(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工によってタービンエンジン翼の形状を仕上げるための方法であって、少なくとも１つのエリア（８）が必要とされる輪郭よりも厚く作り出され、前記厚くさせられた部分は周囲の輪郭と共に第１の表面（１０）を形成し、方法の機械加工は、第３の表面を取得するために適切な刃具（２０）を使用してこの厚くさせられた部分を除去することを目的とし、構成要素の理論的な輪郭はさらに第２の表面（１１）によって画定され、前記エリアの機械加工の間に前記刃具の刃先の位置を画定するために以下のステップ：
第２の表面（１１）において、ノードを形成しタイルを区切る線を交差させることによって形成されたグリッド（１３）を画定するステップであって、前記グリッドが、機械加工されるエリア（８）に亘り、機械加工されるエリア（８）の外側境界（１２）がグリッドの外側境界内に完全に囲まれるように延伸する、ステップと、
構成要素と刃具（２０）との間の各接触点（Ｐ）が位置決めされるタイルのノード（Ｎｉ）の位置を参照して重み付けすることによって、理論的な輪郭に沿って機械加工するために接触点（Ｐ）の位置を画定するステップと、
外側境界（１２）の外側に位置決めされた各ノードＮｉに関して、前記ノードにおける第１の表面（１０）と第２の表面（１１）上のノードの理論的な位置との間のｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差を測定するステップであって、前記差は前記第２の表面（１１）に対して垂直に測定される、ステップと、
前記ノードが所属すると共に他のノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）又はｄｅｌｔａ（Ｎｊ）の差が既に分かったタイルを選択し、前記ノードを接続するセグメントの長さに従って重み付けされた前記ｄｅｌｔａ（Ｎｉ）又はｄｅｌｔａ（Ｎｊ）の差から補間することによって、外側境界（１２）内に位置決めされた各ノードＮｊに対する差ｄｅｌｔａ（Ｎｊ）を段階的に計算するステップと、
ノードＮ（ｉ）に関連して行われた前記重み付けを使用して、接触点（Ｐ）が所属するタイルのノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）の加重和によって工作機械に入力された基準と比較して、構成要素と刃具（２０）との間の接触点Ｐ’を取得するために各接触点（Ｐ）に加えられるｄｅｌｔａ（Ｐ）を画定するステップと
を包含することを特徴とする、方法。
【請求項２】
各接触点Ｐが、重み付け係数を割り振られたノードの重心であるように、前記タイルの前記ノードに割り振られる前記重みに対応する、各接触点Ｐに対する重み付け係数（ＣＰｉ）を割り振ることによって、重み付けは行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
グリッドを形成する線が直線である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
タイルを形成する多角形が四辺の多角形である、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
タイルを形成する多角形が三辺の多角形である、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
外側境界（１２）の外側に位置決めされたノードのうちの少なくとも１つが第２の表面（１１）によって生じさせられず、従って、この少なくとも１つのノードに対するｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差は、前記ノードを接続するセグメントの長さに従って重み付けされた、前記第２の表面によって生じさせられた隣接するノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差の間の補間によって計算される、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン構成要素の製造に関し、特に、鋳造又は鍛造によって作り出される構成要素の仕上げに関する。
【０００２】
さらに一般的には、本発明は、依然として最終的な機械加工、又は仕上げを必要とするブランク構成要素の仕上げ、すなわち最終的な寸法の仕上げに関する。特に、本発明は、鋳造又は鍛造されたターボジェットエンジン翼に適用される。
【背景技術】
【０００３】
タービンエンジンのタービン翼は一般的には、所謂「ロストワックス」技術を使用して作られる。ロストワックス技術は、最終的な形状を作るために後に機械加工されなければならないブランクを作り出すことを必要とすることなく、構成要素の大部分に対して必要とされる形状を直接的に作り出す。しかしながら、この技術は依然として最終的な機械加工を必要とする。最終的な機械加工は、運ばれた粒状物を除去するための、前縁に対する作業と、後縁ストリップを除去するための、後縁に対する作業と、羽根の表面に対するプラットフォームの接続に関するプラットフォームに対する作業とを包含する。
【０００４】
鋳造技術は、例えば、翼の後縁や後縁の循環空気排出穴などにおいて非常に薄い面（又は隔壁）を作り出すために完全には効果的ではない。この問題を克服するために、翼の薄い端は、厚くさせられた部分を用いて鋳造され、厚くさせられた部分はそれから、製造プロセスの最後に機械加工によって除去される。この方法に関する問題は、翼が鋳造に由来するので、この機械加工のために使用される空間において翼を位置決めするための基準を羽根の基準と較正することを必要とすることである。従来技術においては、使用される基準は翼の根元において取られ、羽根はこの根元で取られた基準点から機械加工される。この方法は寸法の不揃いを多くもたらし、実施するために時間がかかる。根元で取られた基準と羽根の基準との間で考えられる不一致により、構成要素の表面での突出部の出現で、羽根の表面と機械加工された表面との間の接続部で精度を欠く場合が多い。
【０００５】
さらに、デジタル制御工作機械は理想的には、寸法の不揃いを回避するために、これらの仕上げ作業のために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８２３３４号公報
【特許文献２】特開２００１−０２２４２２号公報
【特許文献３】特開２００４−１１０８２８号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／００８３０２４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／００９５５２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、寸法の不揃いを限定すると共に構成要素表面の機械加工部分と鋳造又は鍛造された構成要素の良好な接続を保証しながら、鋳造又は鍛造された構成要素を仕上げるための機械加工方法を提案することによって、これらの問題を克服することである。工作機械の経路がブランク構成要素の幾何形状に適応するので、この種の機械加工は適応性機械加工として知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、機械加工によってタービンエンジン翼の形状を仕上げるための方法であり、その方法においては、少なくとも１つのエリアが必要される輪郭よりも厚く作り出され、前記厚くさせられた部分は周囲の輪郭と共に第１の表面を形成し、その方法の機械加工は、第３の表面を取得するために適切な刃具を使用して、この厚くさせられた部分を除去することを目的とし、構成要素の理論的な輪郭はさらに第２の表面によって画定される。方法は、前記エリアの機械加工の間に前記刃具の刃先の位置を画定するために以下のステップ：
第２の表面において、線を交差させることによって形成されたグリッドを画定し、ノードを形成し、タイルを区切るステップであって、前記グリッドは、機械加工されるエリアに亘ると共に、機械加工エリアの外側境界がグリッドの外側境界の中に完全に囲まれるように延伸する、ステップと、
刃具／構成要素間の各接触点Ｐが位置決めされるタイルのノードＮｉの位置を参照して重み付けすることによって、理論的な輪郭に沿って機械加工するために刃具／構成要素間の各接触点Ｐの位置を画定するステップと、
外側境界の外側に位置決めされた各ノードＮｉに関して、前記ノードにおける第１の表面と、第２の表面におけるノードの理論的な位置との間のｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差を測定するステップであって、前記差は第２の表面に対して垂直に測定される、ステップと、
外側境界内に位置決めされた各ノードＮｊに対する差ｄｅｌｔａ（Ｎｊ）を段階的に計算し、前記ノードが所属すると共に他のノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）又はｄｅｌｔａ（Ｎｊ）の差が既に分かったタイルを選択し、前記ノードを接続するセグメントの長さに従って重み付けされた前記ｄｅｌｔａ（Ｎｉ）又はｄｅｌｔａ（Ｎｊ）の差から補間するステップと、
ノードＮｉを参照して行われた前記重み付けを使用して、各点Ｐが所属するタイルのノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）の加重和によって、工作機械に入力された基準と比較して、構成要素と刃具との間の接触点Ｐ’を取得するために前記点Ｐに適用されるｄｅｌｔａ（Ｐ）差を画定するステップと
を包含することを特徴とする。
【０００９】
この方法は、機械加工された表面と周囲の表面との間に突出部が作られないことと、これら２つの表面が同じ接線面で合流することとを確実にする。
【００１０】
好適には、各点Ｐが重み付け係数ＣＰｉを割り振られた前記タイルのノードの重心であるように、前記ノードに割り振られた重みに対応する前記係数を各点Ｐに割り振ることによって重み付けは行われる。有利なことに、グリッドを形成する線は直線である。
【００１１】
タイルを形成する多角形は好適には四辺を持つ多角形である。
【００１２】
代替的な実施形態において、タイルを形成する多角形は三辺を持つ多角形である。
【００１３】
特定の実施形態において、外側境界の外側に位置決めされたノードのうちの少なくとも１つは、第１の表面によって生じさせられず、従って、この点に対するｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差は、前記ノードを接続するセグメントの長さに従って重み付けされた、前記第１の表面によって生じさせられた隣接ノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差の間の補間によって計算される。
【００１４】
本発明の実施形態に関する以下の詳細な説明的な記載は、例示及び非限定的な例として与えられ、添付の概略図を参照して、本発明のより良い理解を提供し、本発明の、他の用途、詳細、特性、及び利点をより良く例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ブランク鋳造としての、高圧タービンエンジン翼の正面図である。
【図２】図２は、本発明に従った方法を使用した仕上げ後の、図１からの翼の正面図である。
【図３】図３は、本発明に従った方法を使用して機械加工されるエリアの概略的斜視図である。
【図４】図４は、図３に示されたエリアとその周囲エリアとの概略図である。
【図５】図５は、本発明に従った方法を使用して機械加工されたタービン翼の腹面の斜視図である。
【図６】図６は、図３に示されたエリアから取られた部分の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は腹面側から見た、「ロストワックス」鋳造作業の終了時における高圧タービンロータ翼１を示す。高圧タービンロータ翼１は根元２と羽根３とを備え、根元２と羽根３とはプラットフォーム４によって互いから分離される。薄い部分の強度を確実にするために、厚くさせられたエリアが、後縁の出口穴と、羽根３とプラットフォーム４との間の接続部とにおいて鋳造の間に残される。除去される保持ストリップ５もまた鋳造作業を容易にするために後縁に対して平行に位置決めされる。
【００１７】
図２は、保持ストリップ５を除去することと、後縁６を薄くすることとからなる最終的な機械加工後の同じタービン翼を示す。翼の腹面において、機械加工エリア８を見ることが出来、機械加工エリア８は、腹面を薄くすることによって、後縁の通気出口７を見せる。空力学的な品質のために、この機械加工エリアの縁において、機械加工された表面と、羽根の腹面の鋳造された粗い表面との間で接線的な連続性を有することが好ましい。最後に、機械加工作業が、羽根３とプラットフォーム４との間、特に、後縁の近くにおける接続を仕上げ、翼の前縁が平坦化される。
【００１８】
図３において、同じ鋳造又は鍛造された構成要素の製造における２つのステップに対応する、２つの外側表面と機械加工エリアとを見ることが出来、同じ鋳造又は鍛造された構成要素の一部は、除去される厚くさせられたエリアを有する。第１の表面１０は鋳造又は鍛造に続く構成要素に対応し、第２の表面１１は作り出される構成要素のデジタルモデルによって設計された様な理論的な画定に対応する。表面１０は、機械加工エリア８の縁において接線的な不連続性を作ることなく、表面１１に出来る限り近いことが好ましい。機械加工される厚くさせられたエリア８の外側境界１２と、Ｎ１からＮ３０の参照番号を与えられたノードによって表される直線状又は曲線状のセグメントを有するグリッド１３とが、第２の表面１１上に画定される。
【００１９】
グリッド１３のタイルのうちの１つに位置決めされた点Ｐにおいて第２の表面１１に置かれているフライス刃具２０が示される。第１の表面１０が第２の表面１１に近づくまで、境界１２の内側で、羽根の腹面を薄くするようにエリア８を機械加工するように意図されたこのツールは、最適な切削条件を取得するように機械加工される表面に対して傾斜させられる。
【００２０】
図４は、同じ第２の表面１１と機械加工エリア８とを示し、第２の表面１１の上に描かれたグリッド１３のノードの分布を有する。これは、機械加工エリア８の四辺上の特定の点が物理的に第２の表面１１になかった場合であっても、グリッド１３は機械加工エリア８を完全に囲むように描かれる。こうして、エリア８に亘って位置決めされたグリッド１３の全ての点が、機械加工エリアの外側にある、グリッドの２つの他の点の間に位置決めされる。
【００２１】
図５は、デジタル制御工作機械上に位置決めされた高圧タービン翼１の腹面上へのグリッドの適用を示し、デジタル制御工作機械の刃具２０は、高圧タービン翼１の後縁と接触して示される。タイルのうちの１列だけが表示され、タイルの交点、すなわちノードが機械加工エリア８を囲む。示された場合において、Ｎ８からＮ１１の参照番号を与えられたノードだけが、翼の腹面の表面に位置決めされた点に対応するが、外側縁の点Ｎ１からＮ６と、グリッド１３の横方向縁の点Ｎ７及びＮ１２は、羽根３と関連付けられる完全に物理的に支持されていないエリアに位置決めされることを見ることが出来る。
【００２２】
図６は、グリッド１３のタイルに位置決めされた、表面１１の点Ｐを示し、グリッド１３のタイルは、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ７、及びＮ８によって識別される。このタイルにおける点Ｐの位置は、点Ｐが４つの交点の重心であるようにタイルの交点のそれぞれに割り振られる重みによって画定され、４つの交点のそれぞれは、対応する重みを割り振られる。このようにして、第２の表面１１上での点Ｐの位置を明白に決定する一組の４つの値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ７、及びＣ８）を取得し、点Ｐが位置決めされたタイルが分かる。
【００２３】
本発明者らはここで、本発明に従った機械加工方法を記載する。その機械加工方法は、第１の表面１０から開始して、本発明者らが、第３の表面を取得することを可能にし、第３の表面は、可能な限り第２の表面１１に近く、機械加工によって接触されない翼の一部と接線的な連続性を実現する。
【００２４】
作り出される翼の輪郭、すなわち第２の表面１１の輪郭は、例えばＣＡＴＩＡプログラムに含まれる理論的なデジタルモデルによって画定されるが、鋳造又は鍛造を残す実際の構成要素は、考えられる脆弱性又は局所的な作業の困難さを考慮して、第１の表面１０に従って、様々な地点において厚くされた輪郭を有する。第２の表面１１と関連付けられる理論的な輪郭は、第２の表面１１の点の位置と、これらの点における、第２の表面１１に対して垂直なベクトルの配向とによって理論的ＣＡＴＩＡデジタルファイルで表示される。
【００２５】
本発明に従ったプロセスにおける第１のステップは、全機械加工エリア８を囲む、第２の表面１１上のグリッド１３を画定することであり、すなわち、前記グリッドの周囲ノードが全て機械加工エリア８の外側境界１２の外側にあることである。このグリッドは、ノードＮ１からＮ３０によって表されるタイルのメッシュであり、メッシュの座標は工作機械と関連付けられる直交座標系においてＣＡＴＩＡファイルに統合される。同様に、ＣＡＴＩＡファイルは、仕上げ作業を行う機械の刃具２０の刃先の位置や刃具２０の軸の配向に対応するデータを含む。
【００２６】
第２のステップは、機械加工エリア８の外側の点が理想的に配置される場合、すなわち、第１の表面１０上に配置される場合に、第１の表面１０と構成要素との間の接触点が第２の表面１１を描くように、第１の表面１０の機械加工の間に、刃具２０によって追われる経路をモデリングすることからなる。この経路は、最初に、機械加工エリア８の内側を循環することによりグリッド１３のタイルのそれぞれを通過する点Ｐの配置の連続によって画定され、次に、これらの点Ｐのそれぞれにおけるツールの軸の必要とされる配向によって画定される。この目的のために、各点Ｐが重み付け係数ＣＰｉ（ｉは問題となっているノードの参照番号である）として知られる４つの係数によって位置決めされるタイルの４つのノードに対して各点Ｐは画定される。各重み付け係数は、点Ｐが４つのノードの重心であるように、対応するノードに割り振られる重みに対応する。言い換えると、点Ｐがノードに近づくほど、このノードに割り振られる係数は大きくなり、逆に、最も遠く離れたノードは低い係数が割り振られる。これらの重み付け係数が固有に画定されるように、重み付け係数の合計が１に等しくなるように、重み付け係数は互いに比例して減少させられる。例えば、点Ｐがタイルの中心にある場合には、４つの係数は全て０．２５に等しく、点Ｐが、図６に示されるように、ノードのうちの１つに近い場合には、係数ＣＰ１は０．５に等しいが、他の３つの係数は、ＣＰ２に対しては０．３５であり、ＣＰ７に対しては０．１０であり、ＣＰ８に対しては０．０５である。
【００２７】
工作機械によって走査される点Ｐの重みと刃具の軸の対応する配向とを備えるファイルが次に、デジタル制御工作機械によって理解されることが出来ると共にデジタル制御工作機械のソフトウェアにロードされることが出来るフォーマットに変換される。
【００２８】
次のステップは、翼の実際の表面、すなわち第１の表面１０とＣＡＴＩＡファイルに入力されたデジタルモデルを較正することからなる。この段階は、第３の表面が機械加工エリア８の境界において第１の表面１０と完璧に一致することと、その結果、機械加工エリア８の外側の羽根の部分とこのエリアとの間に突出物がないこととを確実にすることに役立つ。これを達成するために、本発明は、羽根の表面上の各点において通常の方法で構成要素自体の上の機械加工エリア８の境界に位置決めされたノードの位置を探査することによって測定をする。これらの点のそれぞれに関して、この探査は理論的ＣＡＴＩＡファイルにおける関連する点の位置とプローブによって測定された実際の点との間でデルタとして知られる差分値を作り出す。表面に対して垂直な方向に沿って、刃具２０の刃先の制御された位置に対してこのデルタに等しい補正を加えることが、機械加工エリア８の外側の全てのノードに対して、刃具の刃先が、羽根の表面を機械加工することなく、又は羽根の表面から離れることなく、羽根の表面と同一平面になることを保証することに役立つ。
【００２９】
図３に関する例を与えるために、デルタが、ノードＮ１からノードＮ６、エリア８の右側縁に位置決めされた、ノードＮ７、ノードＮ１３、ノードＮ１９、及びノードＮ２５、左側縁に位置決めされた、ノードＮ６、ノードＮ１２、ノードＮ１８、ノードＮ２４、及びノードＮ３０、並びに下側縁に位置決めされた、ノードＮ２５からノードＮ３０に関して測定された。
【００３０】
次に、本発明は、機械加工エリア８の外側のノードで測定されたデルタに基づいて、全てのノードＮｉに関して、ｄｅｌｔａ（Ｎｉ）として知られるデルタを画定することを薦める。それから、機械加工エリアの内側に位置決めされたノードのデルタが、デルタが既に測定又は計算された隣接するノードのデルタ間で補間することによって画定される。
【００３１】
例えば、図３を参照すると、ノードＮ８のデルタは、このノードＮ８をノードＮ１、ノードＮ２、及びノードＮ７に接続するセグメントの関連する長さを考慮して、これら３つの他のノードのデルタ間で補間することによって画定される。次に、ノードＮ９のデルタが、ノードＮ２及びノードＮ３のデルタの測定された値と、ノードＮ８のデルタの計算された値とから計算される。４つのノードのうちの３つが、既に分かったデルタを有する全てのタイルに対してこの作業を繰り返すことによって、全てのノードに対するデルタを徐々に決定することが出来る。
【００３２】
羽根の理論的な輪郭を機械加工したかった特定の場合においては、次に、機械加工エリア８の内側の点のデルタにゼロの値を与えることで充分である。
【００３３】
本発明に従った次のステップは、仕上げの間に、構成要素と刃具２０との間の全ての接触点Ｐ’に対して位置決めデルタを画定することからなる。このために、このデルタの計算は、点Ｐに対して先に計算された重み付け係数と、点Ｐが位置決めされたタイルのノードのｄｅｌｔａ（Ｎｉ）差とを考慮する。点Ｐにおけるデルタ、すなわち、第２の表面１１の点Ｐに加えられる補正は、ノードと関連付けられる重み付け係数によってノードの各デルタを乗算することによって取得される値の合計に等しいと画定される。
【００３４】
４つのノードＮ１、Ｎ２、Ｎ７、及びＮ８によって形成されるタイルに位置決めされた点Ｐの例において、ｄｅｌｔａ（Ｐ）の値はＣＰ１×ｄｅｌｔａ（Ｎ１）＋ＣＰ２×ｄｅｌｔａ（Ｎ２）＋ＣＰ７×ｄｅｌｔａ（Ｎ７）＋ＣＰ８×ｄｅｌｔａ（Ｎ８）に等しい。
【００３５】
このｄｅｌｔａ（Ｐ）、すなわち、点Ｐにおいて第２の表面１１に対する垂線に沿って延伸する差が次に、仕上げ作業の間に、刃具の刃先の位置決めを制御するプログラムに与えられた直交座標に加えられる補正の３つの成分を決定するために工作機械の基準軸に亘って投影される。
【００３６】
こうして、機械加工は、刃先の位置が、関連するタイルのノードのデルタからの値と前記刃具の刃先が位置決めされた点の重み付け係数とによって常に補正されるデジタル制御工作機械によって行われる。
【００３７】
機械加工エリア８に近いノード上の刃具の刃先の位置の再調節とこれらのノードからの補間とにより、このように取得された第３の表面が腹面の機械加工されていない表面に接線状となることと、機械加工エリア８とこのエリアの周りの羽根１の表面との間に突出物がないこととが確実にされる。
【００３８】
本発明に従ったプロセスが、機械加工エリア８の外側の全てのノード、すなわち、プローブを使用してデルタを測定することが可能であるノードが第１の表面１０によって物理的に生じさせられる場合において、図４によって例示されるように上で記載された。
【００３９】
図５を参照すると、グリッド１３は、機械加工エリア８の外側にあるが翼１の腹面表面によって生じさせられないノードを備えてもよいことが分かる。本発明は、ここでもやはり補間が行われたノードに関連するノードを接続するセグメントの長さを考慮して、これらのノードが第１の表面１０によって生じさせられた隣接するノードのデルタ間での線形補間によって取得されたデルタを割り振られることを薦める。
【００４０】
図５に示されたグリッドの例において、ノードＮ８からノードＮ１１だけがプローブによって測定されることが出来る。ノード７とノード１２とに割り振られるデルタ値は、それぞれノード８とノード１１とのデルタ値であり、ノード１からノード６のデルタ値は、それぞれノード７からノード１２のデルタ値と等しくなるように取られる。
【００４１】
本発明は四辺のタイルによって形成されたグリッドを使用して記載されてきたが、本発明はまた三角形又はその他任意の閉じた多角形によって形成されたグリッドで実施されることが出来る。さらに、本発明は、タービンエンジン翼に対する用途によって記載されてきたが、プロセスはその他任意の構成要素に適用されてもよく、本発明の範囲内であり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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