[发明专利]工具补偿方法及装置

说明书

技术领域

本文所公开的主题的实施例主要涉及方法和系统，且更具体地涉及用于补偿用来制造工件的工具的路径的机构和技术。

背景技术

现代的离心式压缩机包括沿支承转子轴向地安装的多级叶轮。离心式压缩机级(叶轮)可包括多个叶片。各级或排中的叶片彼此相同，且通常级与级之间在尺寸和形状上有所差异。图1示出了压缩机的二维(2D)叶轮10，该叶轮具有叶片12。图2示出了具有由盖13所覆盖的叶片12的另一二维叶轮10。图3和图4示出了具有叶片16的三维(3D)叶轮14。图4中的叶轮具有覆盖叶片的罩盖18。叶片的形状决定叶轮是否为2D或是3D的。

在此方面，注意的是对于图1和图2中所示的2D叶轮，形成叶片的加工工具仅需要相对于叶片向上和向下(沿Z方向)移动且还在垂直于Z方向的平面(XY平面)上移动以便能够形成叶片。这类运动称为3轴加工。

然而，对于图3和图4中所示的3D叶轮的更为复杂的设计，加工工具需要沿更多方向移动，如将在下文中描述。这在罩盖18未附接到叶轮14上而是作为其组成部分时是这样的。换言之，叶轮14、叶片16和罩盖18最初为单个大金属件的部分。使用各种技术，单个金属件的部分经缓慢地去除以形成叶片和罩盖。

各种制造工艺可用于制造叶轮和涡轮叶片，但大量的此类叶片要求消耗大量的资源和时间，这会影响最终机器的生产率和成本。一种这样的方法为放电加工(EDM)。EDM为一种制造工艺，藉此使用放电(火花)而获得称为工件的物体的所需形状。通过在由介电液体分开且经受电压的两个电极之间的一系列快速重现的放电，会发生自工件的材料移除。电极的其中之一称为工具电极且有时简单地称作′工具′或′电极′，而另一个则称为工件-电极，通常缩写为′工件′。工具-电极基于三轴运动而通过机器围绕工件移动。

当两个电极之间的距离减小时，电极之间的容积中的电场强度预计会变得大于电介质(至少在某一或某些点)的强度且因此电介质损坏，从而容许一些电流在两个电极之间流动。这种现象与电容器(电容)的击穿相同。这种电流通过的并发效果为从两个电极去除材料。

一旦电流流动停止，则新的液体电介质将传送到电极间的容积中，从而使去除的电极材料固体颗粒(碎屑)能够被带走并恢复电介质的绝缘特性。在电极间的容积中这样添加新的液体电介质通常称为冲洗(flushing)。另外，在电流流动之后，两个电极之间的电势差恢复成击穿之前那样，使得能出现新的液体电介质击穿。

第二种方法为电化学加工(ECM)，其为通过电化学工艺去除金属的方法。ECM通常用于批量生产且用于处理硬质材料或使用常规方法难以加工的材料。对其的使用限于导电材料；然而，这包括所有金属。ECM可在极硬的钢和异金属如钛、哈斯特合金、科伐合金、铬镍铁合金和碳化物中切割出小的复杂轮廓或腔体。

经由电解液材料去除工艺，ECM在电极与工件之间传送高电流，其中，电解液材料去除工艺具有带负电的电极(阴极)、导电流体(电解液)以及导电工件(阳极)。ECM切割工具沿很接近工件的期望路径经受引导但不与工件接触。然而，不同于EDM，不会产生火花。对于ECM，高金属去除速率是可能的，同时没有热应力或机械应力传递至零件，且镜面精加工也是可能的。

该工艺的梗概是使得阴极(工具)前移至阳极(工件)中。加压的电解液在设定温度下喷射到正切割的区域。供给速率为与材料液化速率完全相同的速率。工具与工件之间的区域在0.003英寸至0.030英寸内变化。EDM和ECM传统地用于制造涡轮和压缩机中的叶片。叶片通过从初始工件上移除多余的材料而形成，其中，初始工件为不具有叶片的实心金属件。EDM或ECM电极在用于形成叶片的实心金属件中刻切出所期望的叶片。这些叶片由于它们由超级合金制成而通常为实心的，以抵御涡轮或压缩机内的极端条件。然而，影响EDM和ECM方法中的一者或两者的限制为用于去除多余材料的电极的磨损。如上文所述，尽管电流施加于工具的电极与期望加工的工件之间，但放电不但从工件而且从工具电极上去除材料。因此，随着电极从工件上去除越来越多的材料以产生叶片，电极的长度也变得越短。较短的电极将不能从用于产生叶片的工件上去除期望量的材料。

EDM和ECM方法的这种缺陷由图5显示，其示出了理论区块(pocket)20，也即将从工件上去除的期望体积，以及由上述方法归因于电极磨损或其它因素而去除的实际区块22。为了形成单个叶片，必须围绕叶片去除一些区块。区块为在工具的一次通过中去除的材料体积。