倒梯形葉根中小葉片五軸機床集成加工的方法研究

2013-08-13 06:41:50郭長輝李鐵成

機械工程師 2013年3期

郭長輝，李鐵成

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

1 引言

倒梯形葉根動葉片是汽輪機動葉片中最常見的結構形式。倒梯形葉根葉片多為高壓缸葉片，其工作環境極其惡劣，給設計、制造都提出了更高要求。制造水平的好壞將直接影響產品的性能、效率及運行的安全性。以往此類型葉片傳統的加工方法均采用分工序加工，即運用不同的機床加工不同的部位，通過不同部位的依次加工，完成整只葉片的加工。這種加工形式存在基準的多次轉換，由此產生的公差累計，往往會導致葉片在轉子裝配時出現問題。而分工序加工需要每道工序對應準備相應的專用刀具、夾具、量具，加工成本高。分工序的加工方式也給車間生產管理帶來難度，使組織生產管理變得復雜化，生產效率較低。

近年來隨著法拉利五軸數控機床陸續投入生產使用，現已可采用五軸機床集成加工方法對倒梯形葉根葉片進行加工。用此方法可避免由分工序加工所產生的累計誤差，從而保證單只葉片產品圖紙設計要求及裝配要求。減少人力及工裝的投入成本，也相應地簡化了車間的生產管理，提高了加工效率。

2 倒梯形葉根動葉片集成加工方法具體研究

2.1 分析葉片機構制定合理的加工方案

所研究加工的葉片結構形式為倒梯形葉根，內、背徑向為斜棱形，汽道為變截面，根、冠面為圓錐面。葉片具體結構如圖1所示。

圖1 倒梯形葉根動葉片結構

該葉片裝配要求非常高，葉根兩肩與輪槽兩肩配合，要求葉根與輪槽貼合面的兩肩位置度為0.04mm，葉根與圍帶的徑向角允差不大于0.03。由于葉根的精度要求相對最高，故我們將葉片裝夾端定在葉根端，頂緊端為葉頂端。毛坯形式采用方鋼，分別在葉根與葉頂方向留適當工藝頭，用于加工時裝夾頂緊用。

五軸機床集成加工部位除葉根端面、葉頂端面外其余部位全部加工。葉根、葉冠端面待集成加工后鋸斷、銑削。由此完成整只葉片的加工。

2.2 集成加工流程

倒梯形葉根動葉片大多為中小葉片，毛坯采用方鋼毛坯，整體加工去除量相對較小，故我們將葉片各部位的粗、精加工全部安排在五軸機床上。選用TS85、TS35 專用軟件進行編程。

（1）整體方鋼毛坯粗加工去余量

由于毛坯形式采用的是方鋼毛坯，葉片各部位的余量不均勻，需將葉片大部分的加工余量去除。我們選用三軸輪廓銑模式進行層切加工，選用直徑φ40、刀尖圓角R5 硬質合金鑲片立銑刀，此刀具具有較大的刀尖圓角R，刀具使用壽命長。這種加工模式可最大限度地避免空走刀，切削速度快，加工效率高。粗加工給后續加工留0.6mm的余量，確保后續精加工尺寸。

（2）進、出汽側平面及徑向裝配面的加工

徑向裝配面及進、出汽側平面選用面銑加工方法，運用直徑φ50、刀尖圓角R0.4 硬質合金鑲片立銑刀加工。加工時單面分兩刀加工，第一刀給第二刀留0.05mm余量進行光整，保證裝配面的粗糙度。刀具軌跡如圖2所示。

圖2 加工進、出汽側平面及徑向裝配面刀具軌跡

加工時先加工進、出汽側，之后加工內、背徑向裝配面。

（3）倒梯形葉根梯形槽及端面倒角的加工

梯形槽的加工精度直接關系到葉片與轉子裝配的質量及機組運行的安全性。葉根兩肩位置度、T 型槽寬度及葉根槽中徑在此工步保證。我們在三軸輪廓銑模式下加工葉根圓弧槽，由于圓弧槽槽底圓角有兩種R3、R1.5 尺寸，故運用了直接φ16，R3、φ16，R1.5 兩種硬質合金鑲片立銑刀加工。葉根端面倒角采用立銑頭轉角度、立銑刀側刃加工的方式。刀具軌跡如圖3所示。