umlaufenden Laufradabschnitts (2a), das mit der Werkbank (3) der Maschine verbunden ist und einen optischen Sensor (19) hat, der auf den erwähnten periodisch umlaufenden Laufradabschnitt (2a), der sich in Rotation befindet, und auf eine der erwähnten Schleifscheiben (7, 7') eingeregelt ist, – wobei der erwähnte Kopf (6) von einem Drehschlitten (8) des Kopfs und zwei linearen Schlitten (9, 10) des Kopfs getragen wird, die die erwähnten, aus den Geometriedaten (D1, D2, 30) hinsicht lich der beiden Schleifscheiben (7, 7') berechneten Verschiebungen Z, X, B des Kopfs (6) zur Positionierung einer zweiten Schleifscheibe (7') zum Schleifen eines zweiten nachfolgenden Laufrads (2) ausführen, – dadurch gekennzeichnet, dass während des Schleifprozesses das erwähnte System (16–24) zur Messung des Radius R der Schaufeln fortlaufend in Zusammenarbeit mit der Steuerung (16) ermittelt, ob an den Schaufeln (2a) Grate vorhanden sind, wobei diese Ermittlung durch Messen der Abweichungen des erwähnten Radius R erfolgt, und dass – die erwähnte individuelle Formgebungsvorrichtung (12, 13) auf einem Tragschlitten (14, 15) in einer Stellung in Bezug auf den zugehörigen Schleifscheibenkopf (6) montiert ist und automatisch funktioniert, wobei das Formgebungswerkzeug (12, 13) die erwähnte Verschiebung (U, C) ausführt und die Schleifscheibe (7, 7') als Funktion der erwähnten fortlaufenden Ermittlung von Graten durch das Messsystem (16–24) formt, ohne den Prozess des Schleifens des Laufrads (2) mit der Schleifscheibe (7, 7') anzuhalten.
2. Schleifmaschine für Laufradschaufeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils eine der beiden Schleifscheiben (7, 7') auf der einen bzw. der anderen Seite des Kopfs befindet und das erwähnte Werkzeug (12, 13) zur individuellen Formgebung von einem Schlitten (14, 15) getragen wird, der mit dem Kopf (6) vereinigt ist und über diesen hinausragt und mit einer zum Schlitten (14, 15) gehörenden Schraube (14', 15') verbunden ist, wobei der Schlitten (14, 15) die vertikalen Annäherungsbewegungen an die Schleifscheibe (7, 7') und eine Vorwärtsbewegung während des Formgebungsprozesses ausführt.
3. Schleifmaschine für Laufradschaufeln nach Anspruch 1, wobei der erwähnte optische Sensor (19) von einem Schlitten (18) getragen wird, der in einer Richtung „Y" beweglich ist, um eine horizontale radiale Vorwärts bewegung zum periodisch umlaufenden Schaufelabschnitt (2a) des in Betrieb befindlichen Laufrads hin auszuführen, und der Sensor (19) zwei einander entgegengesetzte Arme, eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger (19a, 19b) hat, die so positioniert sind, dass sie den gesamten periodisch umlaufenden Laufradabschnitt (2a) erfassen.