汽輪的四軸數(shù)控制造培訓(xùn)課程

25.12.20221汽輪機(jī)彎扭動(dòng)葉片汽道型面的四軸數(shù)控制造

常熟理工學(xué)院（籌）機(jī)電工程系25.12.20222彎扭葉片簡(jiǎn)介

該葉片為國(guó)內(nèi)某大型汽輪機(jī)集團(tuán)200MW機(jī)組中的低壓缸八級(jí)動(dòng)葉片。為了提高機(jī)組的工作效率，其葉型設(shè)計(jì)為曲面形狀較復(fù)雜的彎扭形式，參見“動(dòng)葉片產(chǎn)品圖”及“動(dòng)葉片三維模型”。彎扭葉型的特征截面采用大量離散點(diǎn)構(gòu)成的列表曲線來(lái)定義，這在提高型線描述準(zhǔn)確性的同時(shí)，也增加了型面定義的復(fù)雜程度，參見“特征截面點(diǎn)圖”。

25.12.20223彎扭葉片產(chǎn)品圖25.12.20224特征截面的數(shù)據(jù)點(diǎn)圖25.12.20225葉片的三維實(shí)體造型（1）25.12.20226葉片的三維實(shí)體造型（2）25.12.20227葉片型面的制造特點(diǎn)分析

汽輪機(jī)彎扭葉片是典型的多軸數(shù)控加工零件。主機(jī)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(jī)床采用瑞士進(jìn)口的五軸五工位加工中心，數(shù)控編程應(yīng)用與機(jī)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(gè)型面的加工，因此加工精度比較理想，只需經(jīng)簡(jiǎn)單的精拋光處理即可完成整個(gè)葉片的加工。但該工藝的缺點(diǎn)是加工設(shè)備太昂貴（一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心近二百萬(wàn)美元），加工成本太高，在目前情況下推廣普及有一定困難。25.12.20228工藝創(chuàng)新方案

根據(jù)該葉片的制造特點(diǎn)，我們將制造工藝創(chuàng)新的重點(diǎn)放在汽道型面的數(shù)控制造方式上。通過(guò)對(duì)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(dá)到同樣的目的。但目前四軸加工編程技術(shù)中較難實(shí)現(xiàn)考慮毛坯情況的粗加工策略問(wèn)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(jì)性，決定采用普通機(jī)床與三軸、四軸數(shù)控加工相結(jié)合的工藝方法。

25.12.20229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(gè)汽道型面25.12.202210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(cè)具：0-150游標(biāo)卡

0-300游標(biāo)卡

25-50外徑千分尺

50-75外徑千分尺

19.12.202211粗銑銑背背弧弧側(cè)側(cè)大大余余量量（（背背弧弧開開荒荒））設(shè)備備：：普普通通銑銑床床夾具具：：160mm平口口鉗鉗刀具具：：?25立銑銑刀刀測(cè)具具：：0-150游標(biāo)標(biāo)卡卡0-300游標(biāo)標(biāo)卡卡25-50外徑徑千千分分尺尺50-75外徑徑千千分分尺尺19.12.202212三軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工內(nèi)內(nèi)弧弧側(cè)側(cè)（基于于毛毛坯坯余余量量的的知知識(shí)識(shí)加加工工）設(shè)備備：：三三軸軸數(shù)數(shù)控控銑銑床床夾具具：：專專用用夾夾具具刀具具：：?20的立立銑銑刀刀、、R5球頭頭刀刀19.12.202213三軸數(shù)控控加工背背弧側(cè)（基于毛坯坯余量的的知識(shí)加加工）設(shè)備：三三軸數(shù)控控銑床夾具：專專用夾具具刀具：?20的立銑刀刀、R5球頭刀19.12.202214四軸精加加工整個(gè)個(gè)汽道型型面設(shè)備：四四軸加工工中心夾具：四四軸夾具具刀具：R5球頭刀19.12.202215技術(shù)路線線三維造型型夾具設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)控編程程測(cè)具設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)際加工工19.12.202216三維造型型在葉片造造型過(guò)程程中，我我們運(yùn)用用了在CAD/CAM/CAE各類軟件件中處于于中高端端市場(chǎng)的的PTC公司出品品pro/engineer19.12.202217造型方法法：采用離散散的數(shù)據(jù)點(diǎn)完完成點(diǎn)-線-面的造型方法法。pro/engineer19.12.202218夾具設(shè)計(jì)計(jì)19.12.202219夾具裝配后后示意圖夾具在加工工中心旋轉(zhuǎn)軸上采采用一夾一一頂方式裝裝夾夾具裝夾方方法：19.12.202220測(cè)具設(shè)計(jì)測(cè)量方案：：葉片汽道型型面加工質(zhì)質(zhì)量的評(píng)估估與檢驗(yàn)，，采用專門門設(shè)計(jì)的葉葉片測(cè)具來(lái)來(lái)進(jìn)行完成成。通過(guò)測(cè)測(cè)具上確定定的2－2及7－7兩個(gè)檢測(cè)截截面，使用用型線卡板板對(duì)其形狀狀進(jìn)行比對(duì)對(duì)測(cè)量。19.12.202221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。19.12.202222三軸編程過(guò)過(guò)程：加工方法：：采用三軸軸等高銑削削加工(WCUT)進(jìn)行粗加工工和半精加加工。三軸內(nèi)弧加加工三軸背弧加加工19.12.202223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(jìn)行精加工工。四軸編程過(guò)過(guò)程：19.12.202224實(shí)際加工1、刀具軌跡跡編輯19.12.2022252、后處理定定制通過(guò)IMSPost定制對(duì)應(yīng)機(jī)機(jī)床的后處處理模板19.12.202226數(shù)控控加加工工程程序序通過(guò)過(guò)IMSPost后置置處處理理生生成成的的四四軸軸加加工工程程序序19.12.202227實(shí)際際加加工工模模擬擬三軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工內(nèi)內(nèi)弧弧側(cè)側(cè)三軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工背背弧弧側(cè)側(cè)四軸軸精精加加工工整整個(gè)個(gè)汽汽道道型型面面19.12.202228附：：參參賽賽方方案案的的補(bǔ)補(bǔ)充充說(shuō)說(shuō)明明由于于葉葉片片材材料料采采用用1Cr12Mo，加加工工難難度度比比較較大大。。考考慮慮到到比比賽賽時(shí)時(shí)間間有有限限，，故故將將比比賽賽所所使使用用的的材材料料改改為為純純鋁鋁。。在在保保持持?jǐn)?shù)數(shù)控控制制造造工工藝藝方方案案不不變變的的情情況況下下，，對(duì)對(duì)葉葉根根等等的的制制造造工工藝藝作作了了一一些些調(diào)調(diào)整整。。參參賽賽前前，，我我們們考考慮慮先先完完成成四四軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工前前的的所所有有工工序序，，現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)只只演演示示汽汽道道型型面面的的四四軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工及及測(cè)測(cè)量量。。四四軸軸數(shù)數(shù)控控制制造造工工藝藝參參見見“四軸軸數(shù)數(shù)控控加加工工的的工工序序圖圖”。19