在汽輪機上數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用

朱昆林 趙春巖 劉強

摘 要：葉片是汽輪機最為重要的組成部分，在整個能量轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。將數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的汽輪機葉片加工領(lǐng)域之中，不僅能夠有效提高汽輪機葉片的加工水平，還能夠進(jìn)一步促進(jìn)汽輪機工業(yè)生產(chǎn)效率，推動我國工業(yè)生產(chǎn)實力的穩(wěn)步進(jìn)步。因此，做好數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機葉片加工中的應(yīng)用則尤為重要。本文筆者即結(jié)合個人實踐工作經(jīng)驗與相關(guān)參考文獻(xiàn)就數(shù)控技工技術(shù)展開粗淺的探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機 葉片 數(shù)控加工 應(yīng)用

中圖分類號：TK263.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0092-02

正是因為汽輪機葉片在實際的運作過程中能夠?qū)⒄羝苯愚D(zhuǎn)換成機械能，從而為汽輪機提供足夠的動力。因此對于汽輪機而言葉片是其最為重要的組成部分。然而由于汽輪機葉片的實際加工條件相對較為復(fù)雜，且需要長時間的運行。所以，在汽輪機葉片的實際加工過程中不僅需要嚴(yán)格把握汽輪機葉片的加工質(zhì)量，還必須要考慮到企業(yè)本身的經(jīng)濟效益。而將數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用到汽輪機葉片加工中不僅能夠有效緩解這一問題，還有利于提升我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的整體科技水平。所以做好數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機葉片加工中的應(yīng)用尤為重要，也是以下筆者重點闡述的內(nèi)容所在。

1 汽輪機葉片結(jié)構(gòu)特點

對于汽輪機而言葉片是其最為重要的組成部分，這是因為葉片不僅是汽輪機轉(zhuǎn)換能量的重要前提，也決定了汽輪機的實際運行效率，是汽輪機得以安全穩(wěn)定運行的基本前提所在。通常情況下我們可以將葉片分為動葉片、靜葉片這兩種。

其中動葉片主要包括葉身、葉根、型面、拉筋、葉冠以及中間體這幾個部分。在這幾個部分中最為繁瑣的就要屬中間葉身結(jié)構(gòu)，又以扭轉(zhuǎn)性自由曲面最為常見。如若按照葉身型面對其組成部分加以劃分，主要包括以下幾個部分：進(jìn)氣/出氣邊圓角、葉根/葉冠圓角、拉筋、背弧、內(nèi)弧等。而葉身型面又都是由不同的截面型線共同擬合而成的一種曲面，并由多組間距不同的截面型線組合而成空間扭曲面。所以我們也可以將處于葉身部分的橫截面稱為葉型，處于橫截面邊緣稱為型線。而因為型線對葉片的運行作業(yè)有著決定性的影響，所以型面既不屬于彎扭變截面，也不屬于等截面彎扭曲面。

靜葉片則主要是被固定在汽輪機汽缸之中。汽缸中具有很多的靜葉片，且每一個靜葉片都會與動葉片加以組合進(jìn)而形成一級，也就是說當(dāng)熱蒸汽進(jìn)入到汽缸之中并且進(jìn)入到第一個葉片級時，蒸汽會在靜葉片的導(dǎo)入下進(jìn)入到動葉片處，使動葉片在推動力的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。而隨著蒸汽的不斷進(jìn)入，每一級的葉片都會因為上一級的推動而相應(yīng)轉(zhuǎn)動，同時伴隨著蒸汽量與速度的不斷增加，動葉片的旋轉(zhuǎn)速度勢必也會越來越多，最終的結(jié)果就是每一級的動葉片都得到有效的運動，而產(chǎn)生的機械能恰恰為汽輪機的作業(yè)提供了重要的動力。

2 葉片數(shù)控加工工藝

對于現(xiàn)代化加工企業(yè)而言傳統(tǒng)的葉片加工技術(shù)早已無法滿足實際的生產(chǎn)需求，而將數(shù)控加工技術(shù)融入到傳統(tǒng)的技工工藝之中已經(jīng)成為現(xiàn)代化企業(yè)葉片加工的必然發(fā)展需求。尤其是在葉片的實際作業(yè)過程中，產(chǎn)生的氣道會對汽輪機功率產(chǎn)生巨大的影響。因此，在加工葉片的過程中，氣道儼然已經(jīng)成為衡量葉片質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。而我國數(shù)控加工技術(shù)在實際的應(yīng)用上相較于西方發(fā)達(dá)國家的起步相對較晚，雖然經(jīng)過近些年來的發(fā)展對數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)能夠熟練掌握，但是在一些具體的加工工藝上還存在著一定的不足之處。所以，在葉片數(shù)控加工工藝上我國相關(guān)科研人員已經(jīng)投入了大量的人力、物力加以研究創(chuàng)新，以期為推動我國的工業(yè)發(fā)展提供有益的鋪墊。數(shù)控加工技術(shù)在葉片加工中的應(yīng)用，通過智能化加工管理技術(shù)能夠大大提高葉片質(zhì)量，避免葉片型線發(fā)生誤差值，進(jìn)一步提高了汽輪機的整體質(zhì)量。并且在葉片加工中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)還大大節(jié)省了人力資源，提高了工作效率與工作質(zhì)量，提高了加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，數(shù)控加工技術(shù)本身的先進(jìn)科學(xué)性決定了在今后工業(yè)發(fā)展中的重要地位。此外需要注意的是，目前許多加工企業(yè)在葉片材料的選擇上往往會使用1Cr3與2lCrl3這兩種不銹鋼材料，以期進(jìn)一步提高葉片本身的實際使用壽命，增強汽輪機在能量上的轉(zhuǎn)換效率與整體的機械利用效率。但是由于這兩種材料其本身就有較高的強度，極易發(fā)生變形問題。所以，在加工過程中的難度相對加大，仍然是目前研究的重點所在。

3 并聯(lián)機床在汽輪機葉片數(shù)控加工技術(shù)中的應(yīng)用

并聯(lián)機床是一種將科學(xué)與工藝有效結(jié)合在一體的全新加工機床，其主要利用CAD/CAM等軟件將機器人結(jié)構(gòu)與機床完美的融合在一起，這種加工模式不僅成本較低，結(jié)構(gòu)相對較為簡單，且工作效率較高，加工精確地較高，實際的壽命也較長，因此受到了全世界工業(yè)產(chǎn)業(yè)的廣泛青睞。

在汽輪機葉片數(shù)控技術(shù)中應(yīng)用并聯(lián)機床技術(shù)，其數(shù)控程度主要包括以下兩個部分：CAD技術(shù)處理流程、并聯(lián)機床加工流程。其中葉身的型面、葉身、葉根、葉冠等交界面都是并聯(lián)機床在實際加工過程中格外注重的幾個內(nèi)容所在。而基于UG軟件的葉片數(shù)控加工程序則主要包含了以下幾個流程，即對葉片零部件的三維造型；對葉片數(shù)控加工技術(shù)工藝程度、加工刀具進(jìn)行確定；對刀位以及對刀具運動軌道進(jìn)行精確計算；校驗刀具的實際運動軌跡，并且對其進(jìn)行仿真、編輯形成相對應(yīng)的刀位文件；基于后置處理流程對刀位文件加以轉(zhuǎn)換，使其形成NC代碼以便于數(shù)控機床的讀取。

在葉片的數(shù)控加工過程中使用UG軟件時，其數(shù)控加工編制程序都是在UG/CAM形成的刀具軌跡之后，在對NT進(jìn)行仿真和校驗，此時加工過程中的實際數(shù)據(jù)、信息輸出就是刀位源的一種具體文件。對于刀位源文件而言，之中最為重要的就是刀具本身的信息、位置、坐標(biāo)系以及其他的輔助命令信息，這些都需要通過后置處理器加以轉(zhuǎn)換，使其成為數(shù)控機床能夠解讀的一種數(shù)控程序，同時也可以使用并聯(lián)機床本身帶有的后處理程序加以轉(zhuǎn)換處理后，再讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)操作工作。在UG軟件中廣大的用戶可以按照自己的具體要求，選擇適合的加工類型，這些加工類型中都包含了許多種的加工模塊。而運用這些加工模塊能夠迅速地建立加工操作，并且在交互操作過程中，對編輯刀具的路徑在圖形方式下回進(jìn)行交互，從而形成適合于機床的數(shù)控加工流程。

4 結(jié)語

綜上所述本文筆者就數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機葉片加工中的應(yīng)用展開粗淺的探討，也是希望能夠讓更多的人們更加清楚地意識到，傳統(tǒng)的汽輪機葉片加工工藝不僅十分繁瑣，更需要投入大量的財力、物力。而數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機葉片加工中的應(yīng)用不僅能夠最大限度地提高葉片加工質(zhì)量，還能夠有效提高企業(yè)自身的經(jīng)濟效益，提高工業(yè)產(chǎn)業(yè)的整體科技水平。所以，在傳統(tǒng)技術(shù)中融入數(shù)控加工技術(shù)是科技發(fā)展的必然選擇，是時代發(fā)展的必然趨勢。因此，在今后的加工過程中必須要做好數(shù)控加工葉片工藝技術(shù)的研究工作，以便為企業(yè)帶來更大的生產(chǎn)效益。

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