中國石油大學(華東)現(xiàn)代遠程教育論文格式標準范本

1、中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）題 目：xxxxxxxxxxxxxxxxx 學習中心： 學習中心 年級專業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 導師單位： 中國石油大學（華東） 中國石油大學（華東）遠程與繼續(xù)教育學院論文完成時間： 2015 年 12 月 29 日中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）任務書發(fā)給學員 1設計(論文)題目： 2學生完成設計(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3設計(論文)課題要求： 4實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 5文獻查閱要求： 6發(fā) 出 日 期： 年 月 日 7學員完成日期： 年 月 日指導教師簽名： 學 生 簽

2、名： 摘 要燃氣輪機動葉數(shù)控原理與數(shù)控加工技術，分析氣道型面加工定位原理、夾具的結構及夾緊原理、加工運動軌跡。在氣道型面多軸數(shù)控加工質(zhì)量需求。關鍵詞：燃氣輪機，動葉片，數(shù)控加工技術，PRO.E目 錄第1章 前言11.1 課題背景11.2 燃氣輪機葉片相關發(fā)展11.2.1 燃氣輪機葉片組成及其作用21.2.2 燃氣輪機葉片與葉輪的裝配31.2.3 動葉片毛坯制造相關發(fā)展4第2章 動葉片的機械加工工藝過程62.1 動葉片工藝特點62.2 動葉片加工工藝過程62.3 動葉片加工工序內(nèi)容8第3章 動葉片氣道型面五軸數(shù)控加工工序設計193.1 氣道加工方法分類193.1.1 等截面直葉片加工193.1.

3、2 有成型規(guī)律葉片氣道加工193.1.3 自由成型葉片加工203.2 氣道型面加工工序內(nèi)容203.3 氣道型面加工定位原理分析213.4 氣道型面加工夾具的結構及夾緊工作原理223.5 氣道型面加工運動軌跡分析243.6 氣道型面加工編程及加工代碼分析263.6.1 氣道型面加工編程273.6.2 氣道型面數(shù)控代碼及分析30結 論37參考文獻38致 謝39第1章 前言1.1 課題背景面對經(jīng)濟全球化、國際燃氣輪機市場激烈競爭和國外高度壟斷的新形勢，國家對我國民族燃機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常重視，國家發(fā)改委和科技部已經(jīng)將我國燃氣輪機市場發(fā)展的思路和對策納入“十二五”及長期發(fā)展規(guī)劃中，重型燃氣輪機是國家優(yōu)先發(fā)

4、展的10項重大技術裝備之一。是國家裝備制造業(yè)重點發(fā)展的領域，特別是燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組和整體煤氣化燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。預計隨著中國能源需求迅猛增長以及天然氣資源進入大規(guī)模開發(fā)利用階段，燃氣輪機正在形成一個“爆發(fā)性增長”的市場。到2020年，全國燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)裝機容量將達到5500萬千瓦，是2000年之前50年已建成同類裝機容量的25倍。保守估計，僅中石油一家，每年需要的燃氣輪機價值就達到了30億元。到2015年，國內(nèi)燃氣輪機的市場容量能達到300億元，而國際市場容量則能達到2700億元。葉片廣泛應用于燃氣輪機、壓縮機和氣輪機等，起能量轉(zhuǎn)換的作用，被認為是燃氣輪機的“心臟”。燃氣輪機中使

5、用最多的一種零件就是葉片，一臺燃氣輪機有數(shù)千件葉片，葉片的質(zhì)量直接關系到燃氣輪機的工作效率。葉片制造的所需時間約占燃氣輪機整機的1/3，夾具量占整機的1/2左右，成本占總機的2025，因此葉片在燃氣輪機中的重要性是不可言語。提高葉片的設計水平和制造水平是一項重要的基礎工作。為了保證燃氣輪機的效率以及葉片在使過程用中的安全性，葉片的材料都非常特殊，一般材料中含V、Ni、N等成分，硬度在360HB以上，強度S0.02為800MPa以上，加工性較差，同時葉片氣道部分（通流部分）是一個光滑的空間曲面，其精度要求高，加工難度大。特別是大型燃氣輪機末級葉片，其結構更為復雜，葉型扭轉(zhuǎn)接近90°角，

6、葉身中部有兩個空間的凸臺，葉根圓角部分由幾個變直半徑圓弧構成，以往的普通的三軸或四軸銑床都不能滿足加工要求。目前葉片的加工一般使用五軸加工中心代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工方法, 先進五軸機床可以加工一般三軸數(shù)控機床所不能加工或很難一次性裝夾,完成加工的連續(xù)、平滑，這使得燃氣輪機葉片的數(shù)控加工形成了新的飛越, 使得擁有更多的加工手段加工復雜形狀的葉片, 同時葉片型面加工工藝也得到了相當大的提高,工藝方法更加方便，提高了葉片加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率, 減輕了勞動強度。1.2 燃氣輪機葉片相關發(fā)展1.2.1 燃氣輪機葉片組成及其作用燃氣輪機葉片按功能作用的不同可分為靜葉片（如圖1-1所示）和動葉片（如圖1-2所示）兩種

7、。靜葉片與燃氣輪機輪殼相連接處于不動狀態(tài)，作導向葉片，其作用是改變氣流的方向，引導蒸汽進入下一列動葉片；動葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪上，接受噴嘴葉柵射圖1-8 葉輪結構 圖1-9 動葉片的葉根與葉輪裝配1.2.3 動葉片毛坯制造相關發(fā)展燃氣輪機葉片通常采用耐熱合金加工。60年代在鑄造燃氣輪機葉片上成功的使用了定向結晶技術。澆鑄后，將鑄模放在可控制溫度梯度的冷卻裝置內(nèi)，使熔融金屬依次逐漸凝固，可以得到沿葉高為柱狀結晶的葉片。定向結晶葉片的材料通常是Ni基合金，其中加入Cr、W、Co、Al、Ti并有1.52.0的Hf及0.050.1的Zr。美、英發(fā)展的定向凝固合金的牌號有Mar-M200+Hf、Mar-M

8、247、PWl422等。70年代后期鑄造單晶燃氣輪機葉片得到了廣泛的應用。由于這種葉片材料中沒有晶界，其熱安全性與蠕變強度更高，使燃氣輪機前的工作溫度可以提高12001350至目前的更高。單晶葉片的材料也是Ni基合金，內(nèi)加入Cr、W、Co、Al、Ta等元素。使用比較多的材料牌號有美國的PWAl480、PWAl484，英國的SRR99等。我國也已研制成功DD3單晶合金，正待推廣應用。單晶葉片使用壽命可以比柱晶葉片提高2.43倍，但其制造成本為柱晶葉片的1.92倍，鑄造廢品率也很高。據(jù)報道，無任何結構偏差的單晶葉片合格率僅為1126。為適應復雜的冷卻內(nèi)腔的設計要求，正在研究一種用兩個半片焊接而成的

9、燃氣輪機工作葉片。葉盆與葉背每一個半片先用失臘法鑄出，用機械加工或電解加工的方法在內(nèi)腔的一面加工出內(nèi)腔的凹槽。然后在兩個半片間放入一片厚僅0.05mm的與葉片材料相同的合金薄片，將葉片兩半拼合。將拼合件在保護氣氛中加溫到11001200，保溫并施加0.351.05atm的壓力，使之在接觸壓力下熔融擴散，將兩個半片以擴散焊連接成為一整體。第2章 動葉片的機械加工工藝過程2.1 動葉片工藝特點動葉片一般都處在高溫，高壓和腐蝕的介質(zhì)下工作。動葉片還以很高的速度轉(zhuǎn)動。在大型燃氣輪機中，動葉片頂端的線速度已超過600 /，因此動葉片還要承受很大的離心應力。動葉片的主要特點是：材料中含有昂貴的高溫合金元素

10、；加工性能較差；結構復雜；精度和表面質(zhì)量要求高；品種和數(shù)量都很多。動葉片的種類繁多，但各類動葉片均主要由兩個主要部分組成，即氣道部分和裝配面部分。因此動葉片的加工也分為裝配面的加工和氣道部分的加工。裝配面部分又叫葉根部分，它使動葉片安全可靠地、準確合理地固定在葉輪上，以保證氣道部分的正常工作。因此裝配部分的結構和精度需按氣道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受應力的性質(zhì)和大小而定。由于各類動葉片氣道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以裝配部分的結構種類也很多。有時由于密封、調(diào)頻、減振和受力的要求，葉片往往還帶有葉冠（或稱圍帶）和拉筋（或稱減震凸臺）。葉冠和拉筋也可歸為裝配面部分。氣道部分又

11、叫型線部分，它形成工作氣流的通道，完成動葉片應起的作用，因此氣道部分加工質(zhì)量的好壞直接影響到機組的效率。由于葉片的形式、結構、種類、大小等的差異比較大，因此加工方式、機床、工藝流程也不同。但從總體上來說，按葉片的毛坯形式來劃分可分為：方剛?cè)~片加工工藝、模鍛葉片加工工藝，精鑄葉片加工工藝。方剛?cè)~片加工工藝主要是針對葉片氣道長度在300mm以下的各種動葉片和靜葉片。模鍛葉片加工工藝要是針對葉片氣道長度在300mm以上的各種動葉片和靜葉片。精鑄葉片加工工藝主要是針對一些靜葉片和特殊葉片（如空心葉片）的加工方法。2.2 動葉片加工工藝過程根據(jù)以上特點現(xiàn)制定出一下機械加工工藝過程卡片。表2-1到表2-3

12、。 2.3 動葉片加工工序內(nèi)容本零件的加工十分復雜，總共42道工序，具體機械加工工序內(nèi)容如下。（1）下料該葉片毛坯來料為六面體的方鋼，來料時必須按工藝上要求檢查方鋼尺寸的長、寬、高和直線度，并根據(jù)同一級不同的種類葉片分開裝入專門的轉(zhuǎn)運箱中方可投入生產(chǎn)車間。本工序中，必須保證方鋼尺寸，如圖2-1,長208mm，寬54.5mm，高44mm。圖2-1 坯料尺寸（2）銑一平面該平面為葉片內(nèi)背平面（方鋼長寬形成的平面）中的任一面，用于葉片的內(nèi)背平面是重要面，為了保證其加工余量均勻，所以粗基準選擇葉片內(nèi)背平面中的任一面。因為加工面積比較大，所以用立式銑床X52進行銑削。來料由于是方剛毛面，六個面均帶有黑皮

13、，當加工一個面后的測量也是比較粗糙的，因此通常在該工序中要求光出表面不見黑皮即可。加工毛坯時，將要加工的一面正對主軸，并與主軸垂直，以保證工件切削的精度及平面度。因為是粗加工，所以切削用量可以選擇大一點，刀具采用直徑為160的可轉(zhuǎn)為面銑刀。用于毛坯為方鋼，所以工件的夾緊直接可以用機床自帶的平口虎鉗。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在250300r/min，進給率保持在F200左右。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-2，加粗的線為本工序加工面）的要求，采用刀口直尺檢驗平面度，游標卡尺檢驗尺寸。圖2-2 銑一平面工序圖在已加工面上做標記：采用標刻機在指定位置刻上產(chǎn)品的名稱和流水作業(yè)號，葉片一但刻有編號后，既方

14、便對葉片的識別也方便對葉片的追述（葉片在加工過程中需要按編號對尺寸等進行記錄，葉片全部加工完成后如有出入可以追查問題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)）。（3）銑一側(cè)面第一平面加工完成之后，以該面為精基準，加工一側(cè)面（方鋼長寬方向形成的平面）。同樣因為加工面積比較大，所以用立式銑床X52進行銑削。加工毛坯時，將要加工的一面正對主軸，并與主軸垂直，以保證工件切削的精度以及與第一平面的垂直度。切削用量和刀具同前一工序銑一平面相同。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-3）的要求，采用90度角尺檢驗垂直度，游標卡尺檢驗尺寸誤差。圖2-3 銑一側(cè)面工序圖（4）銑另一側(cè)面本工序以前一工序（銑一側(cè)面）加工的側(cè)面作為定位基準，以保證工

15、序卡片要求的兩側(cè)面的平行度要求。同樣因為加工面積比較大，所以用立式銑床X52進行銑削。切削用量和刀具參數(shù)同上工序（銑一側(cè)面）。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-4）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸誤差和平行度要求。圖2-4 銑另一側(cè)面圖（5）磨兩側(cè)面本工序是對前兩道工序加工的兩側(cè)面進行精加工。磨兩側(cè)面的作用主要是為了提高基準面的加工精度，因為后工序的加工都要以這兩個面為基準。先將已經(jīng)加工過的一個面放在永磁吸盤上（永磁吸盤固定在平面磨床工作臺面上），扭動開關，使工件固定在吸盤航，啟動磨床，調(diào)整好高度對另一個已加工面進行磨削操作，直至整個面都平整光滑，沒有凹點。在加工另一個面時，要先對沒有精加工的一個

16、面進行試磨，然后測量尺寸，然后再調(diào)整磨床上的旋鈕，以保證切削精度。在完成本道工序的過程中要及時清潔永磁吸盤表面，否則就不能保證工件的切削精度和平面度，而且會留有壓痕。在調(diào)整磨床高度的過程中，每次進給量不超過0.03，要不定時的用游標卡尺檢測尺寸，工序尺寸要求見圖2-5。圖2-5 磨兩側(cè)面工序圖（6）銑另一平面本工序加工的面是與第一平面相對的面（方鋼長寬形成面），以加工精度極高的兩側(cè)面為定位基準，以保證平面和側(cè)面的垂直度要求。由于工序要求加工表面粗糙度為3.2，加工方法屬于半精銑。機床、裝夾定位和刀具參數(shù)同工序10銑一平面一致。切削用量相對粗加工有所變化，加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在20003000r

17、/min，進給率保持在F200左右，每次切削深度為0.6mm。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-6）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸誤差，90度角尺檢驗垂直度。圖2-6 銑另一平面工序圖（7）精銑第一平面本工序加工方法和檢測方法同工序30銑另一平面的要求一致，工序圖見圖2-7。圖2-7 精銑第一平面工序圖（8）粗銑兩端面本工序是對毛坯方鋼六個面中最后兩個面進行加工，從工序圖（圖2-8）中可以看出這兩個面的位置精度和尺寸精度要求都很高。由于要求兩端面與側(cè)面和第一平面的垂直度要求，所以根據(jù)基準重合原則，選擇側(cè)面和側(cè)面作為定位基準；由于兩端面有平行度要求，需要一次性加工，再加上尺寸大，所以采用龍門銑床X

18、2532加工。工件定位裝夾采用平口虎鉗即可，刀具采用160X25的三面刃銑刀。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右。圖2-8 粗銑兩端面（9）精銑兩端面本工序是對工序40粗銑兩端面的精加工。機床、裝夾定位和刀具和上一工序完全一樣。精加工相對于粗加工而言，切削用量有所變化。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在20003000r/min，進給率保持在F200左右，切削深度為0.1mm。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-9）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸和平行度誤差，90度角尺檢驗垂直度。圖2-9 精銑兩端面在方鋼已加工過的側(cè)面長度方向上做出出氣邊標記符，以便于加工。（10）打中心

19、孔葉片的氣道型線部分需要在數(shù)控機床上加工，加工時需要葉片作旋轉(zhuǎn)運動，對于小葉片來講葉片的變形不大，因此可以采用一端驅(qū)動而另一端用頂針頂住即可。對于長葉片如果采用兩端都驅(qū)動（即雙驅(qū)）則可以不打頂針孔。（11）預銑葉根本工序為粗銑葉根做準備。從工序圖（圖2-10）中可知，本工序的工序基準為標有出氣邊標記符的側(cè)面，根據(jù)基準重合原則，選取該面為主要定位基準。工件加工尺寸較小，使用臥式銑床X62，刀具2279-004和2279-007進行去余量加工。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-10）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸和平行度誤差，9

20、0度角尺檢驗垂直度。圖2-10 與銑葉根工序圖（12）葉根加工葉根加工涵蓋粗銑葉根、精銑葉根、銑葉根圓弧、粗銑葉根凹槽和精銑葉根凹槽5道工序。圖2-11所示為動葉片T型外包葉根，其中T、B尺寸公差緊，難以保證；A、t 尺寸是從基準面給出的尺寸, 容易保證；b尺寸為臺階尺寸, 必須靠刀具保證;h、h1 和h2 尺寸互相關聯(lián), 因此通過尺寸鏈來保證。選用雙軸凹槽專用銑床, 專用凹槽銑刀,兩把刀同時加工可保證T、t 尺寸, 如圖2-12所示。選用雙軸龍門銑床及型線銑刀進行精銑葉根, 可保證A、B、b尺寸, 如圖2-13所示。根據(jù)葉根加工的工藝分析，擬定出加工葉根的工藝過程（圖2-14）。 圖2-11

21、 T型外包葉根 圖2-12 加工葉根凹槽 圖2-13 線性銑刀加工葉根 圖2-14 葉根加工工藝過程（13）內(nèi)弧葉冠處去余量由工序圖（圖2-15）可知，本工序是加工一個R62.5寬度為25的圓弧槽，因此可以使用臥式銑床X62用12525的銑刀一次成型，加工過程中注意出氣邊標記符以及不同級別和類型葉片的定位數(shù)據(jù)的不同。由于工序比較簡單，直接使用平口虎鉗即可定位。加工方法為粗銑，加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右，加工完成之后的零件形狀如圖（圖2-16）。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-15）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸誤差。圖2-15 內(nèi)弧葉冠處去余量工序圖

22、圖2-16 內(nèi)弧葉冠處去余量加工成型后零件形狀（14）內(nèi)弧去余量根據(jù)零件圖可知，該葉片氣道成型規(guī)律為斜銑成型。為了使得在氣道加工時余量較為均勻，還需增加粗銑工序，此工序的加工尺寸是根據(jù)氣道成型最終尺寸放量所得，所加工型線與氣道內(nèi)弧型線相似，詳細數(shù)據(jù)見工序圖（2-17）。該工序使用數(shù)控立式銑床X53K，專用夾具8310-053，并將機床主軸旋轉(zhuǎn)45度，以方便加工。圖2-17 內(nèi)弧去余量工序圖（15）背弧出氣邊倒角為了使得氣道背弧加工時余量較為均勻，提高加工效率，減少刀具磨損，所以要進行背弧出氣邊倒角。使用專用夾具8160-017裝夾工件，讓葉片的棱面與主軸相對，使葉片的側(cè)面與主軸成125度，便于

23、一次性使用立式銑床X52加工成型。加工過程中注意出氣邊標記符（圖2.18中紅色標記面）。加工方法為粗銑，加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右，加工完成之后的零件形狀如圖（圖2-18），根據(jù)工序圖（如圖2-19）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸誤差。圖2-18 葉片背弧出氣邊倒角圖2-19 葉片背弧出氣邊倒角工序圖（16）背弧進氣邊倒角本工序加工方法、刀具參數(shù)和切削用量同前一工序，本工序尺寸要求見圖2-20。圖2-20 葉片背弧進氣邊倒角工序圖（17）粗銑葉根及葉冠背徑向面本工序為粗銑葉根及葉冠背徑向面，從工序圖（2-21）可知實際為加工一斜面，可以采用普通立式銑床

24、一次加工成型。夾具采用平口虎鉗和帶角度的墊塊（正弦規(guī)墊4.689），然后開始銑削調(diào)試，調(diào)試時要注意葉根的厚度，以及有無動葉片和末葉片的區(qū)分，兩者要分開銑削。測量時采用正弦規(guī)測量，將正弦規(guī)放在在測量臺上，在正弦規(guī)的一個腳下方墊固定高度的量塊，使葉片背徑向面與水平面成1º20´36´´。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右。圖2-21 粗銑葉根及葉冠背徑向面工序圖（18）精銑葉根及葉冠背徑向面本工序是前一工序的精加工，所用機床和夾具以及位置均改不變，只是切削用量相對于粗加工有所調(diào)整。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在20003000r/

25、min，進給率保持在F200左右。加工完成之后，葉片形狀見圖2-22。圖2-22 精銑葉根及葉冠背徑向面（19）粗銑葉根、葉冠內(nèi)徑向面：本工序是銑葉根內(nèi)徑向面，其加工方法同加工背徑向面相同，唯一不同的是葉根內(nèi)徑向面和葉冠內(nèi)徑向面分別使用立式銑床X52加工。使用正弦規(guī)墊（9.375mm）將背徑向面墊起，使內(nèi)徑向面與水平面成1º20´36´´。加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在200300r/min，進給率保持在F200左右。加工完成之后，根據(jù)工序圖（如圖2-23）的要求，采用游標卡尺檢驗尺寸誤差，90度角尺檢測垂直度，正弦規(guī)檢測內(nèi)徑向面與背徑向面角度誤差。圖2-23

26、粗銑葉根、葉冠內(nèi)徑向面（20）精銑內(nèi)徑向裝配面：本工序是對前一工序粗銑葉根、葉冠內(nèi)徑向面的精加工。由于內(nèi)徑向裝配面涉及到裝配，精度要求高，所以在精加工時，需要用加工中心YNC-72一次成型。其夾具和裝夾同上一工序完全相同，使用切削用量相對上一工序有所變化，加工時主軸的轉(zhuǎn)速保持在20003000r/min，進給率保持在F200左右。氣道的加工比較復雜，下面有一章對其進行了詳細的介紹。（21）銑葉頂銷孔 本工序比較簡單，只需要加工一個孔，故可用普通臥式銑床X62進行銑削。使用平口虎鉗和專用夾具8298-070裝夾，使工件的加工面正對主軸，用5.2的直柄麻花鉆鉆削。加工完成之后，根據(jù)工序圖（2-24

27、），使用游標卡尺檢驗相應的尺寸誤差。圖2-24 銑葉頂銷孔工序圖（22）鉗工銼削由鉗工對葉片的部分有圓弧的地方進行精修，要保證葉頂部，進出氣側(cè)斜度與葉冠連接處平直且圓滑自然。（23）拋光內(nèi)背弧型線及圓角用拋光機對精加工后的內(nèi)背弧型線及圓角進行拋光增加葉片表面光潔度。（24）試后要用內(nèi)背弧樣板對型線進行測量。最后，按照產(chǎn)品圖樣及工藝規(guī)程進行檢驗。以上工序完成之后，就完成了如圖2-25的葉片加工。圖2-25 葉片模型第3章 動葉片氣道型面五軸數(shù)控加工工序設計葉片是燃氣輪機的主要部件之一, 尤其它的氣道部分決定了燃氣輪機的發(fā)電功率, 直接影響燃氣輪機產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。因此，葉片氣道的加工應滿足下

28、列技術要求：（1）保證氣道本的型線精度及各截面的相對位置精度。（2）保證氣道型面與葉根的相對位置精度。由于氣道型面是由復雜曲線組成的空間曲面，要保證它的加工精度就不得不采用專門的加工方法。葉片的機械加工量約為透平機組加工量的三分之一，而氣道的加工量約占葉片加工量的二分之一。氣道的加工需要許多復雜的工裝、夾具、量具和專用機床，因此葉片的加工水平往往可以用氣道加工的水平來衡量。3.1 氣道加工方法分類葉片氣道型線部分有三種形式: 有成型規(guī)律葉片、等截面直葉片和自由成型葉片。等截面葉片型線沿葉片高度形狀相同。有成型規(guī)律葉片，如斜銑葉片型面。斜銑型線由相同半徑的圓弧組成，圓弧中心連線對座標軸線的投影又

29、相同，氣道的結構中心線和對稱中心線在XOZ,YOZ兩平面的夾角等于常數(shù)，所以能用一型線刀具型線銑刀，沿著氣道結構中心線的方向運動，加工出各截面所需要的型面來。葉型的特點是沿氣道高度上各截面型線都不相同，因此不能用成型銑刀加工，只能采用仿型加工。自由成型葉片，比如由座標點組成的扭曲葉片型面。此類葉型的特點是沿氣道高度方向上各截面型線都不相同，故不能用成型銑刀加工，只能用仿型加工。這種葉片在強度和氣動性能方面都能最大限度地滿足設計要求，但是其加工難度較大。以下是對各種葉片型面加工的方法的簡單介紹。3.1.1 等截面直葉片加工（1）鉚接圍帶動葉片加工：由于內(nèi)弧是由r成的型線，加工可用普通銑床和圓柱銑

30、刀來完成，采用臥刀法，銑刀直徑d=2r當氣道高度l60 mm時，可采用捅銑加工以提高加工精度和刀具壽命。（2）自帶圍帶動葉片：采用臥刀法。但銑刀軸徑d0受到圍帶高度的限制，如果d0過小，葉片設計應修改，使圍帶向背弧方向偏移。3.1.2 有成型規(guī)律葉片氣道加工a.斜銑葉片加工加工方法：普通臥銑床、專用夾具及型線銑刀。葉片斜銑結構線與機床工作臺縱向進給方向一致，型線銑刀從葉頂向葉根方向吃刀。b.斜銑加靠模葉片加工加工方法：臥式液壓仿形銑床、專用夾具、靠模板加型線銑刀。葉片的C-C、D-D截面間的一段斜銑結構線與機床工作臺縱向進給方向一致，在機床進給過程中垂直方向液壓仿形銑頭在特定的靠模板做上、下仿

31、形運動來滿足分段方向吃刀。c.扭曲葉片3.1.3 自由成型葉片加工a.普通立式數(shù)控機床加工方式：橫向掃描和縱向掃描。拋光量：0.030.04 mm（波谷處）。b.普通臥式數(shù)控銑床加工方法：拉銑與橫向掃描相結合。c.五聯(lián)動加工中心五聯(lián)動加工中心是目前最先進的葉片氣道加工專用裝備。由于所用刀具全部采用硬質(zhì)合金，高速切削（80001 0000轉(zhuǎn)/min），而且該機床設計性能允許大余量切削（即粗加工去余量），所以工效可大大提高。切削方式：五軸聯(lián)動可使刀具始終處于最佳切削狀態(tài)，切削力最小。由于刀尖切削，又由于工件進給方向保證主切削力始終沿型面方向，即葉片剛性較好方向，所以工件彈性變形小。為了保證葉片氣道

32、質(zhì)量，本工序中使用五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工葉片氣道。3.2 氣道型面加工工序內(nèi)容本工序使用HX-151五軸聯(lián)動加工中心。加工部位為氣道型面和內(nèi)背弧各處圓角如（圖3-1）中加粗部位。使用傳動盤8660-059時，卸下底部定位塊8660-059-10，換上8298-459，卸下定位螺釘8660-059-02，換上B297-279以內(nèi)徑向面定位加工葉片，粗銑為精銑單面留0.50.8的加工余量。各截面間光滑過渡，不允許有明顯凹凸，型線波峰波谷只差小于0.05.表中所示為波谷值，型面精加工后不留拋光余量。氣道型線與樣板見漏光間隙。內(nèi)?。撼鰵膺叢淮笥?.10，中間不大于0.25，進氣邊不大于0.15。背?。撼?/p>

33、氣邊不大于0.15，中間不大于0.30，進氣邊不大于0.25。其余見產(chǎn)品圖，型線圖及相關工藝規(guī)程。注意加厚片標記符，注意出氣邊標記符。下圖（圖3-2）為此工序結束時零件的形狀。 圖3-1 銑氣道型面及圓角 圖3-2 氣道型面加工完成后葉片形狀氣道部分的加工工作量比較大，要求對葉片進行數(shù)據(jù)處理、造型、加工部位的劃分、加工方式的選擇、使用刀具的選擇、加工軌跡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。加工工步也比較多，通常完成該工序的加工需要十多個工步。但基本的加工部位有：氣道、葉根圓角、葉頂圓角等，對每個部位根據(jù)余量情況和過渡圓角大小還須分成幾次完成。圖3-3為用proe加工氣道部分的加工軌跡，該方式為采用螺旋式進給加工。加

34、工完該工序后對葉片的檢查采用綜合量具和三座標檢測，三座標檢測是首件的檢查和加工過程中抽檢。每件葉片要求用綜合量具檢查。圖3-3 氣道加工軌跡3.3 氣道型面加工定位原理分析在葉片的結構中，氣道最為復雜，加工難度最大，其加工質(zhì)量對整個燃氣輪機的發(fā)電效率和運行狀況的影響也最大。所以，在加工過程中必須很好地保證葉片與刀具的位置精度，故需要對零件進行定位。定位的目的是使工件在夾具中相對于機床、刀具都有一個確定的正確位置。一個自由的物體，對空間三個相互垂直的坐標系來說，有六種活動的可能，分別為X、Y、Z軸方向的移動和轉(zhuǎn)動，如圖3-4，因此空間任一自由物體共有六個自由度。若使物體在某方向上有確定的位置，就

35、必須限制該方向上的自由度，所以要使工件在空間中處于相對固定不變的位置，就必須對其六個自由度加以限制。限制的方法用相當于六個支撐點的定位元件與工件的定位基準面接觸，如圖3-5。在低面XOY內(nèi)的三個支撐點限制了繞X、Y方向的轉(zhuǎn)動和Z方向上的移動；在側(cè)面YOZ內(nèi)的兩個支撐點限制了X方向的移動和Z方向的轉(zhuǎn)動；在端面XOZ內(nèi)的一個支撐點限制了Y方向上的移動。 圖 3-4 圖 3-5如圖3-6所示，零件1為夾具體的定位元件，其中A面為葉片的主要定位基準，限制了葉片X、Y方向上的轉(zhuǎn)動和Z方向上的移動，B面為葉片的導向定位基準，限制了葉片Y方向上的移動和Z方向的轉(zhuǎn)動，C點為葉片止動定位基準，限制了葉片X方向上

36、的移動。由此，葉片的6個自由度都得到了完全的定位，故葉片完成了的初步的定位。圖3-6 葉片氣道加工夾具3.4 氣道型面加工夾具的結構及夾緊工作原理為了使工件加工時在切削力、慣性力、重力等外力作用下仍然保持已定好的位置，在夾具上還必須設有夾緊裝置對工件產(chǎn)生適當?shù)膴A緊力。夾緊裝置的設計和選擇是否正確，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此對夾緊裝置提出了一下要求：夾緊動作要準確迅速；操作方便省力；加緊安全可靠；結構簡單，易于制造。夾緊力包括力的大小、方向和作用點，這三要素是夾緊裝置設計和選擇的核心問題。a.夾緊力的方向夾緊力的方向不能破壞零件定位的準確性。夾具（如圖3-6）中每顆螺釘?shù)膴A緊力方向都

37、有利于零件的準確定位。夾緊力的方向應指向零件的定位基準。夾具中螺釘2、4指向主要定位基準，螺釘6指向止動定位基準。夾緊力的方向應與零件的最大剛度方向一致，以減小零件的變形程度。夾緊力的方向應盡量與切削力和重力方向一致，以減小夾緊力的大小。b.加緊力的作用點夾緊力的作用點應正對定位元件或者在定位元件形成的支撐面內(nèi)，避免零件扭轉(zhuǎn)。螺釘2、4、6都在定位支撐元件形成支撐平面內(nèi)，有效地防止了零件的轉(zhuǎn)動。夾緊力的作用點應在零件剛度最好的部位，以減少加緊變形。夾緊力的作用點應盡量靠近加工面，以減少零件的振動。夾具中螺釘2、4、6都非?？拷鼘⒁庸さ臍獾?，有效地減少了葉片在加工過程中的振動。c.夾緊力的大小

38、為了使工件在加工過程中保持定方位后的正確位置，對工件施加的夾緊力不僅與其方向和作用點的位置、數(shù)目有關，更重要的是與其大小有關。夾緊力過大，會引起工件變形，達不到加工精度要求，而且使夾緊裝置結構尺寸過大，造成結構不緊湊；夾緊力過小，會造成夾不牢工件，加工時易破壞定位，同樣也保證不了加工精度要求，甚至還會引起安全事故。因此，必須對工件施加適當?shù)膴A緊力。夾具中常用的夾緊裝置有楔塊夾緊裝置、螺旋夾緊裝置、偏心輪夾緊裝置和定心輪夾緊裝置等，每種夾緊裝置各有其優(yōu)缺點。綜合分析，雖然偏心夾緊裝置比螺旋夾緊裝置夾緊迅速，但是其夾緊行程小，夾緊力小，結構復雜，因此，在切削力大的氣道加工中不適合采用。同樣，楔塊夾

39、緊裝置由于結構復雜，體積龐大在本工序也不適用。故采用結構簡單的螺旋夾緊裝置，如圖3-6所示。夾具中螺釘2、4、6都是螺旋夾緊機構，方便簡單，將葉片準確地固定在夾具上。同時，螺釘7、8也是螺旋夾緊裝置，它們的作用相當于夾具連接元件，起著將夾具和機床準確固定的作用。動葉片夾具設計保證了工件切割部位位于機床工作臺縱向/橫向進給的允許范圍之內(nèi),同時也考慮裝夾位置有利于工件坐標原點找正，再者對固定工件的作用力均勻,不影響加工精度。3.5 氣道型面加工運動軌跡分析在前面的內(nèi)弧去余量、背弧出氣邊倒角和背弧進氣邊倒角等幾道工序中已經(jīng)完成了氣道的去余量加工，使得接下來進行的氣道粗加工、半精加工和精加工加工余量均

40、勻，從而減小了工藝系統(tǒng)的變形和誤差復映系數(shù)。在三軸數(shù)控加工中,刀軸方向始終不變, 沒有擺動坐標，其運動僅由刀位點確定，會造成刀具和工件的加工狀態(tài)不好，特別在加工復雜空間曲面時，很容易造成刀具與被加工曲面的干涉，為了避免刀具與工件發(fā)生干涉、過切等現(xiàn)象，一般使用球頭刀進行加工，但在加工葉片型面時,由于球刀在曲面的不同位置的有效切削半徑不同,在型面較為平坦的位置其有效切削半徑幾乎為零,導致在毛坯余量較大的時候型面加工品質(zhì)及效率大大降低，且會不同程度的留下一些不能加工的死角區(qū)，為后續(xù)的修磨和拋光工序加大了工作量，因此三軸加工只能用于葉片氣道的粗加工。故要完成對葉身進行半精加工/精加工，就需要用四坐標以

41、上機床完成。葉片的氣道加工一般是刀具沿著葉片的型線按照螺旋銑或者平行銑的方式加工。平行銑的刀具軌跡規(guī)劃簡單，可以根據(jù)給定的刀具橫向進給量，添加多個與葉身垂直的平面D，平面D和葉身曲面的交線即為多條加工軌跡，軌跡間的連接可用跳刀完成。下面介紹螺旋銑葉片半精加工/精加工刀具軌跡規(guī)劃方法。如圖3-7所示為葉片展開圖，S0，S1，S2，S3分別表示背弧、進氣邊圓弧、內(nèi)弧、出氣邊圓弧的邊界線，圖中左右兩邊曲線表示葉根、葉冠過渡面與葉身的交線。C0，Cn是用戶設置的半精加工/精加工的加工范圍（可用葉身長度的百分比設置）。圖3-7 半精加工和精加工到位軌跡展開圖首先根據(jù)給出的加工螺旋數(shù)n創(chuàng)建n+1條等距平面

42、C0C（n）。刀具進入葉片后，沿著C0與葉身的交線軌跡切削一周，然后開始螺旋進給加工，如圖3-7所示。刀具從S0與C（i）的（i從0到n1）交點Bi0開始，在出氣邊圓弧的向運動vi1到達Bi1:從Bi1開始在背弧的v向上運動vi2，到達Bi2。從Bi2開始在進氣邊圓弧的v向上運動vi3，到達Bi3。 從Bi3開始在背弧的v向上運動vi4，到達B（i+1）0。螺旋進給依次從C0走到C（n1）后，再沿著C（n）與葉身的交線軌跡上加工一周退出加工。葉片型面加工完成之后將對過渡圓弧進行清根，如圖3-8。在對葉片型面進行加工時，為了避免刀具在葉根附近產(chǎn)生過切，常常在過渡面與刀具之間保留一段距離。因而在構

43、造清根加工軌跡時，不僅需要構造過渡面與葉身曲面交線的加工軌跡，而且需要構造位于葉根附近部分的葉身加工軌跡，以保證清根加工軌跡與葉身加工軌跡的連續(xù)性。一般采用指狀刀具進行清根，通過刀具的側(cè)刃加工出葉冠、葉根過渡面，因此其側(cè)傾角已經(jīng)確定（過渡面為凹面時不同）。 圖3-8 清根刀位軌跡 圖3-9 數(shù)控機床加工燃氣輪機葉片流程圖3.6 氣道型面加工編程及加工代碼分析隨著CAD/CAM技術的發(fā)展, 數(shù)控自動編程技術已經(jīng)能實現(xiàn)直接將零件的幾何信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工代碼,使得燃氣輪機葉片的數(shù)控加工程序的編制變?yōu)楦雍唵?。目前應用較成熟的CAD/CAM軟件有Pro/E、UG、Mastercam等,它們的出現(xiàn)使得以

44、往在四、五軸聯(lián)動加工編程中存在的問題得到了解決。燃氣輪機葉片的數(shù)控加工流程主要分為兩大部分:（1） CAD的處理過程;（2）數(shù)控機床的加工過程。主要加工內(nèi)容為葉片的葉片型面及葉身與葉根、葉冠的交接面。圖3-9為數(shù)控機床加工燃氣輪機葉片工作流程圖?；赑ro/E的葉片數(shù)控加工編程主要包括以下內(nèi)容:（1）葉片零件三維造型;（2） 確定葉片數(shù)控加工工藝方案,包括選擇數(shù)控機床、夾具、刀具和量具等; （3）刀位計算并生成刀具運動軌跡,并生成刀位文件;（4）通過后置處理程序?qū)⒌段晃募D(zhuǎn)換成為NC代碼。 采用Pro/E進行葉片的數(shù)控加工,其數(shù)控加工編程可由以下步驟來完成:在Pro/E中生成了刀具軌跡并進行了

45、加工仿真和干涉校驗后,可以將加工數(shù)據(jù)和信息輸出成為刀位源文件（NCL）。刀位源文件（NCL）主要包括加工坐標系信息、刀具信息、刀具位置和姿態(tài)信息以及各種加工輔助命令信息等,再經(jīng)過后置處理器,將其轉(zhuǎn)變?yōu)闄C床能夠接受的NC代碼,也可以用數(shù)控機床自帶的后處理程序進行后處理。在編制數(shù)控加工程序時,本著基準統(tǒng)一、減少走刀次數(shù)的原則,把葉片型面、葉根與葉冠圓角、進出氣邊圓角的加工程序編制在一起。在葉片的加工中根據(jù)葉片加工工藝的需要, 零件坐標系的零點一般選擇葉根的中心軸線。由于目前葉片型面設計越來越復雜,精度要求越來越高,因此數(shù)控加工程序也越來越復雜,出現(xiàn)錯誤的概率也因此而增加。通常情況下,可能出現(xiàn)以下問

46、題:（1）加工方案不合理, 影響加工效率; （2）刀具與工件之間發(fā)生干涉或碰撞; （3）刀具參數(shù)設置不當,如刀具半徑選擇過大,則零件加工不完全,出現(xiàn)大的殘留;刀具半徑選擇過小,則切削效率較低; （4） 刀具走刀路線、進退刀的方式不合理; （5） 切削參數(shù)選擇不當,如主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、步距等選擇不合適;（6）刀位軌跡不正確,零件外形或尺寸錯誤; （7）零點選擇不恰當,無法找到對刀點。這些問題的出現(xiàn)往往會給實際零件的加工造成很多麻煩,諸如重新編制加工程序、加工后必須打磨零件、返修零件或工裝、零件報廢、延遲產(chǎn)品交付等。為避免上述問題出現(xiàn),可利用Pro/E軟件加工仿真功能,預先模仿加工過程,這樣在正

47、式加工前就可以發(fā)現(xiàn)問題,從而可提高加工準備效率,縮短程序調(diào)試周期,加快生產(chǎn)過程。這不僅為葉片等具有復雜曲面的零件加工提供了一種新的加工設備和工藝方案, 還為促進數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化和實用化起到很好的推動作用。3.6.1 氣道型面加工編程根據(jù)加工要求，利用Pro/E數(shù)控模塊CAM對葉片氣道進行五軸聯(lián)動數(shù)控加工編程，具體操作如下。首先進行數(shù)控機床、加工零點和退刀面設置。NC機床設置為五軸數(shù)控機床，加工零點設置為夾具對刀塊中心D點（見圖3-6），退刀面為距加工零點上方2mm的水平面，參數(shù)設置具體如圖3-10。圖3-10 數(shù)控機床、加工零點和退刀面設置考慮到葉片質(zhì)量，符合現(xiàn)代機加工少余量高速銑削的理念,所

48、有工步都選用硬質(zhì)合金刀具, 一般采用立銑刀、球頭立銑刀、球頭錐銑刀、帶角圓的圓柱銑刀（環(huán)形刀）、鼻型刀等加工。精銑氣道型面采用直徑為12mm的球頭立銑刀，刀具參數(shù)設置如圖3-11。圖3-11 精加工刀具設置然后設置切削參數(shù)。由于葉片曲面扭曲弧度大，再加上本工序為氣道精加工，所以在設置切削用量時，宜取較大的切削速度，而不宜取較大的進給量和背吃刀量。因此，主軸速率設為4000r/min，進給速度為200mm/min，跨度為0.3mm。其他切削設置如圖3-12精加工具體切削參數(shù)設置。圖3-12 精加工具體切削參數(shù)設置 最后是切削類型設置。Pro/E中提供了三種切削類型，分別為直線切削、自曲面等值線和

49、切削線。每種切削類型各有各的特點，對不同的曲面加工出來的效果也不一樣。直線切削還可以設置多種切削角度，相對其他兩種切削類型，設置簡單，表面加工質(zhì)量較高。故，葉片氣道型面精加工選擇直線切削。具體設置如圖3-13。圖3-13 切削類型設置完成以上設置之后即可在Pro/ECAM中生成了刀具軌跡（圖3-14）,同時進行加工仿真和干涉校驗，并將加工數(shù)據(jù)和信息輸出成為刀位源文件（NCL）。刀位源文件（NCL） 主要包括刀具信息、加工坐標系信息、刀具位置和姿態(tài)信息以及各種加工輔助命令信息等。圖3-14 精加工軌跡最后需要經(jīng)過后置處理器, 將NCL文件轉(zhuǎn)變?yōu)闄C床能夠接受的數(shù)控程序, 也可以用并聯(lián)機床自帶的后處

50、理程序進行后處理。Pro/E軟件提供了各種復雜零件的粗精加工, 用戶可以根據(jù)零件結構、加工表面形狀和加工精度要求選擇合適的加工類型, 在每種加工類型中包括了多個加工模塊，如圖3-15.圖3-15 后置處理列表3.6.2 氣道型面數(shù)控代碼及分析通過Pro/E自帶后置處理器處理之后，得到下面的NC代碼。由于NC程序太長，下面僅將五軸聯(lián)動機床精銑氣道部分開頭和結尾部分的程序給出。圖3-16 對刀點在數(shù)控前加工之前，需設置工件坐標系。夾具對刀點為圖3-16中D點，在編程時已設D點為工件坐標原點，即工件坐標原點與對刀點重合。啟動機床，讓五軸數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸B回零，軸A旋轉(zhuǎn)到90度，然后利用對刀儀校正XY軸

51、坐標，具體做法如下：圖3-17 機床示意圖1.利用手動進給輪，移動XYZ軸，使對刀儀（球面直徑為10mm）的球面與F面接觸，然后保持其他軸不變，移動Z軸，使對刀儀遠高于E面（避免撞刀），X方向移動+5mm，清零X坐標。2.同樣做法，使對刀儀的球面與G面接觸，然后保持其他軸不變，移動Z軸，使對刀儀遠高于E面（避免撞刀），Y方向移動-5mm，清零Y坐標。3.將對刀儀換成需要使用的刀具,主軸正轉(zhuǎn)3000r/min,移動Z軸使球頭銑刀地面與E面接觸，清零Z坐標，然后將刀具移動到X0 Y0 Z20 B0 A0，運行G92 X0 Y0 Z20 B0 A0 ，從而確定工件坐標系（編程坐標系）。打開冷卻液，執(zhí)

52、行以下數(shù)控代碼。NC文件：%程序開頭標志N0000 T01 M06N0005 S1000 M03N0010 G00 X37.425 Y-.086 B-106.299 A.637N0015 Z-19.051N0020 X58.358N0025 Z-25.172N0030 G01 X57.412 Z-22.415 F200 B-99.828 A.623-以200mm/s的進給速度加工。葉片繞C軸正向旋轉(zhuǎn)到86.833º，此時進氣邊圓弧處在最低位置，刀具與進氣邊圓弧面垂直，切削力最小，從A點（X-16.473 Y42.423 Z23.288 C86.833 B1.067）開始銑削進氣邊圓弧，進給速度為100mm/min。（圖3-18）圖3-18 VERICUT仿真圖N5020 Y48.001 Z4.431 X-22.68 C60.83 B3.771N5025 Y48.802 Z1.191 X-24.278 C55.562 B4.236N5030 Y49.491 Z-1.882 X-25.991 C50.17 B4.678N5035 Y5