一種大型柔性葉片的高效數控加工方法技術

一種大型柔性葉片的高效數控加工方法，本發明專利技術涉及大型柔性葉片的高效數控加工方法。本發明專利技術的目的是為了解決現有方法加工時間長、生產成本高以及葉片加工時顫刀等引起的葉片表面坑洼不平的問題。過程為：一、葉片凸臺加工：葉片凸臺位于葉片的中間位置，采用登高輪廓銑的方式進行銑削加工去除余量，經過登高輪廓銑去除余量以后，使用面銑刀采用30°—45°之間的側傾角將葉片凸臺與汽道之間的汽道圓角加工到產品要求的尺寸；二、汽道加工：采用等步距的方式加工，刀具采用直桿四軸聯動加工方式或采用鑲嵌方肩刀片R1.6的玉米銑刀；三、汽道加工完成后進行合金槽加工完成柔性葉片的高效數控加工方法。本發明專利技術應用于汽輪機領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及大型柔性葉片的高效數控加工方法。
技術介紹
目前，末級大葉片加工時間長，一片1375葉片加工時間為38個小時，一片1029葉片加工時間為24個小時，單只葉片加工時間過長嚴重影響了葉片的生產進度。加工過程中常常出現“坑點”、“搓衣板”等現象，也嚴重影響葉片質量，如圖1所示。同時，加工完成的葉片有一定比例由于振動造成葉片報廢，無形中增加了葉片的投料成本。以往的解決方式一一分層加工導致刀片消耗嚴重，僅以1375葉片精銑汽道為例，兩層精銑凸臺周邊汽道需要耗費R3.1非標準方肩刀片(專門定制)25片，大大地增加了葉片加工的生產成本。這些都是目前大型柔性葉片加工急需要創新改進的內容。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有方法加工時間長、生產成本高以及葉片加工時顫刀等引起的葉片表面坑洼不平的問題，而提出。上述的專利技術目的是通過以下技術方案實現的:步驟一、葉片凸臺加工:葉片凸臺位于葉片的中間位置，采用登高輪廓銑的方式進行銑削加工去除余量，經過登高輪廓銑去除余量以后，使用面銑刀采用30° — 45°之間的側傾角將葉片凸臺與汽道之間的汽道圓角加工到產品要求的尺寸；其中，汽道圓角加工時汽道與汽道圓角相連部分的余量剩余3mm不加工;汽道與汽道圓角相連部分的余量由鑲嵌R10柳葉刀片的球頭刀D20加工去除；層銑凸臺及層銑凸臺邊緣不大于20mm內時，采用燕尾仿形銑刀D32鑲嵌R5圓刀片；步驟二、汽道加工:采用等步距的方式加工，刀具采用直桿四軸聯動加工方式或采用鑲嵌方肩刀片R1.6的玉米銑刀；汽道錐面采用鑲嵌R6圓刀片的D40仿形刀將汽道錐面加工到余量0.2mm;汽道型線、葉片圍帶型線加工:采用直桿四軸聯動加工汽道型線和葉片圍帶型線到余量0.2mm;步驟三、葉片凸臺和汽道加工完成后進行合金槽加工:采用來回銑合金槽型線，一刀順銑一刀逆銑，切深:0.2mm，轉速S = 5000/min，進給量F= 1600，刀具D10R1，完成柔性葉片的高效數控加工方法。專利技術效果1、加工效率上:原加工工藝方案耗時38個小時(1375葉片)、28個小時(1029葉片)，新工藝方案耗時僅為20個小時(1375葉片)、16個小時(1029葉片)，數據為實際生產加工時間，加工時間短，降低了生產成本。同時，解決了葉片加工時顫刀等引起的葉片表面坑洼不平的現象。2、刀片耗費上:1029 葉片原加工方案耗費D40R6刀片1.5片，D40R5刀片4片，D40R3.1刀片7.5片;新工藝方案耗費D32R1.6刀片8片。1375 葉片原加工方案耗費D40R5刀片15片，D40R3.1刀片15?20片;新工藝方案耗費D32R1.6刀片10片。3、表面質量方面:原工藝方案表面質量光滑，刀紋細密;新方案表面質量較原方案差，刀紋較粗，但符合拋光處理要求。葉片的表面質量如圖12。4、葉片各關鍵尺寸方面:1)、葉片長度方向變形量< 1.5mm，符合工藝要求。2)、葉片型線曲率符合工藝尺寸要求。3)、表面精度符合拋光要求。【附圖說明】圖1為1375葉片表面出現的“搓衣板”顫紋圖；圖2為凸臺周邊層銑去余量圖；圖3為四軸精銑汽道所采用的加工方式圖圖4為銑刀對葉片的作用力圖圖5為根冠圓錐面加工圖圖6為根冠汽道、圓角加工圖圖7為五軸聯動精銑合金槽所采用的方式前后對比圖圖8為燕尾仿形銑刀D32R5圖圖9為玉米銑刀圖圖10為仿形銑刀D40R6圖圖11為D20R10柳葉刀圖圖12為新方法加工的大葉片表面質量圖；圖13為法拉利五軸加工中心(機床型號N530)葉根方位夾具為葉根齒形夾具圖；圖14為層銑、登高輪廓銑加工方式圖；圖15為法拉利五軸加工機床俯視圖；圖16為法拉利五軸加工機床側視圖。【具體實施方式】【具體實施方式】一:結合圖15、圖16說明本實施方式，本實施方式的具體為:該方案使用的是法拉利五軸加工中心(機床型號N530)葉根方位夾具為葉根齒形夾具，如圖13該夾具與葉根型線完全一致，與葉根抱死固定;葉冠為壓板式固定；加工順序:先加工凸臺—凸臺圓角—凸臺周邊汽道部分—向兩側根冠方向加工其他部分；步驟一、葉片凸臺加工:如圖2所示(圖示部分為葉片的凸臺(專業術語:英文縮寫:snub)部分，)葉片凸臺位于葉片的中間位置，葉片五軸機床加工前的毛坯是由四軸機床加工后得到的，由于四軸機床自身自由度的限制，造成了上圖所示五軸機床加工前凸臺部分與實際產品相比:法線方向余量不均勻。若采用以往的仿形精加工，會造成余量大的地方噪聲大，刀具磨損嚴重甚至折斷刀片。采用登高輪廓銑的方式，多個工位進行銑削加工去除余量，目的是使葉片凸臺部分法線方向余量均勻，為后續仿形精加工去余量。單面剩余余量葉片加工后的曲面與實際產品相比:法線方向上剩余:0.7mm，如圖2所示。層銑時層銑就是登高輪廓銑。通過每一層的加工將葉片的曲面加工出來;經過登高輪廓銑去除余量以后，考慮葉片根冠相對剛性較好，可以不再分層，使用面銑刀(面銑刀為通用刀具，什么廠家都有)采用30° — 45°之間的側傾角將葉片凸臺與汽道之間的汽道圓角加工到產品要求的尺寸;這是由于此時葉片凸臺部分余量均勻，故不必擔心某處余量大造成的振動等問題。那么，由于圓錐面余量大，故錐面的加工采用D40R6的粗銑刀直接將根冠圓錐面加工到余量0.2mm;其中，汽道圓角加工時汽道與汽道圓角相連部分的余量剩余3mm不加工；原因是，粗銑刀越向圓角部分加工，切削量就越大;滿刀切削容易造成“悶刀”。所以粗銑刀不用將汽道和圓角部分加工到工藝尺寸，留量3mm即可。汽道與汽道圓角相連部分的余量由鑲嵌R10柳葉刀片的球頭刀D20加工去除；如圖5所示;走刀方式形似銑刀“推著走”，如圖6所示，圖11為柳葉刀圖。層銑凸臺及層銑凸臺邊緣不大于20mm內時，葉片余量大且不均勻，采用燕尾仿形銑刀D32鑲嵌R5圓刀片；圓刀片的特點是抗沖擊較好，刀體直徑小于切削直徑，有利于避讓凸臺容易實現復雜走刀軌跡，故此種燕尾仿形銑刀適合此序加工。如圖8，圖14;步驟二、汽道加工:不再采用以往變步距的方式(中分面與起始面不平行)加工，而是采用等步距的方式(中分面與起始面平行)加工，這是因為變步距加工汽道容易造成葉片受力不均，從而造成葉片加工過程中出現顫紋，如圖3所示，繞圈加工的每層刀軌都是相互平行等步距的；為了減小銑刀對葉片的作用力，刀具采用直桿四軸聯動加工方式或采用鑲嵌方肩刀片R1.6的玉米銑刀;通過試驗證明:R太小的R0.8刀片磨損太快，而R較大的R3.2刀片加工時對葉片的作用力過大，出現顫紋。如圖9;汽道錐面加工:由于根冠周邊部分剛性較好，采用鑲嵌R6圓刀片的D40仿形刀將汽道錐面加工到余量0.2mm;如圖10;汽道型線、葉片圍帶型線加工:由于葉片剛性差，受力大時容易出現讓刀現象出現顫紋，考慮放棄五軸聯動加工葉片型線的方式，采用直桿四軸聯動(型號:1375葉片、1029葉片)、大切深、小步距、一步到位高速加工汽道型線和葉片圍當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大型柔性葉片的高效數控加工方法，其特征在于一種大型柔性葉片的高效數控加工方法具體為：步驟一、葉片凸臺加工：葉片凸臺位于葉片的中間位置，采用登高輪廓銑的方式進行銑削加工去除余量，經過登高輪廓銑去除余量以后，使用面銑刀采用30°—45°之間的側傾角將葉片凸臺與汽道之間的汽道圓角加工到產品要求的尺寸；其中，汽道圓角加工時汽道與汽道圓角相連部分的余量剩余3mm不加工；汽道與汽道圓角相連部分的余量由鑲嵌R10柳葉刀片的球頭刀D20加工去除；層銑凸臺及層銑凸臺邊緣不大于20mm時，采用燕尾仿形銑刀D32鑲嵌R5圓刀片；步驟二、汽道加工：采用等步距的方式加工，刀具采用直桿四軸聯動加工方式或采用鑲嵌方肩刀片R1.6的玉米銑刀；汽道錐面采用鑲嵌R6圓刀片的D40仿形刀將汽道錐面加工到余量0.2mm；汽道型線、葉片圍帶型線加工：采用直桿四軸聯動加工汽道型線和葉片圍帶型線到余量0.2mm；步驟三、葉片凸臺和汽道加工完成后進行合金槽加工：采用來回銑合金槽型線，一刀順銑一刀逆銑，切深：0.2mm，轉速S＝5000/min，進給量F＝1600，刀具D10R1，完成柔性葉片的高效數控加工方法。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆春明，郭長輝，付貴言，
申請(專利權)人：哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23