三軸數控銑機床用于汽輪機葉片汽道部分的加工

(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 葉片分廠，哈爾濱 150086)

0 引 言

葉片是汽輪機中最重要的部件之一。它擔負著把蒸汽的熱能轉化為機械能的重要任務。葉片的型面的質量直接影響葉片的工作效果，進而直接影響整機的工作性能，葉片的設計合理與否及其制造質量高低對汽輪機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計方面較先進的葉片，一直是葉片加工中的難點，其加工方法，在大型汽輪機廠均采用五聯動數控機床加工，省時、省力、加工精度高。但是，機床價格昂貴，一般中小型企業只能是望塵莫及。根據中小型企業的設備能力及三維葉片汽道型線的特點，文中重點討論三維汽道型線部分在三軸數控銑床上的加工[3-4]。

1 加工難點分析及加工方法

以動葉片為例：如葉片產品圖(如圖1所示)

在齒型葉根、徑向面完工之后加工汽道內背弧型線。

圖1 葉片產品圖

1.1 銑內弧面

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

(1)利用UG應用軟件進行二次開發，刀軸指定相應矢量(與工件相對應)，機床立銑頭對應旋轉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生干涉，完成數控內弧型線加工。

(2)將工件旋轉一個適當的角度(需做相應工裝)，使靠近葉根部分第一檔型線的進汽邊及靠近葉冠部分最后一檔型線的出汽邊同時完成數控加工。

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

1.2 銑背弧面

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

圖2 內、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。共檢查了六個截面。

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

用此方法加工的三維動葉片型線，完全滿足了產品圖和型線圖的要求，同時也大大提高了經濟效益。

3 結 論

本汽道內、背弧型線的加工是在企業設備條件有限的情況下完成的，通過對葉片汽道內、背弧加工方法的研究，較好的解決了該零件批量生產的質量和效率問題，在生產中取得了很好的效果，本文提出的利用UG應用軟件進行二次開發將機床立銑頭旋轉角度斜銑加工及將工件適當旋轉一個角度立銑加工的方法，不僅適合動葉片的加工，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，可提高經濟效益近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驗證[J].森林工程，2013，29(2)：78-81+89.

[2] 黃宜松.UG NX 5 數控加工入門與實例進階[M].北京：清華大學出版社.

[3] UG NX 4 基本功能與典型實例[M].北京：人民郵電出版社.

[4] 王衛兵.UG NX 數控編程實用教程[M]. 北京：清華大學出版社.

[5] 數控編程100例[M].北京：機械工業出版社.