三軸數(shù)控銑機(jī)床用于汽輪機(jī)葉片汽道部分的加工

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司 葉片分廠，哈爾濱 150086)

0 引 言

葉片是汽輪機(jī)中最重要的部件之一。它擔(dān)負(fù)著把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要任務(wù)。葉片的型面的質(zhì)量直接影響葉片的工作效果，進(jìn)而直接影響整機(jī)的工作性能，葉片的設(shè)計(jì)合理與否及其制造質(zhì)量高低對汽輪機(jī)的效率及壽命有著直接的影響[1-2]。三維葉片是近年來在葉片汽道型線設(shè)計(jì)方面較先進(jìn)的葉片，一直是葉片加工中的難點(diǎn)，其加工方法，在大型汽輪機(jī)廠均采用五聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工，省時(shí)、省力、加工精度高。但是，機(jī)床價(jià)格昂貴，一般中小型企業(yè)只能是望塵莫及。根據(jù)中小型企業(yè)的設(shè)備能力及三維葉片汽道型線的特點(diǎn)，文中重點(diǎn)討論三維汽道型線部分在三軸數(shù)控銑床上的加工[3-4]。

1 加工難點(diǎn)分析及加工方法

以動(dòng)葉片為例：如葉片產(chǎn)品圖(如圖1所示)

在齒型葉根、徑向面完工之后加工汽道內(nèi)背弧型線。

圖1 葉片產(chǎn)品圖

1.1 銑內(nèi)弧面

根據(jù)中、小型企業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀，采用三軸數(shù)控銑機(jī)床加工內(nèi)弧型線。由于汽道部分是由6個(gè)截面數(shù)據(jù)確定，各葉片截面間扭曲比較大，對數(shù)控加工精度提出了很高的要求，而且內(nèi)弧曲率半徑小，直徑Φ32 mm銑刀是現(xiàn)階段三軸數(shù)控銑床常用直徑的銑刀，用直徑Φ32 mm、底角半徑R5的立銑刀進(jìn)行粗精銑加工，部分內(nèi)弧深度加工不到位，弧底面形成平面。針對這一情況，在銑汽道內(nèi)、背弧型線時(shí)，以葉根背徑向、葉冠背徑向及葉根出汽側(cè)、葉冠出汽側(cè)為定位基準(zhǔn)，可采取以下兩種方法加工：

(1)利用UG應(yīng)用軟件進(jìn)行二次開發(fā)，刀軸指定相應(yīng)矢量(與工件相對應(yīng))，機(jī)床立銑頭對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度同刀軸指定矢量，使工件靠近葉根部分第一檔型線的進(jìn)汽邊及靠近葉冠部分最后一檔型線的出汽邊與刀軸均不產(chǎn)生干涉，完成數(shù)控內(nèi)弧型線加工。

(2)將工件旋轉(zhuǎn)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?需做相應(yīng)工裝)，使靠近葉根部分第一檔型線的進(jìn)汽邊及靠近葉冠部分最后一檔型線的出汽邊同時(shí)完成數(shù)控加工。

這樣使工件加工精度大大提高，同時(shí)也降低了成本。否則，需要二次裝夾、二次加工才能完成汽道內(nèi)弧型線的加工，精度降低，成本提高。

1.2 銑背弧面

以葉根內(nèi)徑向、葉冠內(nèi)徑向和進(jìn)汽側(cè)為定位基準(zhǔn)，利用三軸數(shù)控銑機(jī)床對背弧型線采用斜向上角度分半進(jìn)行粗精銑加工來完成(立、臥銑)。

圖2 內(nèi)、背弧型線樣板

2 測量方法

銑削之后，粗磨成型。

測量是采用綜合量具和型線樣板(如圖2所示)、徑向彎曲樣板(如圖3所示)。

圖3 徑向彎曲樣板

型線樣板檢測工件型面精度——內(nèi)弧型線與型線樣板的漏光間隙：距出汽邊三分之一弧段小于或等于0.1 mm，其余部分小于或等于0.2 mm。背弧型線與型線樣板的漏光間隙：距出汽邊三分之一弧段小于或等于0.05 mm，其余部分小于或等于0.2 mm。共檢查了六個(gè)截面。

徑向彎曲樣板檢測型線軸向徑向彎曲規(guī)律-- 在軸向距進(jìn)汽邊5 mm、中間、出汽邊5 mm處的內(nèi)背弧上各設(shè)檢查截面(徑向)：徑向樣板與葉片的漏光間隙：內(nèi)弧處小于或等于0.2、0.25、0.1 mm;；在背弧處小于或等于0.2、0.25、0.1 mm(進(jìn)汽邊、中間、出汽邊)。

用此方法加工的三維動(dòng)葉片型線，完全滿足了產(chǎn)品圖和型線圖的要求，同時(shí)也大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

本汽道內(nèi)、背弧型線的加工是在企業(yè)設(shè)備條件有限的情況下完成的，通過對葉片汽道內(nèi)、背弧加工方法的研究，較好的解決了該零件批量生產(chǎn)的質(zhì)量和效率問題，在生產(chǎn)中取得了很好的效果，本文提出的利用UG應(yīng)用軟件進(jìn)行二次開發(fā)將機(jī)床立銑頭旋轉(zhuǎn)角度斜銑加工及將工件適當(dāng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度立銑加工的方法，不僅適合動(dòng)葉片的加工，也適合靜葉片類似汽道型線的加工，使工件精度、效率大大提高，而且降低了成本，可提高經(jīng)濟(jì)效益近2倍。

[1] 姜雪松.U鉆替換麻花鉆頭對鉆削加工性能的影響分析與試驗(yàn)驗(yàn)證[J].森林工程，2013，29(2)：78-81+89.

[2] 黃宜松.UG NX 5 數(shù)控加工入門與實(shí)例進(jìn)階[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[3] UG NX 4 基本功能與典型實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社.

[4] 王衛(wèi)兵.UG NX 數(shù)控編程實(shí)用教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社.

[5] 數(shù)控編程100例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.