汽輪機彎扭動葉片汽道型面的四軸數(shù)控制造

汽輪機彎扭動葉片汽道型面的四軸數(shù)控制造

常熟理工學院（籌）機電工程系12/25/20221彎扭葉片簡介

該葉片為國內(nèi)某大型汽輪機集團200MW機組中的低壓缸八級動葉片。為了提高機組的工作效率，其葉型設(shè)計為曲面形狀較復雜的彎扭形式，參見“動葉片產(chǎn)品圖”及“動葉片三維模型”。彎扭葉型的特征截面采用大量離散點構(gòu)成的列表曲線來定義，這在提高型線描述準確性的同時，也增加了型面定義的復雜程度，參見“特征截面點圖”。

12/25/20222彎扭葉片產(chǎn)品圖12/25/20223特征截面的數(shù)據(jù)點圖12/25/20224葉片的三維實體造型（1）12/25/20225葉片的三維實體造型（2）12/25/20226葉片型面的制造特點分析

汽輪機彎扭葉片是典型的多軸數(shù)控加工零件。主機廠目前采用的制造工藝是：在方坯完成葉根及內(nèi)背徑向面的加工后，其汽道型面的粗精加工采用五軸數(shù)控加工一次完成。機床采用瑞士進口的五軸五工位加工中心，數(shù)控編程應(yīng)用與機床配套的專業(yè)葉片編程軟件。由于采用一次裝夾完成整個型面的加工，因此加工精度比較理想，只需經(jīng)簡單的精拋光處理即可完成整個葉片的加工。但該工藝的缺點是加工設(shè)備太昂貴（一臺五軸聯(lián)動加工中心近二百萬美元），加工成本太高，在目前情況下推廣普及有一定困難。12/25/20227工藝創(chuàng)新方案根據(jù)該葉片的制造特點，我們將制造工藝創(chuàng)新的重點放在汽道型面的數(shù)控制造方式上。通過對該葉片的三維造型，發(fā)現(xiàn)采用四軸加工代替五軸加工完全可以達到同樣的目的。但目前四軸加工編程技術(shù)中較難實現(xiàn)考慮毛坯情況的粗加工策略問題，不能很好地解決加工質(zhì)量與加工效率的統(tǒng)一。為此，綜合考慮加工質(zhì)量要求與加工經(jīng)濟性，決定采用普通機床與三軸、四軸數(shù)控加工相結(jié)合的工藝方法。

12/25/20228方案介紹粗銑內(nèi)弧側(cè)大余量（內(nèi)弧開荒）粗銑背弧側(cè)大余量（背弧開荒）三軸數(shù)控加工內(nèi)弧側(cè)（基于毛坯余量）三軸數(shù)控加工背弧側(cè)（基于毛坯余量）四軸精加工整個汽道型面12/25/20229粗銑內(nèi)弧側(cè)大余量（內(nèi)弧開荒）設(shè)備：普通銑床夾具：160mm平口鉗刀具：?25立銑刀測具：0-150游標卡0-300游標卡25-50外徑千分尺50-75外徑千分尺

12/25/202210粗銑背背弧側(cè)側(cè)大余余量（（背弧弧開荒荒）設(shè)備：：普通通銑床床夾具：：160mm平平口鉗鉗刀具：：?25立立銑刀刀測具：：0-150游游標卡卡0-300游標標卡25-50外徑徑千分分尺50-75外徑徑千分分尺12/19/202211三軸數(shù)控加工工內(nèi)弧側(cè)（基于毛坯余量量的知識加工工）設(shè)備：三軸數(shù)數(shù)控銑床夾具：專用夾夾具刀具：?20的立銑刀刀、R5球頭頭刀12/19/202212三軸數(shù)控加工工背弧側(cè)（基于毛坯余量量的知識加工工）設(shè)備：三軸數(shù)數(shù)控銑床夾具：專用夾夾具刀具：?20的立銑刀刀、R5球頭頭刀12/19/202213四軸精加工整整個汽道型面面設(shè)備：四軸加加工中心夾具：四軸夾夾具刀具：R5球球頭刀12/19/202214技術(shù)路線三維造型夾具設(shè)計數(shù)控編程測具設(shè)計實際加工12/19/202215三維造型在葉片造型過過程中，我們們運用了在CAD/CAM/CAE各類軟件中中處于中高端端市場的PTC公司出品pro/engineer12/19/202216造型方法：采用離散的數(shù)據(jù)點完成點-線-面的的造型方法。。pro/engineer12/19/202217夾具設(shè)計12/19/202218夾具裝配后示示意圖夾具在加工中中心旋轉(zhuǎn)軸上采用用一夾一頂方方式裝夾夾具裝夾方法法：12/19/202219測具設(shè)計測量方案：：葉片汽道型型面加工質(zhì)質(zhì)量的評估估與檢驗，，采用專門門設(shè)計的葉葉片測具來來進行完成成。通過測測具上確定定的2－2及7－7兩個個檢測截面面，使用型型線卡板對對其形狀進進行比對測測量。12/19/202220數(shù)控編程數(shù)控加工編編程采用了了在智能化化三軸加工工、多軸加加工及加工工模擬仿真真技術(shù)上比比較優(yōu)秀的的CimatronitV12軟件。后置處理采采用Cimatronit附帶的專業(yè)業(yè)后置處理理軟件IMSPost。12/19/202221三軸編程過過程：加工方法：：采用三軸軸等高銑削削加工(WCUT)進行粗加加工和半精精加工。三軸內(nèi)弧加加工三軸背弧加加工12/19/202222加工方法：：在三軸加工工的基礎(chǔ)上上用四軸曲曲面參數(shù)(SURMILL)與曲線多軸軸加工(CURVE_MX)進行精加工工。四軸編程過過程：12/19/202223實際加工1、刀具軌軌跡編輯12/19/2022242、后處理理定制通過IMSPost定制對應(yīng)應(yīng)機床的后后處理模板板12/19/202225數(shù)控加工程程序通過IMSPost后置處理理生成的四四軸加工程程序12/19/202226實際加工模模擬三軸數(shù)控加加工內(nèi)弧側(cè)側(cè)三軸數(shù)控加加工背弧側(cè)側(cè)四軸精加工工整個汽道道型面12/19/202227附：參賽方方案的補充充說明由于葉片材材料采用1Cr12Mo，加工難度度比較大。?？紤]到比比賽時間有有限，故將將比賽所使使用的材料料改為純鋁鋁。在保持持數(shù)控制造造工藝方案案不變的情情況下，對對葉根等的的制造工藝藝作了一些些調(diào)整。參參賽前，我我們考慮先先完成四軸軸數(shù)控加工工前的所有有工序，現(xiàn)現(xiàn)場只演示示汽道型面面的四軸數(shù)數(shù)控加工及及測量。四四軸數(shù)控制制造工藝參參見“四軸軸數(shù)控加工工的工序圖圖”。12/19/202228謝謝大家??！12/19/202229謝謝觀看