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基于Cimatron E8.5的汽轮机叶片四轴数控加工工艺研究

2017/2/25    来源:互联网    作者:邢健  程艳艳      
关键字:叶片  Cimatron E8.5  四轴加工  走刀方式  
以汽轮机某一级T型叶根叶片为例,主要介绍了叶片的加工工艺设计,详细说明了应用Cimatron E8.5软件对叶片进行四轴数控加工编程及仿真加工的过程,重点分析探讨了沿轴线往复走刀方式和沿截面线螺旋走刀方式的特点,并在四轴数控机床上进行了叶片加工试验。试验验证了加工工艺设计的合理性以及Cimatron E8.5软件自动编程及仿真加工的可靠性,同时说明了选择合理的走刀方式能够显著提高加工效率。

    0 引言

    叶片是汽轮机组成的核心部件之一,其加工制造水平很大程度上影响着汽轮机的工作性能与效率。随着汽轮机行业技术的不断发展,叶片的加工方法由传统的手工加工发展到现在的数控加工,其加工质量与精度得到了很大的提高。目前,根据叶片型面的复杂程度可以分别选择三轴、四轴、五轴数控机床进行加工。三轴数控机床只能加工型面简单、扭曲较小的叶片,且毛坯需要二次装夹,影响加工精度。五轴数控机床可以很好地加工复杂型面的叶片,但由于价格昂贵,国内应用尚不广泛。四轴数控机床很好地解决了利用三轴与五轴加工叶片所带来的问题,所以研究如何利用四轴数控机床高效地加工出合格的叶片,对工业生产具有一定的参考意义。

    1 三维模型的建立

    三维模型的获得通常有两种途径: 一是通过已知数据或者图纸信息直接建立三维CAD模型,即我们通常所说的正向设计;二是只有实物却没有数据信息,需通过测量或扫描系统获得实物数据信息,然后利用成熟的CAD/CAM 技术,快速、准确地建立实体几何模型,即逆向设计。本文以汽轮机的某一级T型叶根动叶片为模型,利用激光扫描技术获取叶片截面数据,对数据优化处理后建立三维CAD模型。图1为叶片原型与通过逆向技术获得的三维CAD模型。

    1

    图1 叶片原型与三维CAD模型

    2 加工工艺设计

    2.1 材料与毛坯的选择

    汽轮机叶片是在高温高压的工况下使用,通常采用高强钢、不锈钢、高锰钢材料加工。汽轮机叶片毛坯的选择与其结构特点有关,常用的汽轮机叶片毛坯形式主要有:方钢,模锻、精锻、高速锻、半精锻、轧制、精密铸造。

    由文献可知,T型外包叶根等截面直叶片,汽道长度在100mm以内且生产批量较小时,选用方钢毛坯,大批量生产选用高速锻毛坯;T型外包叶根变截面动叶片,汽道长度在100mm~200mm之间,生产批量较小时选用方钢毛坯,大批量生产时,选用半精锻毛坯。本文试验所用叶片长度为186mm,在工业生产中应选用方钢毛坯,试验加工采用铝合金棒状毛坯。

    2.2 加工方案的确定

    2.2.1 加工过程分析

    试验叶片的毛坯一端用机床第四旋转轴的卡盘装夹,另一端用顶尖定位。叶片只有叶身部分属于复杂型面,因此本试验只研究叶身型面的加工。拟定两种切削加工方案:方案一是沿着叶片的轴线方向往复式走刀加工,如图2a所示,方案二是沿叶片截面轮廓线螺旋走刀加工,如图2b所示。对两种加工方案进行数控编程并仿真加工,综合对比分析,选择最优方案,并应用于试验加工。

         2     

    图2 走刀方式

责任编辑:张纯子
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