摘要：汽轮机是将蒸汽能量转换为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平机械。主要作为发电设备的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机排汽或中间抽汽作用满足生产和生活的供热需要。利用蒸汽热能在蒸汽轮机内绝热膨胀后通过汽轮机动叶片推动转子，将机械能转化为电能。随着CAD/CAM技术的广泛应用，显著提高了汽轮机叶片的设计和制造水平，缩短了研制和生产周期，大大降低了制造成本，推动了汽轮机技术的不断进步。作者从传统的叶片加工工艺路线中总结经验，进行大胆创新，经过长期论证，形成集成数控加工工艺路线方案。
关键词：汽轮机叶片;数控加工;集成加工;工艺分析
引言
叶片在汽轮机中承担着把蒸汽的热能转化为机械能的重要任务，是汽轮机中最重要的零部件之一，传统的加工较难达到要求且效率低，如今的叶片制造企业已逐渐使用数控机床来加工复杂的叶片型面。有关面向叶片型面加工的数控技术也成为叶片现代制造技术的关键。叶片一般所处的环境较恶劣，需要有较高的强度、抗腐蚀、抗疲劳和抗冲击能力，因而叶片的质量要求很高。其次，叶片形状复杂，对其加工要求也越来越高，传统的加工方法存在效率低、劳动强度大等缺点。
1叶片加工的相关内容
1.1叶片加工内容
叶片的加工主要包含了几个方面，主要是叶根、叶身、叶冠、过度角加工等方面。其中叶片的叶身使叶片工作的主要位置，对其加工通常使用的是叶片型面加工完，以精抛光的方式达到工艺要求。另外，叶片的叶根，主要作用是安装以及定位，对于他的加工要求非常高，要求精度以及光洁度都要高。
1.2叶片毛坯的分类
叶片的毛坯主要可以分为三种，即模锻型、方钢型以及精铸型的毛坯。
1.3叶片加工特点及难点
首先，叶片加工通常先加工叶根，将叶根作为定位基准进行夹装，叶片的叶冠需要用顶针支住，最后进行叶片型面加工。其次，叶片的加工要求非常高，对于材料的选择严格要求，叶片材料通常选用钛合金材料或者是高温合金材料，选用这两种材料更能适应叶片复杂的工作环境。然而以这两种材料进行加工时，切削线的速度很慢，对刀具的磨损很严重，因此，道具的选择要锋利以及耐磨损。
最后，叶片的刚性比较差，不易夹装，加工时工件容易变形，特别是叶片型面加工时刀具通过出气边时，工件变形严重，刀具振动幅度比较大，加工出来的叶片表面有明显的振纹。
2叶片型面加工
2.1叶片型面粗加工加工方法
2.1.1分层铣削法
叶片夹装在机床上，并沿机床的A轴选装，刀具沿Z轴车削，再沿X轴车削一层，反复车削，直至加工到位。
2.1.2车铣法
工件沿Z轴车削，加工到位后，退刀。然后沿X轴进刀加工。
2.1.3线性铣削
对叶片型面进行面铣削，去掉型面多余的部分。
2.1.4螺旋铣削法
刀具绕叶片型面反复回转一周，铣刀选用玉米仿形的，切削的深度一次性达到粗加工工的要求，同时还要沿X轴进刀，刀具的切削轨迹为径向螺旋的铣削线。
2.2叶型的半精加工
叶片型面的半精加工通常使用螺旋线铣削方式，刀具切削轨迹是刀具绕叶片型面一整周形成的螺旋形状的线性轨迹。这种半精加工的特征：叶片型面整周切削时，刀具切削轨迹比较光滑，且是连续性的，切削速度可以比较高；型面切削时，叶片是受力比较对称，弓箭的变形可能性小。
2.3叶片型面的精加工
叶片型面的精加工使用的是螺旋铣的方式进行精加工的，刀具选用POHX08的仿形铣刀，这种铣刀可以降低加工时间，刀具使用时间延长，成本比较低。
3叶片加工工艺分析
叶片的数控加工流程包括叶片的建模过程和数控加工过程两部分，其中加工部分主要有叶根、叶冠、气道型面及其它型面，而叶片加工工艺难点主要存在三个方面:第一、毛坯锻造为模锻，常用的材料为不锈钢制造，如1Cr13、2Cr13等，其热硬性好、强度高、韧性大、加工易变形，加工难度大。第二、叶片的切削变形大，刀片易磨损。第三、叶片结构复杂，多为变截面扭曲叶片，加工精度和加工工艺要求高。针对以上工艺难点，提出了集成加工工艺方案:下料—粗加工(铣削)—线切割—精加工(铣削)—锉削—抛光—清整—检查—探伤—测频。下面对传统加工和集成加工的工艺路线相比较，以分析集成加工工艺的特点。
3.1传统加工工艺
传统加工工艺路线
对于叶片型面的数控加工，传统的方法主要是用球头或鼓形铣刀在多轴数控机床上完成。在传统的加工工艺中，一件叶片需要经过数十道工序加工。其加工特点是大量使用普通机床逐序进行加工。其加工特点是大量使用普通机床逐序进行加工。如表1所示为大多数动叶片的传统加工工艺路线。
在现今叶片加工的发展趋势下，产品要求生产周期大大缩短，这种传统的加工工艺已经严重制约了产品的生产周期和产品的质量。这些突出的缺陷表现在以下几个方面:
3.1.1物料转运周期长
因工序分散，物料在生产过程中，不停的从上工序(机床)转移到至下工序(机床)从而导致物料转运周期加长。
3.1.2生产周期长
工序分散，校模次数增加，从而导致生产周期变长。
3.1.3质量的稳定性不能得到保证
操作工的技能差异、重复定位、装夹方式、各机床精度及差异、刀具的使用等等综合因素，使质量控制十分困难，同批次的不合格品率高。
3.1.4加工工艺可混序加工
工序分散带来的另一个问题就是可混序加工，会导致同序定位基准发生转移，从而影响其他工序的正常加工。
3.2集成加工工艺
和叶片加工的传统加工工艺相比，叶片的集成加工主要是传统工艺中的叶片加工集中到集成加工的粗加工以及精加工两种加工工序上。集成加工工艺的特点主要是：第一，物料转运周期短，转运次数降低。第二，生产周期大大缩短。第三，工序集中，重复定位误差、装夹误差等得到有效的控制。第四，加工精度、质量由高精度数控设备和数控程序来控制，减少人为因素干扰。第五，操作工人劳动强度大大减轻。第六，工序校模周期缩短。以上分析表明，传统的加工工序步骤多、效率低，采用集成加工，使工序减少的同时能达到精度要求，不仅增加了加工过程的柔性和可控性，而且能缩短时间、提高效率，精加工过程充分利用五轴加工技术，避免了切削变形的发生。
4影响叶片集成加工因素解决办法
集成加工工艺主要是以传统加工工艺为基础，对其进行改良，将其加工工序集成到粗加工以及精加工两种加工工序上，使工件加工的精度得到大大提升。而叶片加工过程中会受到一些因素的影响，阻碍叶片加工的正常进行。
4.1机床的非线性误差
对机床进行前置处理时，要依据工件的形状来选用适宜的刀具，合理的走到方式以及刀轴控制方法，从而控制机床的非线性误差。在后置处理时，要依据机床的结构特征对机床误差进行校正，刀位点要选用适合的加密手段，以较少非线性误差。
4.2机床各轴精度
控制以及提高机床的各轴精度，要求集成加工的定位基准的选取，需要工件夹装要有一些余量；测量基准需要操作人员现场测量；编程基准以及物料基准使集成加工的加工基准与编程基准的X轴重合。
结束语
从叶片的加工内容进行简单介绍，分析了叶片的加工工艺。通过传统加工工艺与集成加工工艺进行比较，了解了集成加工工艺的优势所在。而对叶片集成加工影响的两种因素的解决办法进行简要分析，以免汽轮机叶片加工出现误差，实现叶片加工的精度与质量的提升。
参考文献
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[3]陈光明.基于并联机床的汽轮机叶片数控加工技术研究[J].机床与液压.2010(11)
论文作者:王玉敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/27
标签：叶片论文; 加工论文; 加工工艺论文; 工序论文; 机床论文; 刀具论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2018年第23期论文;