汽輪機轉子菌型輪槽的數控加工

車延超

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

汽輪機轉子菌型輪槽的數控加工

車延超

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

針對槽型、對稱度及承力面的表面質量要求，提出了相應的菌型輪槽數控加工的工藝方案。

菌型輪槽；輪槽承力面；輪槽鉤槽

0 引言

菌型輪槽的特點是輪槽型線復雜，需要用多種不同形式的刀具加工完成，加工過程中存在多次接刀，每個輪槽在加工過程中必須采用統一的精確對刀位置，只有這樣才能控制好接刀，保證輪槽型線光滑連接。另外承力面加工精度要求非常嚴格，并且要求對稱性較高，這就要求加工刀具耐磨性要非常好，并且機床精度要求非常高。

1 菌型輪槽加工過程

圖1 菌型輪槽

如圖1所示，以一種型線為例，加工過程為以下步驟：

1）去除菌型輪槽軸向余量。車準各端面。在加工前應該確認葉輪總寬度L的誤差，從而確定中心線位置偏差。首先加工一側端面，測量尺寸應該考慮中心線位置偏差對對稱度和尺寸公差的影響。在加工另一側應該考慮中心線位置偏差對對稱度和尺寸公差的影響。當L的誤差為dL時，O的誤差為dL/2，在加工A、B、C尺寸時，測量結果應該與O的誤差進行疊加換算來確定D、E、F的1/2誤差，在加工D、E、F尺寸時，應該按照前面換算出的D、E、F的1/2誤差的2倍進行加工，這樣才能保證對稱度。因此在進行葉輪總寬度加工時應該盡量使誤差為0，在轉子葉輪輪槽設計時對此已經加以考慮了，輪槽附近端面臺階就是為了精確加工輪槽總寬度而設計的。總寬度誤差為0使得后續加工時對稱度更加容易控制。此工步完成后軸向各端面加工到位，徑向各尺寸包括斜面單面留余量，后續加工的刀具軸向均以加工后端面精確對刀，徑向以葉輪外圓對刀，這樣在進行精加時就不會產生接刀痕跡。加工刀具選擇適合端面加工的80°菱形可轉位硬質合金刀片車刀進行。尺寸測量采用公法線千分尺進行測量。測量數據應及時填寫到專項質量記錄卡中。在后續加工對刀時要根據記錄數據來調整輪槽對稱度。上述加工如圖2～圖7所示。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

2）粗切葉輪輪槽橫槽。采用標準硬質合金橫槽切槽刀對菌型輪槽橫槽進行粗加工，保留精加工余量，為了減少誤差，加工前分別以葉輪外圓、端面對刀。首先在橫槽中間切入，退出后分別從橫槽上側面和下側面各切入一刀。要根據橫槽尺寸合理選擇刀具寬度。由于切槽刀有兩個刀尖，因此在制定加工軌跡時要考慮另一側刀尖對工件的影響。

3）粗車輪槽溝槽。由于輪槽結構的特殊性，以及刀具可切削量的限制，加工刀具選擇標準圓頭硬質合金刀片固定在專門設計的非標刀體上，以兩種不同傾斜角度的專用刀具去除溝槽內余量。型線處留精加工余量。為了保證加工安全，在安排加工軌跡時避免刀具與工件發生干涉碰撞。

4）粗車輪槽橫槽圓角，留精加工余量，車準輪槽橫槽斜面及頸部。在進行頸部加工時應該保證左右兩側的值一致，可以用杠桿千分表進行相對測量，由機床坐標確認數值。由于輪槽有中心對稱要求，因此在加工頸部尺寸時要考慮中心線的偏差；各軸向尺寸誤差以及各頸部的公差要求以及橫槽深度本身的公差要求。因此在此加工前完成的各尺寸的誤差對后續加工都有直接影響。所以在加工各軸向尺寸時應盡量使誤差為0，則在后續加工時所有刀具都可以以兩端面和葉輪外圓對刀來確認刀具補償進行加工，從而減少誤差積累對輪槽加工精度的影響。根據輪槽結構，設計非標準專用刀體和非標準硬質合金刀片，通過數控加工程序控制完成加工。

5）車準輪槽承力面。為了保證加工尺寸準確，將精加工余量分若干刀加工，一側承力面從上到下連續加工完成，每加工一次用專用量具測量一次最上面承力面到輪槽頂部的距離，通過修正刀具補償，確保該尺寸誤差在0.01 mm以內。一側加工完成后做好記錄，便于在加工另一側承力面時與其對比。在進行承力面加工時要嚴格控制左右兩側尺寸的一致性，它直接影響動葉片輻射線的軸向偏擺，此工步用專用量具進行相對測量，通過修正刀具補償保證左右兩側尺寸的差值在規定范圍以內，承力面之間的誤差由機床精度保證，用專用樣板進行檢測。加工刀具與上一步相同。

6）車準輪槽溝槽接刀。由于承力面和頸部以及斜面已經加工完成，所以接下來的工作就是加工準底部溝槽。為了確保型線光滑，因此首先用第3）步的專用刀具，按照第3）步加工方法和加工順序將溝槽側面加工準，使菌型輪槽溝槽部分與頸部光滑連接，為了減少誤差所有刀具都在本級葉輪外圓端面。

7）車準輪槽溝槽及臺階。輪槽加工到此時只有兩側凸臺和溝槽沒有加工到位，此部分加工完全可以左右各用一把專用彎鉤形刀具完成。通過試驗確認，必須對被加工溝槽內的余量以每刀0.20 mm的加工量分層逐漸加工去除，待余量去除均勻后再加工整個未加工完部分。由于菌型輪槽在葉片裝配時底部兩側凸臺與葉片葉根緊密貼合，加工精度直接影響裝配葉片的對稱度和輻射線軸向偏擺，因此在加工過程中必須確保兩側凸臺寬度、高度一致。由于菌型輪槽底部溝槽結構特殊，必須設計專用非標準硬質合金刀片和刀體來完成加工。因此在加工過程中凸臺高度尺寸通過用深度千分尺測量凸臺到輪槽頂部尺寸確定誤差，凸臺寬度用杠桿千分表測量確定誤差，通過調整刀具補償來消除誤差，確保兩側凸臺寬度、高度一致。由于輪槽對稱要求在0.01 mm以內，所以左右兩側凸臺尺寸測量差應該保證在0.01 mm以內。只有這樣才能保證葉片裝配后軸向偏差符合設計要求。

8）車準輪槽頂部圓角。最后用圓頭車刀將輪槽頂部圓角加工完，完成整個輪槽加工。

2 結語

上述加工方法已經在實際加工中得到了印證，效果非常好，并被廣泛推廣到國產化轉子設計加工中。

（編輯：立 明）

TK 26

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1002－2333（2014）04－0218－02

車延超（1978—），男，工程師，從事汽輪機加工技術研究工作。

2013-12-03