樅樹(shù)型輪槽加工方法研究

劉揚(yáng)

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

1 樅樹(shù)型葉根輪槽結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)動(dòng)葉片通過(guò)葉根與轉(zhuǎn)子連接，并傳遞載荷，葉根截面有各種形狀，如T 型、三叉型、樅樹(shù)型等。葉根縱向母線有直線型和圓弧型之分，其中樅樹(shù)型葉根因其工作可靠，承載能力大，裝配方便，在汽輪機(jī)中壓和低壓級(jí)長(zhǎng)葉片上得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1為典型動(dòng)葉片的葉根（包括中間體）與部分輪緣的示意圖，AB為母線，葉根有3 個(gè)突緣，圖2 是中間體與葉片聯(lián)接處的剖面圖。坐標(biāo)L為轉(zhuǎn)軸軸線，τ為切向指向旋轉(zhuǎn)反方向，n為法線，ω為旋轉(zhuǎn)速度（50Hz）。母線AB 通常為直線或圓弧。

圖1 樅樹(shù)型葉根輪槽示意圖

圖2 中間體與葉片聯(lián)接處的剖面圖

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大功率汽輪機(jī)組，其葉輪輪槽廣泛采用樅樹(shù)型輪槽，其尺寸大、精度高，加工難度較大，我廠采用數(shù)控銑床進(jìn)行輪槽加工。

2 方案分析

2.1 機(jī)床選擇

為保證加工工藝性，采用數(shù)控銑床加工樅樹(shù)型葉根輪槽，經(jīng)實(shí)際加工測(cè)定試件圓弧半徑誤差在0.01～0.04mm 之內(nèi)，證明數(shù)控銑床符合樅樹(shù)型葉根輪槽的加工精度要求。

2.2 分度選擇

分度裝置使用分度頭，經(jīng)測(cè)試，分度頭裝置的分度精度為±15″，基本上滿足了轉(zhuǎn)子樅樹(shù)型輪槽加工精度。為保證分度精度，輪槽銑床設(shè)置了監(jiān)測(cè)裝置，在加工過(guò)程中復(fù)查轉(zhuǎn)子實(shí)際分度與計(jì)算機(jī)指示的誤差。

3 刀具選擇

由于樅樹(shù)型輪槽刀具切削刃長(zhǎng)、型線復(fù)雜，并且刀齒端部直徑較小，通常采用整體結(jié)構(gòu)以保證銑刀的可靠性。

刀具材質(zhì)選用高鈷高速鋼，并采用先進(jìn)的涂層技術(shù)以提高刀具的切削效率和使用壽命。

圖3 輪槽銑刀切削余量分配圖

為了保證加工的順利進(jìn)行，對(duì)切削余量進(jìn)行合理分配，綜合考慮各方面因素確定采用6 把刀，包括粗銑刀、半粗銑刀、精銑刀及加深銑刀，其切削量見(jiàn)圖3。

4 端銑刀直徑及轉(zhuǎn)子加工余量計(jì)算

4.1 母線為直線的樅樹(shù)型輪槽計(jì)算

銑削工序完成后輪緣的外輪廓為多邊形棱柱的狀態(tài)，如圖4 所示，理論上精車(chē)后的圓柱輪廓需將多邊形棱柱包圍，以保證銑削工序有足夠的加工余量。

名義直徑d0內(nèi)切于銑削輪廓線。圖中dn為銑削輪廓的包絡(luò)圓柱面直徑，精車(chē)直徑d＞dn，并使加工部分Ⅰ和Ⅱ盡量小。從圖中的幾何關(guān)系可以計(jì)算出包絡(luò)線直徑dn。

銑刀直徑dx大于多邊形邊長(zhǎng)t

α＝180°/n；t＝d0×tanα；dn＝d0/cosα；d＞dn；

加工余量δ＝（d-d0）/2；

圖4 母線為直線的樅樹(shù)型輪槽

4.2 母線為斜線的樅樹(shù)型輪槽計(jì)算

與直線型不同，斜線型葉根輪槽外輪廓，中間截面為正多邊形，而兩側(cè)端面銑削后外輪廓?jiǎng)t呈鋸齒狀。

錯(cuò)牙的偏移距離b 與截面位置有關(guān)，端面達(dá)到最大值bmax，在中間截面處b＝t/2。各截面邊數(shù)n 與葉根數(shù)目相同，斜線型葉根輪槽端銑刀沿銑槽中心線銑削，銑槽中心線沿θ 角斜向布置，銑削后的平臺(tái)兩側(cè)邊界與銑刀弧段相切，與銑槽中心線平行。圖示的理論狀態(tài)中dx＝tcosθ，與直線型不同，理論上dx取略大于tcosθ 即可，而不宜過(guò)大，否則將破壞錯(cuò)牙導(dǎo)致無(wú)法正確銑出斜向平臺(tái)，當(dāng)dx取得過(guò)大之后，側(cè)面的輪廓就將趨向正多變形的狀態(tài)，中間體將無(wú)法與斜線型葉根緊密接觸。

葉根的名義直徑d0仍然內(nèi)切于銑削輪廓線。圖中dn為銑削輪廓的包絡(luò)圓柱面直徑，對(duì)于斜線型輪緣來(lái)說(shuō)，包絡(luò)線是銑削后形成的最大錯(cuò)牙多邊形的外接圓。

精車(chē)直徑d＞dn，在滿足加工誤差的情況下使圖中加工部分Ⅰ和Ⅱ盡量小。

從圖5 中的幾何關(guān)系可以計(jì)算出截面包絡(luò)線直徑dn的數(shù)值，公式如下：β＝arctan［2×b/d0］；dn＝d0/cosβ；

dn隨著b值的增加而增大，需要找出最大 的b 值bmax。根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算如下：

4.3 樅樹(shù)型葉根輪槽計(jì)算實(shí)例

圖5 母線為斜線的樅樹(shù)型輪槽

以哈汽生產(chǎn)的華能上安改造機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子為例，計(jì)算典型的樅樹(shù)型輪槽幾何參數(shù)。

該機(jī)組低壓正反向共12 級(jí)，其中6 級(jí)正向，6 級(jí)反向，正反向?qū)ΨQ(chēng)，葉根均為樅樹(shù)型葉根，其中前3 級(jí)均為直線型，第4 級(jí)和第6 級(jí)為斜線型，第5 級(jí)為圓弧型。

葉根輪緣各參數(shù)見(jiàn)表1、表2，其中δmin為理論半徑加工余量，δmin＝（dn-d0）/2；δ為精車(chē)后的半徑加工余量，δ＝（dd0）/2。

表1 前3 級(jí)葉根輪緣各參數(shù)

表2 低壓第4 級(jí)葉根輪緣各參數(shù)

5 結(jié)論

數(shù)控輪槽銑床符合樅樹(shù)型葉根輪槽的加工精度要求，在加工過(guò)程中通過(guò)合理的刀具選擇及切削量分配，精確的加工余量計(jì)算，有效地降低了加工成本，保證了加工質(zhì)量，延長(zhǎng)了刀具使用壽命。