基于UG环境对次末级动叶片三轴数控加工研究

付贵言， 黎胜春

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

0 引言

汽轮机次末级叶片指汽轮机内蒸汽过程的最后几级叶片，通常指汽机低压缸的最后一两级叶片。因此次末级叶片是汽轮机各级叶片中比较长的一级，我们这里介绍汽轮机次末级动叶片长度在700mm左右的叶片的加工问题。

考虑到叶片的生产质量问题，并且由于机械加工设备的进步，现在汽轮机的大中型叶片基本都采用数控加工。但由于设备投入等原因，目前国内生产厂家采用五轴数控进行加工的相对较少，大多数生产厂家仍然应用三轴数控进行加工，其加工所用的刀具为直径32R5的棒铣刀，棒铣刀经济性虽高，但相对于球头刀来讲，加工时受到很多的限制。基于目前的生产情况，我们有必要对此类叶片在三轴数控上使用棒铣刀加工进行深入研究。

经过多年来对此类次末级动叶片的加工实践，并结合UG软件编程，现把一种比较成熟的在三轴数控机床上用直径32R5棒铣刀进行的加工方式阐述如下。

1 实体建模

在UG建模功能里，首先按叶片型线将叶片汽道部分完成实体，然后按产品图纸生成叶片的中间体及叶冠。这样是为了将根冠部位与汽道相接处的圆弧生成。次末级叶片的圆弧一般大于R15，而我们用的是直径32R5的刀加工，生成此处的圆弧，不会造成实际加工过切。

图2

2 程序制作

2.1 叶型分析

如图1所示，次末级叶片从汽道根部到冠部2/3处叶型多如此，从此叶片型线可以直观看出，进出汽边均高出内弧最低点处。

如图2所示，次末级叶片从汽道2/3位置处至冠部多为此叶型，此处叶片型线为进汽边处最低，逐渐走高至出汽边。

2.2 加工分析

我们利用三轴数控设备，叶片汽道分内背两序加工。两序分别加工时，叶片只有一个固定的装夹位置，即将叶片的背径向贴紧机床平面加工内弧型线，加工背弧型线时将叶片的内径向面贴紧机床平面。

2.2.1 内弧加工

1）我们通常的内弧加工方式是从进汽侧至出汽侧垂直汽道长度方向进行加工，那么图1的加工效果如图3图示，图2的加工效果如图4所示。可以看到，图4的部分可以完全铣出，但图3中的阴影部分不能铣出来，将作为余量残留下来。

图3

图4

图5

现在，我们采用一种新的加工方式来加工内弧，我们将图1所示的部位按图5所示进行加工，即在此部位按平行于汽道长度方向走刀。而在图2所示部位仍按原始方法走刀。这样，两种方式的结合，可将叶片汽道无余量残留地全部铣出。

2）加工内弧时，需要说明的是，模锻毛坯一般进出汽边余量是比较大的，通常会大于5 mm，个别毛坯厂提供的毛坯会在10 mm左右。从毛坯的实用性来说，虽然余量大，可以将叶片完全铣出来，但是在加工过程中，如果遇到这种毛坯，那么最好在铣内弧的程序里加上两小段程序，即切进汽边和切出汽边程序。具体的加工按照UG里的Flow Cut的驱动方式进行，这里不做详细介绍。

2.2.2 背弧加工

图6

图7

1）次末级叶片的毛坯几乎全部为模锻毛坯，汽道单面余量为3～5 mm，考虑我们使用的刀具为直径32R5的棒铣刀。如图6所示，可分析出，如果我们横向进刀理论上不大于5 mm，那么R5的棒铣刀可相当于球头刀。实际中一般采用3 mm横向进给进行加工。程序效果如图7所示。可在加工过程中，连续进给加工背弧。

2）在背弧加工时，我们也可以根据叶片汽道型线从根部至冠部的扭曲程度来确定是否采用另外的一种加工方式。即如果汽道扭曲没有接近90°时，我们可以选择从根部一直走刀至冠部，然后再从冠部走到根部这种连续的加工方式，其走刀轨迹相似于图5所示。

3 程序生成

在UG软件中，选择加工功能，在此环境中选择mill_contour类型中的F2XED_contour子类型进行加工，生成程序。程序的生成方面，根据三轴机床的数控系统不同，其生成的程序稍有不同，可根据机床说明书稍加变化即可。

通过上面的多种加工方式的组合，可非常有效率地将汽轮机次末级动叶片用直径32R5棒铣刀在三轴数控设备上生产出来。