机床大讲堂第108讲——1092 mm叶片加工工艺研究（下）

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1092 mm叶片加工工艺研究（下）

导读

　　针对某超超临界机组所用的末级动叶片(1 092 mm)的结构工艺特点，设计先进工艺流程和专用工装，论述了加工中的技术难点，并采用叶片专用加工软件和高度智能的数控加工手段完成了该叶片的高效加工，满足了产品质量要求。

3.4.1 C.B.Ferrari机床加工

　　C.B.Ferrari机床产自意大利，是世界先进的五坐标加工机床之一，其CAM部分使用配套的专用叶片编程软件TS80，这种软件针对叶片不同部位有专门的加工策略。

　　叶身部分的加工采用专用加工卡片CO-PLANAR FOR BLADES编制，螺旋进给加工，5轴铣削，由于1 092 mm叶片的材料硬度高，韧性强，较难加工，经过对比试验，最终选定使用Φ16 mm的整体硬质合金刀头式球头刀加工，该刀具采用小步距，大切深的方式，保证了加工质量。

　　叶根、叶冠与汽道的相贯面加工采用软件的专用加工卡片编制，刀具均选用球头刀，采用4轴铣削模式，刀具主轴偏摆一个固定角度，以球头刀端点接触铣削加工，避免主轴与夹具干涉。

　　凸台部分采用软件的凸台专用加工卡片编制，半精加工使用Φ20 mm的镶刀片球头刀，加工时采用4轴方式，既保证余量均匀，又提高加工效率，生成的刀路轨迹如下图所示;精加工时使用Φ16 mm的整体硬质合金球头刀，采用螺旋铣削的方式，一层层均匀铣削，每刀的切削余量均匀，保证加工的表面质量，其刀路轨迹如图4所示。

　　对于凸台部分的汽道型面加工，TS80软件也有其专用的加工策略卡片。汽道按照凸台中心分成左右两部分，加工运算时自动避让凸台，避免刀具干涉，如图5所示。

3.4.2 Liechti机床加工

　　Liechti机床产自瑞士，也是世界知名的五坐标加工机床之一，其CAM部分使用专用叶片编程软件Turbosoft+。根据此机床刚性好的特性，我们选用了与C.B.Ferrari机床完全不同的刀具方案。

　　叶片造型完成后，将曲面转换成IGS格式读入软件。汽道部分的半精加工，使用镶方刀片的Φ32 mm玉米铣刀，这种刀具不仅端面，而且侧刃也可参与加工。对于相贯面等部位，可利用侧刃去掉部分余量，效率更高。最后精加工使用Φ28 mm的镶圆刀片的牛鼻铣刀，保证表面加工精度，提高加工效率。

　　针对叶根圆角部分的加工，由于造型使用的软件是Cimatron E，设计好的曲面转化为IGS格式的文件读入软件，而叶根处复杂的变径圆角造型导致最后读入的曲面发生数据丢失，曲面之间的相切关系已发生改变。所以使用软件编制程序时叶根圆角部分不能够直接将曲面按IGS格式读入，只有在Cimatron E中将叶根部分首先按截面位置处理成点云，最终以文本文档格式读入点坐标数据，经软件处理后生成圆角曲面。

　　叶根圆角生成后，针对这个部位的加工，软件也有两个专门的解决策略：

　　(1)Blade spiralmilling between one limit and one u-position;

　　(2)Fillet spiralmilling between one limit and one u-position.

　　我们选择了第二种策略，控制一个限制面以及汽道的轴向位置，并使刀具主轴偏转一定角度，避免干涉，选用Φ25 mm的镶刀片球头刀进行了该部位的加工。

　　凸台部分加工采用了软件的两种专用凸台加工策略：STL 5 axis level和STL 5 axis floor。这两种策略就凸台部分以及凸台处的汽道部分分别进行了定义，第一种针对凸台，第二种针对凸台处的汽道。粗、精加工均采用同样的策略，通过调整刀具每齿进给量、步距等参数来进行。由于凸台与汽道之间的过渡圆角为R11.2 mm，则选用了Φ20 mm的硬质合金镶片球头刀。该刀具的刀片设计了相应的螺旋角，可进行较大余量的切削。磨损后更换刀片，而刀体可以重复使用，尽量减少了由于刀具磨损对产品精度的影响，保证产品尺寸。凸台处的加工在此软件中分成了几个不同的部位分别加工。首先凸台的柱体部分采用层切式加工，保证每刀均匀切削，刀轴偏转角度自动计算，避免干涉。此刀路只加工凸台柱体部分，凸台顶面作为另外的面单独加工。针对凸台处的汽道，按内、背弧以及进、出汽侧分别加工。汽道处螺旋加工，加工时刀具自动计算偏转角度，避免和凸台之间的干涉。另外，进、出汽边也单独加工，如图6所示。

　　叶冠型线的加工：首先建立辅助面，将叶冠连成完整的整圈面，用Φ32 mm的玉米铣刀将叶冠型面整圈粗铣，均匀留余量。对于围带装配面的“V”型处，由于余量较大，所以单独将Φ32 mm铣刀倾斜相应角度，并利用侧刃去掉多余的余量，最后再使用球头刀将每个面单独精铣。

　　综上所述，针对两种不同类型的5轴联动机床，需采取不同的加工方式及刀具策略。由于上述两种机床都有对应的专用叶片编程软件，导致针对不同部位的加工方案会有不同。而两种机床在结构上也有不同，第一种机床采用的是蜗轮蜗杆结构，另一种采用的是力矩电动机结构，并且后者的机床刚性更好，这样一来我们在配置刀具时就会根据具体情况最终有了不同的方案。

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结语

　　1 092 mm叶片是目前火电机组中结构最复杂的叶片之一，几乎集合了叶片的所有难点。要制造高质量的该类产品，必须制定科学合理的工艺方案，并合理应用叶片专用加工软件，正确设计和选用现代工艺装备和五轴联动加工设备。我们通过精心的组织与设计工艺、工装和加工程序，及时的现场跟踪及服务，加工出的产品完全能满足产品图样的要求，目前已成功装配了两根转子。通过对该级别叶片的加工工艺方案的研究，掌握了此类型叶片的加工技术，对同类型零件制造有重要参考价值。

作者：甘娜等