JPH0258055B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属仕上加工の技術分野に係わり、
特にガスタービンエンジンで使われるエーロフオ
イルの先端の仕上加工に係わる。

［従来の技術］ ガスタービンエンジンは、装置の静止部分に対
して相対的な運動をする複数のエーロフオイルを
備えている。具体的には、第１図と第２図に示さ
れているように、ガスタービンに用いられている
ブレードは回転円板に取付けられている。ブレー
ドの先端はエンジンのケーシングの直径方向の内
側面に近接して位置しており、時折同ケーシング
に接触することがある。そのためブレードの先端
は次第に損耗する。このようにして損耗した部分
は再研摩されるのが好ましいが、そのためには一
般に溶接等により新たな材料を先端に付加するこ
とが行なわれている。その後該エーロフオイルを
ほぼ新しい交換部品の寸法に等しくするためにそ
の先端を機械加工する必要がある。新たな部品に
ついて先端の研摩加工をする場合には、その方法
の一つとして、ブレードをガスタービンエンジン
の回転円板に類似する回転装置に取付け、順次研
摩される多数の新たな部品について共通なある円
周上の点に置かれた砥石輪にその先端を接触させ
ることが行われている。しかしながら普通のエー
ロフオイル修理工場が取扱う部品は設計が様々で
あるために、このような方法は大型の機械を必要
とし、経済的に見合わない。又ブレードの先端に
溶接を施して修理する場合には、個々の設計につ
いて付加されるべき材料の量が異なりがちであ
り、その結果、削り取られるべき材料の量も異な
りがちである。

従来からガスタービンのエーロフオイルのため
の修理装置の必要性は認識されており、ガスター
ビンエンジンのブレードは機械加工が困難な超合
金からなるものであるために、研摩ベルトを用い
る機械加工が好まれてきた。例えば米国特許第
4028788号明細書には、凹形のシユー上を走行す
るベルトに部品を接触させることによつて所定の
輪郭の空気シールを形成するような機械加工装置
が開示されている。本発明の発明者は、米国特許
第014781号明細書米国特許第4285108号明細書に
於て空気シール内に外側シユラウドを有するガス
タービンのエーロフオイルを再仕上加工するため
の装置及び方法を開示した。この方法は所定の輪
郭形状を有するローラを用いるものである。しか
しながら同明細書に記載されている方法は、第１
図に示されているブレードのような相当な厚さを
有する部品を仕上加工するのには適していない。

米国特許4065879号明細書には、研摩ベルトと
カムと研摩ベルトをベーンの複雑な輪郭に沿つて
ガイドするためのカムフオロワとを用いるガスタ
ービンのベーンを再仕上加工するための装置が開
示されている。かかる装置では研摩ベルトは常時
カムにより制御されている。同様に米国特許第
4051636号明細書には、マスターパターンと機械
式倣い機械加工の原理を用いた研摩ベルトによる
エーロフオイルの輪郭を形成する方法が開示され
ている。このように研摩ベルトを用いる機械加工
装置は良く知られている。これらの方法或いは装
置は、カム等により制御され且つ小さな固定装置
又は手によつて保持されているエーロフオイルを
再仕上加工するのに適している。

しかしながら、公知の機械加工装置は多くの場
合、ガスタービンのエーロフオイルの先端を仕上
加工するために適していないという欠点を有して
おり、それほど生産的なものではなかつた。ガス
タービンのエーロフオイルの加工に使用される公
知の機械加工装置は、タービンブレードの輪郭の
所要の精度を得るのに適しないか或いはコストを
下げるために充分な生産量を達成し得ないもので
あつた。例えば、本発明者による米国特許出願第
014781号の装置は単に薄くしかも真直な空気シー
ルを仕上加工するのに適するだけである。その装
置及び同明細書の第１図と第２図とを詳しく見る
と、好ましくない凹形の表面が先端に形成される
ことが解る。

［発明が解決しようとする課題］ このような装置には他に解決が困難な問題が存
在している。その一つは、機械を操作する者、或
いは自動機械の場合には自動機械が、いつ部品を
取外し次の部品にとりかかるかを判断するため
に、いつ先端の仕上加工が終了したかを知ること
に関する問題である。研摩加工では、製品の仕上
加工がほぼ終了しカム等により更に材料が加工さ
れるのを防止するよう構成されている場合にも、
尚火花を伴つて材料が研摩され、過剰研磨が生ず
る場合がよくある。

もう一つの問題は、仕上加工されるべきブレー
ドの長さ即ち除去されるべき材料の量に相当なば
らつきがあるため、工具の運動の制御が完全にカ
ムその他の単純な型式の制御によるような装置に
於ては、装置は最も多く材料を研摩除去しなけれ
ばならない場合について設定されなければならな
いが、この場合、それよりも研磨除去すべき材料
が少ない短いブレードの加工に際しては、単なる
空間であつて何ら材料を研摩しない位置でもかか
る機械は所定の運動を続けるために作業能率が悪
いといううことである。

従つて、様々な寸法と輪郭とを有するタービン
ブレードの先端を再仕上加工するための改良され
た、迅速且適応性のある装置が望まれる。

本発明は、溶接等により付加された材料を有す
るタービンブレードの如きエーロフオイルの先端
から余分な材料を除去して先端を仕上加工するた
めの低コストにして極めて能率のよい装置を提供
することを課題としている。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題は、本発明によれば、エーロフオイ
ルの先端を所要の輪郭を有する面に仕上加工する
装置にして、前記エーロフオイルを支持するベー
スと、前記エーロフオイルの先端部に研摩接触す
ることにより該先端部より材料を除去する研摩手
段と、前記研摩手段を前記ベースに対し相対的に
移動させ該研摩手段がその移動に伴つて前記エー
ロフオイルの先端部より材料を除去するよう該研
摩手段を前記ベースにより保持された前記エーロ
フオイルの縦方向に延在する送り軸線に沿つて全
体的に移動させると共に該研摩手段を前記送り軸
線に対し横方向に延在する所定の経路につて移動
させる手段と、前記エーロフオイルの先端部より
材料をより多く除去する方向への前記研摩手段の
動きを前記所要の輪郭に沿つて制限するよう前記
研摩手段を前記ベースに対し相対的に案内する手
段と、前記研摩手段が前記所要の輪郭に所定の偏
差まで近づいたとき信号を発する手段と、前記信
号の発生時点より所定の時間経過したとき前記研
摩手段の作動を停止させる手段とを有することを
特徴とする加工装置によつて達成される。

［発明の作用及び効果］ 前記の所定時間は簡単な実験によつて求めるこ
とができる。このように研摩手段が所要の最終輪
郭形状面が得られる位置に到達するに先立つ或る
所定の位置に達したことを検出し、これより研磨
加工の終了までの時間を制御することにより、過
剰材料の初期の粗除去の速度を高めて仕上輪郭面
上の余分な材料の除去を全体として極めて迅速に
行うことができる。研摩手段は前記信号の発生時
点より所定の時間経過したときその有効な作動を
停止するが、最終の仕上研摩時にはその移動軌跡
はカムとカムフオロワにより所定の仕上輪郭形状
に正確に案内されるので、所定の仕上輪郭面が丁
度形成されたところで研摩作用が終り、研摩ベル
トはそれ以上エーロフオイル先端の過剰研摩を行
う方向へ移動しないようカムとカムフオロワの係
合により確実に案内される。従つて本発明によれ
ば、上記の信号発生手段の作動位置を信号発生時
点より研摩加工を停止させるまでの時間を被加工
物品の特徴に合せて適正に設定することにより、
研摩速度を高め、通常の研摩作業に於てよく見ら
れる長時間間の研摩作業や最終段階の過剰研摩が
防止され、また研摩作業が未完成のまま終了し不
完全な仕上輪郭面が形成されることが防止され
る。

［実施例］ 以下に超合金製のタービンブレードの先端部の
研摩加工について本発明の最良の実施例を説明す
る。しかしながら、本発明は、シユラウドを有す
るか否かを問わずあらゆるブレード及びベーンを
含むガスタービンのエーロフオイル及び他の型式
の回転機械の部品等一般に仕上輪郭面を端部に有
する部品に適用可能である。また本発明は、本実
施例に於て用いられた研摩ベルト以外の装置、例
えば砥石輪、ミリングカツタ等局部的に部材を取
り除くことのできる他の手段についても有用であ
ることが理解されよう。

第１図にはガスタービンのブレード２０が円板
２２の一部分に普通に取付けられた状態で示され
ている。本発明を説明するために、ブレードは互
いに直行するＸ軸及びＹ軸に対して直角なＺ軸を
長軸線方向に有するものとする。Ｙ軸は、円板２
２に取付けられたブレードの回転による円周状の
軌道に対する接線方向に一致するものとする。Ｘ
軸はＹ軸に対して直角であり従つて円板の回転軸
線に対して平行である。第２図は更にブレードの
Ｘ軸及びＹ軸を示している。ブレードの先端２４
は、回転体面の一部をなすような曲面を有してお
り、仮想線で断片的に示されているエンジンのケ
ーシング２６の内径に概ね対応するように構成さ
れている。このようにＹ−Ｚ面内にある先端の輪
郭は概ねエンジンのケーシングの内径の円周Ｃ
（半径Ｒ）と一致する曲線をなしている。エンジ
ンの直径はブレードのＸ軸方向に沿つて異なる場
合もあるため、ブレード先端の前部は第一の半径
R₁を有し、ブレード先端の後部は第二の半径R₂
を有することがある。従つて、先端と固定された
構造との間の空〓を最小化するために、比較的正
確な仕上輪郭面が先端に形成される必要があるこ
とが理解されよう。

第３図は本発明を用いて行なわれる修復工程を
経時的に示している。第３ａ図は、過剰な空〓を
生ぜしめその結果ガスタービンエンジンの効率の
低下の原因となるような、摩耗によるブレードの
長さの変化ｔを示す。第３ｂ図は、ブレードの材
質と類似する超合金を通常の方法により溶接して
形成された第一の層２８を付加した結果を示す。
この後通常賃３ｃ図に示されているような硬質表
面材料からなる第二の層３０が形成され、この際
長さｄとして示される過剰な材料が意図的に付加
される。最後に、第３ｄ図は所望の寸法を得るた
めに本発明に基く装置により仕上げられた修復済
の部品を示す。

第４図と第５図とは、本発明による装置の主要
な構成部分を示している。第５図は、第４図に示
されている装置に制御システムを付加した装置の
側面図を示す。第４図では、タービンのブレード
２０はその基端部３２にてベース３５に取付けら
れたホルダ３４に保持されている。ベースはＸ
軸、Ｙ軸及びＺ軸を有しており、エーロフオイル
はそのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸がこれらの軸線と一致
するように取付けられている。またベースには固
定されたカム３６が取付けられており、水平軌道
４９には垂直方向（Ｚ軸方向）の駆動を与える垂
直空気シリンダ４０を該水平軌道に沿つて駆動す
るための水平方向（Ｙ軸方向）空気シリンダアク
チユエータ３８が取付けられている。研摩ベルト
４２が接触ローラ４４を周つて延在するよう設け
られている。研摩ベルトは図示されていないがモ
ータにより駆動され当業者にとつては周知である
他のローラ等の手段により張力が加えられ且つ案
内されている。接触ローラ４４は垂直空気シリン
ダアクチユエータ４０の出力ロツド４８に連結さ
れたブラケツト４６に取付けられている。接触ロ
ーラ及び研摩ベルトは、垂直空気シリンダアクチ
ユエータ４０を作動させることによりＺ軸方向に
運動可能であり、且水平空気シリンダアクチユエ
ータ３８を作動させることにより水平なＹ軸に沿
つて運動可能であることが理解されよう。また研
摩ベルトは制御された空気シリンダ３８，４０の
作動によりＹ−Ｚ面内を運動することが理解され
よう。先端を仕上加工する工程を開始する前記に
は、タービンのブレード２０は第４図に仮想線Ａ
で示されているような過剰材料３０′を有する。
空気シリンダの作動により、研摩ベルトをブレー
ド先端のあらゆる点で過剰材料と接触させ、それ
によつて材料の除去が行なわれる。

研摩加工中、垂直シリンダは加圧され、研摩ベ
ルトはＺ軸に沿つて下降し、その間に水平シリン
ダもＹ軸に沿つて往復運動を行なう。空気シリン
ダアクチユエータの特徴は、圧縮可能な流体を使
用しているためブレード先端に加えられる研摩ベ
ルトの力が先端に於ける過剰材料の高低差による
接触ローラの位置の小さな変化に拘らず比較的一
定であることにある。研摩ベルトのＺ軸方向であ
つてブレードの先端へ向う方向の前進運動は、シ
リンダに空気が供給される速度により或いは補助
的な機械装置により制御される。

接触ローラ４４と同軸にカムフオロワ５０が設
けられており、かかるカムフオロワ５０はカム３
６の面５２と接触するように構成されている。か
かる面５２は、図中線Ｃにより示されているエー
ロフオイルの先端の所定の仕上輪郭面に概ね対応
する輪郭面Ｂを有している。カムの輪郭面Ｂは、
カムフオロワシステムに於て通常必要な機械的補
償がなされており、接触ローラ４４が軌道Ｃに沿
つて所定の運動をするよう構成されている。従つ
て、上記したような空気シリンダの作動が行なわ
れると、研摩ベルトはカムはカムフオロワ５０が
カム３６の面５２に局部的に接触するまで全ての
過剰材料を取り除くことが第４図から理解されよ
う。かかる接触の後研摩ベルトはその点から軌道
Ｃに沿つて案内される。カムとカムフオロワの接
触長さは過剰材料が取り除かれるに従つて増大
し、エーロフオイルの先端に所望の仕上輪郭面が
形成される。従つて研摩ベルトの作動の特徴は、
研摩作業の初期に於いては残存する先端の材料に
応じて制御された移動速度の垂直成分によつて研
摩ベルトは一定の力で押し付けられ、次いで研摩
ベルトの運動は先端に加えられる垂直方向力がカ
ムシステムにより吸収され小さくなるに伴い変位
を制御する案内軌道によつて特徴付けられる運動
に変化することにある。ここではカムシステムが
使用されているが、これは研摩ベルトは案内軌道
を描かけるための単なる一つの機械的手段であつ
て、これに代えて他の純粋に機械的な手段或いは
プログラムされた制御及びフイードバツクシステ
ム等に基く他の手段も、上記の如き垂直方向の運
動を制御し所望の最終的な運動を設定するための
手段として使用できることはいうまでもない。

上記の研摩要領は、本発明の第一の段階で使用
される装置に関するものである。上記のような作
動は良好な結果を生み出すものではあるが、しか
しブレードの先端から全ての除去されるべき材料
が除去されたことを直ちに判定することができな
い点に於て能率が悪い。即ち、この場合、当然の
ことではあるが、研摩装置が作動し続けると、最
終的に研摩加工している微候が無くなり、それに
よつて当該部品が完成されたことが明らかにな
る。

そこで研摩ベルトはブレードの近傍から後退さ
れ、部品がホルダから取り外されることになる。
しかしこれでは加工作業の能率が悪いので、これ
を改良し生産性を高めるための装置が望まれる。

これは第５図に示されているような（第４図に
は示されていない）電気的位置検出ベルトを導入
することにより達成される。この装置は主として
センサ６２とプローブ６０からなる。該プローブ
はブラケツト４６に固定されており、従つて接触
ローラ軸５３及び研摩ベルトとほぼ同様な運動を
行なう。センサ６２はベース３５に取付けられて
おり、Ｚ軸に沿つて変位可能である。プローブは
研摩装置の可動部分が仮想線Ｅで示される位置に
達した時に検知され、この時カムフオロワ５０は
カム３６の接触位置から極く僅か離れた位置にあ
る。プローブの存在が検知されると、センサはコ
ントローラ６４に信号を送り、そこで適当なトラ
ンスジユーサ等により、垂直空気シリンダ４０の
下向きの運動を逆転させ、研摩ベルトをブレード
の先端の近傍から引き離すことになるが、このと
きコントローラは所定の遅延時間を設定すること
ができる遅延タイマ６６を含んでおり、この所定
の遅延時間が経過するまでは研摩ベルトによる研
摩加工が続けられ、該遅延時間経過後にドライバ
６８及び空気シリンダ４０の作動により研摩加工
に停止する。

このプローブ―センサ装置は、接地電位以上に
あるようにセンサに接続された回路を備えている
のが好ましい。プローブがセンサと瞬間的に接触
すると、接地が行なわれ、回路の作動が開始する
と共にタイマに信号が伝達される。他の装置、例
えば機械的に作動する電気式或いは流体式スイツ
チ、磁気的或いは光学的近接スイツチ等も同様に
適用可能である。

研摩加工に当つては、センサは特にＹ座標に関
しカム装置によつて設定されるプローブの可能な
限りの最下位置から約0.127mm（0.005インチ）離
れた位置に設定される。研摩ベルトがセンサの設
定位置によつて決まる位置に達した時、研摩ベル
トは上記したように余分な材料を激しく除去する
作業をしているであろう。センサがＹ軸方向の如
何なる位置に設定されるかによつて、センサの作
動時にカムはカムフオロワと接触していることも
接触していないこともあるが、この違いは本発明
の機能にとつて重要なことではない。特定の部品
について少し実験をしてみると、センサから制御
システムに信号が伝達された後ブレードの先端全
体に亙つて残りの過剰材料を除去するためにあと
どの位時間が必要であるかが解る。この実験は、
過剰材料が完全に取り除かれてないことが測定さ
れるようになるまで遅延時間を減少させる要領に
て行われてよい。こうしてセンサの設定距離を順
次縮小していくことにより、ブレードの先端をそ
の最終寸法に近付けることができる。溶接により
生成する輪郭面のもともとの凹凸は最初の工程で
除去されるため、センサが信号を送る時には、残
る除去されるべき過剰材料の量はブレード毎に概
ね一定である。

センサが信号を発信する時のセンサ設定距離は
エーロフオイルの設計に応じて様々であるが、全
体として約2.0mmの過剰材料が除去される場合に
はその距離は0.025〜0.125mmであるのが好まし
い。部品毎の除去されるべき過剰材料の量及び質
が比較的一定であるような場合には、この距離は
もつと小さな値に選ばれることもある。しかしな
がら、この距離があまり小さくされるときには、
センサの位置設定はきわめて正確になされる必要
があり、また装置の誤差も生じ易い。検知位置が
カムの表面に極めて近い位置に設定された場合に
は、センサの僅かな誤差によつても信号が全然発
生しないこともある。従つて、センサをカム表面
からなる程度明確な距離だけ離すことにより、研
摩装置の不確定性及び高精度の必要性を回避する
ことができる。

本発明に基く装置は、異なる形状の部品を取扱
うに際しては、単にホルダ及びカムを交換し、セ
ンサを適宜調節すればすむので、様々な部品の仕
上加工に適用可能である。言うまでもなくセンサ
の調整は、特定の部品について記録しておいて同
じ部品を加工する場合にその調節状態を適宜再現
すれば良い。

本発明の他の変形例も可能である。例えばカム
３６は単純な曲線以外の表面を有するものとする
ことができる。接触ローラ４４の輪郭面７０も、
部品に複雑な曲線を形成したい場合には、Ｘ軸に
沿つて変化させることができる。更に、Ｘ軸方向
にカムの寸法を適宜変化させることによつて異な
つた種類の運動を生ぜしめ、ガスタービンの修理
に於て必要とされる物よりも複雑な部品を製造す
ることも可能である。最後に付加えると、最初に
定めたブレードのＸ軸及びＹ軸の方向は任意にし
かも好都合なように定められたが、ブレードを本
発明の装置の各軸線に対して別の配置に取付ける
ことも可能であることが解る。

以上に於ては本発明をその最良の実施例につい
て説明したが、当業者であれば本発明の範囲から
逸脱することなく種々の変形及び変更が可能であ
ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は所定形状の先端を備えるガスタービン
のブレードを示す斜視図である。第２図は第１図
の線２―２から見たブレードの端面図である。第
３図はブレード先端の修復工程を示す第２図の線
３―３から見たブレードの部分図である。第４図
はブレードの先端を再仕上加工するための研摩装
置の正面図である。第５図は第４図の線５―５か
ら見た制御回路が付加された研摩装置の側面図で
ある。 ２０……ブレード、２２……円板、２４……先
端、２６……ケーシング、２８……第一の層、３
０……第二の層、３０′……材料、３２……基底
部、３４……ホルダ、３５……ベース、３６……
カム、３８，４０……空気シリンダ、４２……研
摩ベルト、４４……接触ローラ、４６……ブラケ
ツト、４８……ロツド、４９……軌道、５０……
カムフオロワ、５２……面、５３……接触ローラ
軸、６０……プローブ、６２……センサ、６４…
…コントローラ、６６……遅延タイマ、６８……
ドライバ、７０……輪郭面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エーロフオイルの先端を所要の輪郭を有する
   面に仕上加工する装置にして、前記エーロフオイ
   ルを支持するベース３５と、前記エーロフオイル
   の先端部に研摩接触することにより該先端部より
   材料を除去する研摩手段４２と、前記研摩手段を
   前記ベースに対し相対的に移動させ該研摩手段が
   その移動に伴つて前記エーロフオイルの先端部よ
   り材料を除去するよう該研摩手段を前記ベースに
   より保持された前記エーロフオイルの縦方向に延
   在する送り軸線に沿つて全体的に移動させると共
   に該研摩手段を前記送り軸線に対し横方向に延在
   する所定の経路に沿つて移動させる手段３８，４
   ０と、前記エーロフオイルの先端部より材料をよ
   り多く除去する方向への前記研摩手段の動きを前
   記所要の輪郭に沿つて制限するよう前記研摩手段
   を前記ベースに対し相対的に案内する手段３５，
   ５０と、前記研摩手段が前記所要の輪郭に所定の
   偏差まで近づいたとき信号を発する手段６０，６
   ２と、前記信号の発生時点より所定の時間経過し
   たとき前記研摩手段の作動を停止させる手段６
   ４，６６とを有することを特徴とする加工装置。