柳葉刀加工葉片程序優化

■ 無錫透平葉片有限公司 （江蘇無錫 214174） 莊緒華 張家軍 褚春祥

目前公司柳葉刀（見圖1）主要加工葉根、葉冠轉接部位，刀具消耗量大，并且由于柳葉刀價格較高，每年柳葉刀消耗約占公司總刀具成本的20%。受目前加工成本壓力，用柳葉刀加工葉片的程序進行優化迫在眉睫。

1. 試驗準備

（1）試驗設備及刀具 加工設備為瑞士斯達拉格五軸立式加工中心HX151，設備行程X軸1 200mm ，Y軸390mm ，Z軸300mm ，A軸360°，B軸50°，機床有效行程700mm。

加工刀具有R20、R16及R10柳葉刀（見圖2）；40R6、25R6仿形銑刀（見圖3）； 20R10 球頭刀（見圖4）。

（2）試驗葉片 試驗葉片為鍛件毛坯，帶黑色氧化皮，如圖5所示，葉片長度約640mm，葉片材料為X10CrNiMoV12-2，柳葉刀主要加工部位為葉片葉根及葉冠轉接部位，圖中方框內的部位為柳葉刀加工位置。

2. 原加工程序

圖1 柳葉刀

圖2 柳葉刀

圖3 仿形銑刀

圖4 球頭刀

（1）葉冠轉接粗銑 在葉片氧化皮狀態下直接采用R16 柳葉刀對葉冠轉接部位進行粗銑（見圖6），由于氧化皮硬度高，且銑削過程中柳葉刀同葉片的接觸面加大，導致加工時機床負載加大，加工聲音大，刀具壽命較短，并且加工過程中刀具發生燒刀的風險大。

圖5 葉片毛坯

（2）葉冠轉接半精銑及精銑 在R16 柳葉刀將葉片黑色氧化皮去掉以后，采用R10 柳葉刀進行葉冠轉接的半精銑及精銑，由于此時氧化皮已被R16 柳葉刀去除，因此采用R10 柳葉刀加工時，機床負載較小，但通過圖7發現，R10 柳葉刀的加工刀軌較多，因此加工時間相對較長，根據統計R10 柳葉刀的總加工時間為9.84min，平均加工一片葉片需要0.2粒刀片。

圖6 粗銑葉冠轉接部位

圖7 粗銑到精銑過程

（3）葉根轉接加工 葉根轉接加工，采用R20 柳葉刀直接加工到位，如圖8所示。R20 柳葉刀在葉根轉接煙花皮狀態下，直接進行加工，由于氧化皮硬度較高，加工時機床負載較大，加工時聲音大，刀片壽命短，燒刀的風險大，實際加工過程中也經常發生燒刀現象。加工葉根轉接位置，R20 柳葉刀加工時間為20.54min，平均加工一片葉片需要0.2粒刀片。

3. 優化后的加工程序

圖8 加工葉根

（1）葉冠轉接粗銑一 優化后的程序，采用40R6 仿形銑刀逐層進行銑削（見圖9）葉片葉冠轉接帶黑皮氧化皮的部位。由于葉冠轉接面背弧寬度較內弧寬度大，因此，首先將葉冠轉接背弧面逐層切削使內背弧的寬度基本一致，然后采用40R6 仿形銑刀進行回轉銑。

（2）葉冠轉接粗銑二 通過前一步的葉冠轉接背弧面的粗銑，使葉冠轉接內、背弧面的寬度基本一致，然后使用40R6 仿形銑刀采用回轉銑方式加工氧化皮狀態轉接部位，如圖10所示，相對柳葉刀，40R6 仿形銑刀加工時，其刀片可以選用價格較低或者磨損較輕的舊刀片，成本可以進一步節省。

圖9 40R6 仿形銑刀銑削

（3）葉冠轉接半精銑 葉冠轉接半精銑，首先，采用25R6 仿形銑刀，進一步加工葉冠轉接面并去除轉接位置R角的余量，如圖11a所示；然后，采用R10 柳葉刀進一步去除葉冠轉接R角的余量，如圖11b、圖11c所示，相對原程序，優化后的R10柳葉刀的加工軌跡明顯減少，加工時間縮短。

（4）葉冠轉接精銑 采用25R6 仿形銑刀對葉冠轉接內、背弧面分別逐層進行精加工（見圖12），然后，采用20R10 球頭刀對葉冠轉接R角進行最終的精銑（見圖13），將R角加工到位。使用20R10 球頭刀對葉冠轉接部位進行最終的精加工，減少了R10 柳葉刀的加工時間。并且，20R10 球頭刀為整體硬質合金刀具，可多次修磨，綜合成本相對較低。

（5）葉根轉接粗銑 如圖14所示，優化后的程序，葉根轉接的粗加工，首先，采用40R6仿形銑刀對葉根轉接（帶黑色氧化皮）進行加工，相對柳葉刀，40R6 仿形銑刀加工時，其刀片可以選用價格較低的或者磨損較輕的舊刀片，因此，成本方面可以進一步節省；然后，采用25R6仿形銑刀進一步去除轉接部位及R角的余量。

（6）葉根轉接精銑 葉根轉接部位的精銑采用R20 柳葉刀，從圖15中能夠看出，相對原程序的柳葉刀加工軌跡，優化后的R20 柳葉刀的加工刀軌明顯減少，由于R20柳葉刀未直接加工葉片氧化皮，因此，刀具加工時磨損較輕，刀具壽命相對原程序有所增加，刀具發生燒刀的風險大幅降低。

圖10 40R6 仿形銑刀加工轉接部位

圖11 葉冠轉接半精銑

圖12 25R6 仿形銑刀精加工

圖13 20R10球頭刀精加工

圖14 葉根轉接的粗加工

4. 加工時間及刀具消耗

原程序轉接位置加工時間及刀具消耗見表1，優化程序轉接位置加工時間及刀具消耗見表2。

從表1、表2中能夠發現，優化后的程序總共71步，加工時間為166 min，原程序總共61步，程序時間165min，優化程序時間基本同原程序一致，未明顯增加。

原程序轉接位置加工刀具的成本為99元，其中R20、R16 以及R10 柳葉刀的平均刀具消耗為0.2粒/片。優化程序轉接位置加工刀具的成本為68.5元，其中R16柳葉刀替換不用，R10 柳葉刀消耗降低25%，新增加40R6 仿形銑刀、25R6 仿形銑刀以及20R10 球頭刀三把刀具。

圖15 精銑葉根轉接部位

表1 原程序轉接位置加工時間及刀具成本

表2 優化程序轉接位置加工時間及刀具成本

通過計算，優化程序轉接位置加工刀具成本相對原程序降低30%左右，葉片總的機加工刀具成本降低10%左右，葉片機加工刀具成本降低較為明顯。

5. 結語

本文針對葉片加工過程中，柳葉刀消耗較高、加工成本高的問題，開展了柳葉刀加工程序優化試驗，主要結論如下：

1）在優化過程中，通過采用40R6 +25R6 +柳葉刀+球頭銑刀的組合方式代替柳葉刀對葉根、葉冠轉接部位進行加工，在加工時間略微增加的情況下，能夠較好的完成葉根及葉冠轉接位置的加工。

2）優化程序轉接位置的加工，柳葉刀及其他刀具成本相對原程序降低30%左右，葉片總的機加工刀具成本降低10%左右，大大節省了柳葉刀的用量。

3）此種方法已在多種葉片上應用，降低了相關產品的加工刀具成本。