1、 引言

　　倒梯形葉根動葉片是汽輪機(jī)動葉片中最常見的結(jié)構(gòu)形式。倒梯形葉根葉片多為高壓缸葉片，其工作環(huán)境極其惡劣，給設(shè)計、制造都提出了更高要求。制造水平的好壞將直接影響產(chǎn)品的性能、效率及運(yùn)行的安全性。以往此類型葉片傳統(tǒng)的加工方法均采用分工序加工，即運(yùn)用不同的機(jī)床加工不同的部位，通過不同部位的依次加工，完成整只葉片的加工。這種加工形式存在基準(zhǔn)的多次轉(zhuǎn)換，由此產(chǎn)生的公差累計，往往會導(dǎo)致葉片在轉(zhuǎn)子裝配時出現(xiàn)問題。而分工序加工需要每道工序?qū)?yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)的專用刀具、夾具、量具，加工成本高。分工序的加工方式也給車間生產(chǎn)管理帶來難度，使組織生產(chǎn)管理變得復(fù)雜化，生產(chǎn)效率較低。近年來隨著法拉利五軸數(shù)控機(jī)床陸續(xù)投入生產(chǎn)使用，現(xiàn)已可采用五軸機(jī)床集成加工方法對倒梯形葉根葉片進(jìn)行加工。用此方法可避免由分工序加工所產(chǎn)生的累計誤差，從而保證單只葉片產(chǎn)品圖紙設(shè)計要求及裝配要求。減少人力及工裝的投入成本，也相應(yīng)地簡化了車間的生產(chǎn)管理，提高了加工效率。

2、 倒梯形葉根動葉片集成加工方法具體研究

　　2.1 分析葉片機(jī)構(gòu)制定合理的加工方案

　　所研究加工的葉片結(jié)構(gòu)形式為倒梯形葉根，內(nèi)、背徑向為斜棱形，汽道為變截面，根、冠面為圓錐面。葉片具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示

　　該葉片裝配要求非常高，葉根兩肩與輪槽兩肩配合，要求葉根與輪槽貼合面的兩肩位置度為0.04mm，葉根與圍帶的徑向角允差不大于0.03。由于葉根的精度要求相對最高，故我們將葉片裝夾端定在葉根端，頂緊端為葉頂端。毛坯形式采用方鋼，分別在葉根與葉頂方向留適當(dāng)工藝頭，用于加工時裝夾頂緊用。五軸機(jī)床集成加工部位除葉根端面、葉頂端面外其余部位全部加工。葉根、葉冠端面待集成加工后鋸斷、銑削。由此完成整只葉片的加工。

　　2.2 集成加工流程

　　倒梯形葉根動葉片大多為中小葉片，毛坯采用方鋼毛坯，整體加工去除量相對較小，故我們將葉片各部位的粗、精加工全部安排在五軸機(jī)床上。選用TS85、TS35 專用軟件進(jìn)行編程。

　?。?）整體方鋼毛坯粗加工去余量

　　由于毛坯形式采用的是方鋼毛坯，葉片各部位的余量不均勻，需將葉片大部分的加工余量去除。我們選用三軸輪廓銑模式進(jìn)行層切加工，選用直徑準(zhǔn)40、刀尖圓角R5 硬質(zhì)合金鑲片立銑刀，此刀具具有較大的刀尖圓角R，刀具使用壽命長。這種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。粗加工給后續(xù)加工留0.6mm 的余量，確保后續(xù)精加工尺寸。

　　（2）進(jìn)、出汽側(cè)平面及徑向裝配面的加工

　　徑向裝配面及進(jìn)、出汽側(cè)平面選用面銑加工方法，運(yùn)用直徑準(zhǔn)50、刀尖圓角R0.4 硬質(zhì)合金鑲片立銑刀加工。加工時單面分兩刀加工，第一刀給第二刀留0.05mm余量進(jìn)行光整，保證裝配面的粗糙度。刀具軌跡如圖2所示。

　　加工時先加工進(jìn)、出汽側(cè)，之后加工內(nèi)、背徑向裝配面。

　?。?）倒梯形葉根梯形槽及端面倒角的加工

　　梯形槽的加工精度直接關(guān)系到葉片與轉(zhuǎn)子裝配的質(zhì)量及機(jī)組運(yùn)行的安全性。葉根兩肩位置度、T 型槽寬度及葉根槽中徑在此工步保證。我們在三軸輪廓銑模式下加工葉根圓弧槽，由于圓弧槽槽底圓角有兩種R3、R1.5 尺寸，故運(yùn)用了直接準(zhǔn)16，R3、準(zhǔn)16，R1.5 兩種硬質(zhì)合金鑲片立銑刀加工。葉根端面倒角采用立銑頭轉(zhuǎn)角度、立銑刀側(cè)刃加工的方式。刀具軌跡如圖3 所示。

　?。?）汽道的半精、精加工

　　汽道的加工分為兩部分進(jìn)行：汽道型線部分；圓角部位及根冠錐面部位。汽道型線部分：加工模式選為5 軸掃描銑方式，橫向螺旋銑削汽道內(nèi)背弧型面。汽道為開放式，若選用球頭刀具，會大大降低加工效率。由于汽道為變截面、高度尺寸相對短小，加工時不宜選用大直徑刀具，經(jīng)過模擬計算我們最終選用了準(zhǔn)16、刀尖圓角R4 硬質(zhì)合金鑲片立銑刀加工汽道。刀具軌跡如圖4 所示。

　　圓角部位及根冠錐面：根冠錐面與汽道相冠，需要清根加工。葉根相冠圓角R5、葉冠相冠圓角R3，故加工時分別選用了準(zhǔn)10、R5，準(zhǔn)6、R3 硬質(zhì)合金鑲片球頭立銑刀進(jìn)行加工。

　　根部刀具軌跡如圖5 所示。

　　冠部刀具軌跡如圖6 所示。

　　至此完成集成加工的所有內(nèi)容。

3、 結(jié)語

　　葉片通過集成加工，其各部位尺寸均達(dá)到產(chǎn)品圖紙設(shè)計要求及裝配要求，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，驗證了其加工工藝方法的合理性。通過集成加工簡化了工藝流程，便于生產(chǎn)組織管理，集成加工每只葉片約需1.5h，比以往分序加工節(jié)省了大量時間，縮短了加工周期，大大地提高了加工效率。而且節(jié)約了大量的工裝費(fèi)用，帶來可觀的效益。集成加工最大優(yōu)點(diǎn)就是一次裝夾，避免了以往加工過程中基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)換所帶來的累計誤差，提高了機(jī)組的裝配質(zhì)量。通過此次對倒梯形葉根動葉片的加工方法研究，我們很好地掌握了五軸機(jī)床集成加工的方法，為今后中小葉片的集成加工做了技術(shù)儲備。