倒梯形叶根中小叶片五轴机床集成加工的方法研究

2013-08-13郭长辉李铁成

机械工程师 2013年3期

郭长辉，李铁成

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

1 引言

倒梯形叶根动叶片是汽轮机动叶片中最常见的结构形式。倒梯形叶根叶片多为高压缸叶片，其工作环境极其恶劣，给设计、制造都提出了更高要求。制造水平的好坏将直接影响产品的性能、效率及运行的安全性。以往此类型叶片传统的加工方法均采用分工序加工，即运用不同的机床加工不同的部位，通过不同部位的依次加工，完成整只叶片的加工。这种加工形式存在基准的多次转换，由此产生的公差累计，往往会导致叶片在转子装配时出现问题。而分工序加工需要每道工序对应准备相应的专用刀具、夹具、量具，加工成本高。分工序的加工方式也给车间生产管理带来难度，使组织生产管理变得复杂化，生产效率较低。

近年来随着法拉利五轴数控机床陆续投入生产使用，现已可采用五轴机床集成加工方法对倒梯形叶根叶片进行加工。用此方法可避免由分工序加工所产生的累计误差，从而保证单只叶片产品图纸设计要求及装配要求。减少人力及工装的投入成本，也相应地简化了车间的生产管理，提高了加工效率。

2 倒梯形叶根动叶片集成加工方法具体研究

2.1 分析叶片机构制定合理的加工方案

所研究加工的叶片结构形式为倒梯形叶根，内、背径向为斜棱形，汽道为变截面，根、冠面为圆锥面。叶片具体结构如图1所示。

图1 倒梯形叶根动叶片结构

该叶片装配要求非常高，叶根两肩与轮槽两肩配合，要求叶根与轮槽贴合面的两肩位置度为0.04mm，叶根与围带的径向角允差不大于0.03。由于叶根的精度要求相对最高，故我们将叶片装夹端定在叶根端，顶紧端为叶顶端。毛坯形式采用方钢，分别在叶根与叶顶方向留适当工艺头，用于加工时装夹顶紧用。

五轴机床集成加工部位除叶根端面、叶顶端面外其余部位全部加工。叶根、叶冠端面待集成加工后锯断、铣削。由此完成整只叶片的加工。

2.2 集成加工流程

倒梯形叶根动叶片大多为中小叶片，毛坯采用方钢毛坯，整体加工去除量相对较小，故我们将叶片各部位的粗、精加工全部安排在五轴机床上。选用TS85、TS35 专用软件进行编程。

（1）整体方钢毛坯粗加工去余量

由于毛坯形式采用的是方钢毛坯，叶片各部位的余量不均匀，需将叶片大部分的加工余量去除。我们选用三轴轮廓铣模式进行层切加工，选用直径φ40、刀尖圆角R5 硬质合金镶片立铣刀，此刀具具有较大的刀尖圆角R，刀具使用寿命长。这种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。粗加工给后续加工留0.6mm的余量，确保后续精加工尺寸。

（2）进、出汽侧平面及径向装配面的加工

径向装配面及进、出汽侧平面选用面铣加工方法，运用直径φ50、刀尖圆角R0.4 硬质合金镶片立铣刀加工。加工时单面分两刀加工，第一刀给第二刀留0.05mm余量进行光整，保证装配面的粗糙度。刀具轨迹如图2所示。

图2 加工进、出汽侧平面及径向装配面刀具轨迹

加工时先加工进、出汽侧，之后加工内、背径向装配面。

（3）倒梯形叶根梯形槽及端面倒角的加工

梯形槽的加工精度直接关系到叶片与转子装配的质量及机组运行的安全性。叶根两肩位置度、T 型槽宽度及叶根槽中径在此工步保证。我们在三轴轮廓铣模式下加工叶根圆弧槽，由于圆弧槽槽底圆角有两种R3、R1.5 尺寸，故运用了直接φ16，R3、φ16，R1.5 两种硬质合金镶片立铣刀加工。叶根端面倒角采用立铣头转角度、立铣刀侧刃加工的方式。刀具轨迹如图3所示。