数控技术在汽轮机上的应用

0 引言

　　叶片属于汽轮机基础部件，它是整个汽轮机的核心部位，叶片的质量直接关系着整个汽轮机的使用效率的高低，近些年，随着世界各国工业生产和高科技技术的迅猛发展，在各行各业对汽轮机的设计要求也越来越严格，叶片型面加工成了机械加工行业必须攻克和突破的关键之所在，所有一些传统的机械加工手段已经很难满足工业生产的需求。所以如何才能有效地提高汽轮机的工作效率，就必须要从技术上入手，通过技术革新才能有效地改善当前数控)jaT技术。笔者结合自己实际工作，就数控加工技术在汽轮机上的应用阐述一点自己的看法和经验。

1 汽轮机叶片结构特点

　　汽轮机最重要的部件就是叶片，叶片的质量直接关系着整个汽轮机的使用效率的高低。通常情况下，汽轮机的叶片都是划分成为两种类型，一种是动叶片，一种是静叶片。动叶片的主要组成部分包括叶根、叶身型面(叶片的基本部分)、拉筋、叶冠、中间体等五个部分组成。这中间叶身的结构最为复杂多变，通常所见的大多属于扭转型的自由曲面。一般情况下叶身型面分为进气边圆角、叶根圆角、拉筋、叶冠圆角、背弧(或背型面)、内弧(或内型面)、出气边圆角等七个部分。叶身型面都是由不同的截面型线进行拟合而形成的一种光滑而复杂的曲面，叶身型面由一组不等距或等距平行的截面型线构成的一种空间扭曲面，通常叶身部分的这一部分横截面叫做叶型，所有横截面的边缘称作为型线，一般情况下，一条型线都是由背弧、进气边圆弧、内弧和出气边圆弧三部分所组成的，型线直接关系着叶片的具体工作，很多的型面都是为等截面弯扭曲面和弯扭变截面。一般情况下，叶根的形式都是T形、菱形、枞树形和叉形几种。我们把外端的起固定作用的部分叫作叶冠。如果叶冠、叶根圆角比较小，则叶片气道的进、出气边比较薄。

2 叶片的数控加工工艺

　　叶片的气道决定了整个汽轮机的发电功率，所以说叶片在确保汽轮起的质量方面是相当重要的。叶片的数控加工技术是衡量一个企业乃至一个国家在汽轮机制造方面的技术指标。一些发达国家在机械加工行业已经开始大量地使用数控设备的加工叶片技术，所以，作为发展中的我们，必须把完善和革新叶片的数控加工技术最为一个重大研究课题。在实际工作中数控加工叶片的优越性表现在很多的方面，比如通过数控叶片加工技术可以提高叶片的加工质量，从而确保叶片型线更接近理论上的叶型；通过数控叶片加工技术可以不断提高和改进叶片的加工效率：通过数控叶片加工技术能够逐步降低工人的劳动强度等等较为现实的工作。汽轮机叶片的材料大都属于不锈钢，比较难以加工的材料，常用的有2Crl2MoV、2Crl3、1Crl3等，上述材料韧性也比较大、热硬性也比较好、强度都比较高、加工的时候也容易变形，所以)JnT的难度比较大。汽轮机的叶片毛坯最常见的有三种：方钢毛坯、锻造毛坯、精密铸造毛坯。这里面锻造毛坯大多都是用于结构简单的静叶片或动叶片的制造；而方钢毛坯经常用于整体尺寸比较小的一些精密叶片；精密铸造毛坯主要用于那些结构比较复杂、锻造工艺相对又比较难、加工的余量又比较小的叶片。

3 基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工

　　随着CAD／CAM技术不断的完善和发展，自动数控编程技术逐步走进了机床加工和设计领域，通过自动的编程就可以直接把需要加工的零件信息通过网络传输给加工机械，使一些难以加工的机械器件，都转化成为具体的数控加工相应程序，通过一些相对比较简易的指命就可以完成对汽轮机叶片的加工。目前应用较成熟的CAD／CAM软件有UG、Mastercam、Pro／E等，基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工流程通常情况下都是由两大部分进行完成的：其一，CAD的处理过程：其二，并联机床的加工过程加工内容主要分为叶片的叶根、叶身型面、叶冠及叶根与叶身、叶冠的交接面。基于Pro／E或UG的叶片数控加工编程主要包含了以下几点的内容：叶片零件的三维造型：确认叶片的数控加工具体的工艺方案和流程，确认叶片的数控加工具体工具如刀具、量具和夹具等；刀位的计算以及所生成的刀具准确运动轨迹：刀具运动轨迹校验、仿真和编辑，并生成相应的刀位文件：最后还要依据后置处理程序把刀位文件转换成为数控机床可读的NC代码。

　　采用UG软件进行叶片的数控加工，其数控加工编程通常都是在UG／CAM中生成了刀具具体轨迹之后，在进行相应的干涉校验和加工仿真，可以把信息输出和加工数据看作为刀位源的具体文件(CLSF)。刀位源文件(CLSF)主要涵盖了加工坐标系信息、刀具信息、姿态信息和刀具位置以及各种加工辅助命令信息等，还需要经过后置处理器，将其转变为机床能够接受的数控程序，也可以选择并联机床自带的后处理程序进行后处理。UG软件提供了各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型，在每种加工类型中包括了多个加工模块。应用加工模块可快速建立加工操作。在交互操作过程中，在图形方式下交互编辑刀具路径，生成适合具体机床的数控加工程序。

4 结束语

　　通过上述设计和改进，将去叶片毛坯的余量工序改在了普通机床上进行完成，大大缩短了叶片在数控机床上加工的时间，利用数控机床加工精度高的特性，完成叶片型面的精加工工序。叶片加工的刀具耐用度与切削用量之间不是单纯的函数关系，必须找出其最佳组合，优化切削用量。同时选好铣削刀具，提高切削参数，完善数控程序设计，用足用好数控机床，充分发挥其经济效益，为加工汽轮机叶片开创新的工艺思路。