汽轮机弯扭动叶片汽道型面的四轴数控制造

2019/8/131汽轮机弯扭动叶片汽道型面的四轴数控制造常熟理工学院（筹）机电工程系2019/8/132弯扭叶片简介该叶片为国内某大型汽轮机集团200MW机组中的低压缸八级动叶片。为了提高机组的工作效率，其叶型设计为曲面形状较复杂的弯扭形式，参见“动叶片产品图”及“动叶片三维模型”。弯扭叶型的特征截面采用大量离散点构成的列表曲线来定义，这在提高型线描述准确性的同时，也增加了型面定义的复杂程度，参见“特征截面点图”。2019/8/133弯扭叶片产品图2019/8/134特征截面的数据点图2019/8/135叶片的三维实体造型（1）2019/8/136叶片的三维实体造型（2）2019/8/137叶片型面的制造特点分析汽轮机弯扭叶片是典型的多轴数控加工零件。主机厂目前采用的制造工艺是：在方坯完成叶根及内背径向面的加工后，其汽道型面的粗精加工采用五轴数控加工一次完成。机床采用瑞士进口的五轴五工位加工中心，数控编程应用与机床配套的专业叶片编程软件。由于采用一次装夹完成整个型面的加工，因此加工精度比较理想，只需经简单的精抛光处理即可完成整个叶片的加工。但该工艺的缺点是加工设备太昂贵（一台五轴联动加工中心近二百万美元），加工成本太高，在目前情况下推广普及有一定困难。2019/8/138工艺创新方案根据该叶片的制造特点，我们将制造工艺创新的重点放在汽道型面的数控制造方式上。通过对该叶片的三维造型，发现采用四轴加工代替五轴加工完全可以达到同样的目的。但目前四轴加工编程技术中较难实现考虑毛坯情况的粗加工策略问题，不能很好地解决加工质量与加工效率的统一。为此，综合考虑加工质量要求与加工经济性，决定采用普通机床与三轴、四轴数控加工相结合的工艺方法。2019/8/139方案介绍粗铣内弧侧大余量（内弧开荒）粗铣背弧侧大余量（背弧开荒）三轴数控加工内弧侧（基于毛坯余量）三轴数控加工背弧侧（基于毛坯余量）四轴精加工整个汽道型面2019/8/1310粗铣内弧侧大余量（内弧开荒）设备：普通铣床夹具：160mm平口钳刀具：Ø25立铣刀测具：0-150游标卡0-300游标卡25-50外径千分尺50-75外径千分尺2019/8/1311粗铣背弧侧大余量（背弧开荒）设备：普通铣床夹具：160mm平口钳刀具：Ø25立铣刀测具：0-150游标卡0-300游标卡25-50外径千分尺50-75外径千分尺2019/8/1312三轴数控加工内弧侧（基于毛坯余量的知识加工）设备：三轴数控铣床夹具：专用夹具刀具：Ø20的立铣刀、R5球头刀2019/8/1313三轴数控加工背弧侧（基于毛坯余量的知识加工）设备：三轴数控铣床夹具：专用夹具刀具：Ø20的立铣刀、R5球头刀2019/8/1314四轴精加工整个汽道型面设备：四轴加工中心夹具：四轴夹具刀具：R5球头刀2019/8/1315技术路线三维造型夹具设计数控编程测具设计实际加工2019/8/1316三维造型在叶片造型过程中，我们运用了在CAD/CAM/CAE各类软件中处于中高端市场的PTC公司出品pro/engineer2019/8/1317造型方法：采用离散的数据点完成点-线-面的造型方法。pro/engineer2019/8/1318夹具设计2019/8/1319夹具装配后示意图夹具在加工中心旋转轴上采用一夹一顶方式装夹夹具装夹方法：2019/8/1320测具设计测量方案：叶片汽道型面加工质量的评估与检验，采用专门设计的叶片测具来进行完成。通过测具上确定的2－2及7－7两个检测截面，使用型线卡板对其形状进行比对测量。2019/8/1321数控编程数控加工编程采用了在智能化三轴加工、多轴加工及加工模拟仿真技术上比较优秀的CimatronitV12软件。后置处理采用Cimatronit附带的专业后置处理软件IMSPost。2019/8/1322三轴编程过程：加工方法：采用三轴等高铣削加工(WCUT)进行粗加工和半精加工。三轴内弧加工三轴背弧加工2019/8/1323加工方法：在三轴加工的基础上用四轴曲面参数(SURMILL)与曲线多轴加工(CURVE_MX)进行精加工。四轴编程过程：2019/8/1324实际加工1、刀具轨迹编辑2019/8/13252、后处理定制通过IMSPost定制对应机床的后处理模板2019/8/1326数控加工程序通过IMSPost后置处理生成的四轴加工程序2019/8/1327实际加工模拟三轴数控加工内弧侧三轴数控加工背弧侧四轴精加工整个汽道型面2019/8/1328附：参赛方案的补充说明由于叶片材料采用1Cr12Mo，加工难度比较大。考虑到比赛时间有限，故将比赛所使用的材料改为纯铝。在保持数控制造工艺方案不变的情况下，对叶根等的制造工艺作了一些调整。参赛前，我们考虑先完成四轴数控加工前的所有工序，现场只演示汽道型面的四轴数控加工及测量。四轴数控制造工艺参见“四轴数控加工的工序图”。2019/8/1329谢谢大家！