菌形葉根數(shù)控加工程序的開發(fā)及試驗研究

崔喜亮，廖冬梅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

1 引言

菌型葉根采用了葉根包圍輪緣的形式，葉根和輪緣的載荷分配比較合理。但是，此種葉片在裝配時要求兩個臺階工作面與葉輪同時緊密貼合，以保證其受力均勻，即要求兩個臺階工作面位置公差為零，因此給加工帶來極大的困難。借鑒以往加工經(jīng)驗，單純依靠圓盤銑加工葉根圓弧，無法滿足生產(chǎn)需要，因此迫切需要尋找一種新的方法來加工葉根圓弧，解決生產(chǎn)中的瓶頸。

2 圓盤銑加工存在的問題

圖1

聯(lián)合循環(huán)機組為引進美國GE 公司機組，其高中壓缸動葉片為菌形葉根，并為圓弧面，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

此種葉根形式葉片如采用型線銑刀通過普通數(shù)控插補加工葉根圓弧曲面會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，如在圓盤銑床加工存在以下問題：

（1）菌型葉根圓弧R 受限制。由于現(xiàn)有的圓盤銑床，其最大可加工圓弧半徑為600mm 左右，因此其只能加工中小葉片，而對圓弧半徑比較大一點的葉片菌型葉根的加工存在很大的困難。

（2）菌型葉根加工校模對刀過程中，要求通過微調(diào)主軸頭相對工件的位置，保證對刀尺寸，而圓盤銑床需要設計專用可調(diào)夾具實現(xiàn)此種功能。

（3）隨著葉片結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，菌型葉根葉片數(shù)量越來越多，如果這些葉片的葉根加工只能通過圓盤銑床設備實現(xiàn)，加工效率低下問題將直接制約菌型葉根加工的能力。

3 解決方案

通過分析研究及對目前國內(nèi)外此種葉根形式葉片加工情況的了解,考慮在三軸數(shù)控機床增加回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)模擬跟蹤，用型線銑刀數(shù)控插補加工葉根圓弧曲面的方法攻克這一技術(shù)難關。

加工中，葉根圓弧需用成型銑刀一次加工成型，要加工出標準圓弧，不發(fā)生干涉現(xiàn)象，刀軸應始終保持與圓弧中心（即葉根輻射線）重合。

試驗過程中我們首先利用現(xiàn)有P 型葉根輪槽銑刀進行原理性實驗加工，在此過程中，我們經(jīng)歷了多次的失敗過程，通過不斷總結(jié)失敗的原因及逐步深入的理論研究，最后用菌型葉根刀具進行試加工實驗件，要在普通三軸銑床上加工出這種葉根圓弧，需要加一個繞Y軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺，工件裝夾在回轉(zhuǎn)臺上，回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動與工作臺的移動的合成動力軌跡形成刀軌，這種加工方法不受葉片葉根圓弧R 大小的限制。

實際加工過程中，刀具Y軸對刀到某一位置不動，在工件隨工作臺旋轉(zhuǎn)時保證刀尖始終在葉根圓弧上，且刀軸始終通過葉根輻射線，其數(shù)學模型為：

其中，X′、Z′為圓弧上某工作臺平移產(chǎn)生的位移，XB、ZB為隨回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移，X、Z 為這點的絕對位移，選轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心為編程原點，刀具初始在Cp（Xo，Zo）位置，如果要加工Lp點的圓弧，則可看成工件隨回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動和刀具的移動的合成，具體步驟：第一步：工件隨回轉(zhuǎn)臺繞回轉(zhuǎn)中心的順時針旋轉(zhuǎn)B 角度；第二步：刀具移動到Cp'點，在這點上，刀具在工件的輻射線上，Lp′點就為刀具新的坐標點（X，Z），這樣就能加工出所要求的圓弧，由圖中可得：

只要求出弧上各點的X、Z、B 坐標值即為機床刀具運動軌跡。

將上述推導出的公式用VB 語言開發(fā)應用程序，編制數(shù)控加工程序，保證滿足產(chǎn)品圖紙技術(shù)要求。

4 結(jié)語

通過數(shù)控插補加工出的菌形葉根，滿足了產(chǎn)品圖紙的各項要求：（1）試片投影檢查滿足葉根型線圖紙要求。（2）菌形葉根槽用專用測具檢查保證葉根工作面無間隙，側(cè)面齒漏光間隙，滿足葉根型線圖要求。（3）用圓弧量具檢查工作面型線R 及輻射線位置。（4）用通規(guī)檢查保證葉根裝配。

此課題的完成為公司節(jié)約了大量的技術(shù)引進資金，解決了具有菌形葉根的葉片實現(xiàn)我廠自制的技術(shù)難點問題，填補了我公司圓弧型菌型葉根加工的空白，為葉片加工發(fā)展起到了積極的推動作用。

［1］孫桓，陳作模.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［2］陳一鳴，徐玉民.高等數(shù)學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

［3］段銀田，陳勇孝.Visual Basic 程序設計基礎［M］.北京：高等教育出版社，1999.