摘要: 针对转子二维工艺加工效率低和数控机床利用率低的缺点,对三维工艺进行了探索研究。以典型转子的加工过程为模板,建立了实际加工的机床、刀具模型和转子成品、毛坯模型,利用EdgeCAM和Vericut软件进行了数控编程、虚拟加工、程序验真及修正,最后制作了三维工艺说明书和加工视频,将原纸质工艺与三维工艺进行了对比。结果表明,转子三维工艺清晰直观地展现了转子的整个加工过程,能够指导新员工独立完成加工任务,减少其学习时间,提高转子的生产效率,降低生产成本。
关键词：汽轮机；转子；三维；工艺
转子是汽轮机的重要部件,有着造价高、图纸复杂、加工要求高、工序复杂等特征。转子的设备一般是车床,汽轮车间采用的是数控车床,但依然是旧式的二维纸质工艺。在生产加工中,员工必须经常查看工艺卡和转子图纸。此外,操作比较熟练的数控员工较少,一些虽然是有着2~3年学习经历的学徒,但是他们离不开师傅的手把手教学。如果想培养一批操作比较熟练的数控人员,则必须投入许多人力、物力和精力。
由于计算机软件和计算机技术取得了不朽成绩,使用三维模型表达工艺信息已经成为一种形势。三维工艺可以直接展示加工过程,减少员工的学习时间,提高生产效率,因此研究转子三维可视化工艺很有必要。本文依靠数控编程软件和仿真软件所具有的优点,编写转子加工过程的数控程序,在转子进行实际加工前可以进行虚拟仿真检验,然后编写三维工艺说明书和录制加工视频。
一、典型转子的工艺调研
查看T8845转子的加工流程,包括最初的毛坯到最后的动平衡,一一记录每个工序在加工过程中使用到的机床型号、装夹方式、刀具和参数等。把所有信息汇总,编写加工工序图,如图1所示。在转子的粗加工、热处理、热跑、探伤等工序中不进行数控编程,参考转子半精加工和全精加工编程,在车间师傅操作经验的基础上,对转子半精加工进行优化。
二、Solidworks软件建模
转子精加工所用的机床是新二汽转子分部的沃伦贝克1400车床,因此本研究对该车床尺寸进行实测,在确保车床及其辅件重要尺寸正确的情况下,对模型进行简化处理。加工中所用的刀具,如若有工装物号,则在PDM上调出图纸,依据图纸建立车刀模型;如若无物号,例如自磨刀,则也根据实际测量的尺寸进行1∶1建模。
转子通常由5个轴段组成,需逐一建立各轴段,然后装配成一体。转子在半精加工前中间毛坯的处理方式是在成品尺寸的基础上,径向和轴向单边外扩2.5mm,即转子中间毛坯外圆和轴向尺寸单边留有2.5mm的余量。
三、数控编程及程序验证
（一）EdgeCAM软件数控编程
转子成品和毛坯导入EdgeCAM软件,经过移动调整后,使毛坯与成品同轴,并且毛坯通流段左右端面离成品通流段左右端面距离为2.5mm,设置成品通流右端面为加工零点。在编程前需建立刀具,实际转子加工时使用了成型刀,所以需建立非标刀具。但是由于软件的限制,不能将车刀3D模型整体导入,只能导入刀柄,刀片需在软件中自定义图形后通过拉伸的方式建立,然后与刀柄装配起来。笔者按如上所述的方法依次创建加工所用的40多把车刀。因为刀片只能按某个方向拉伸获得,本研究建立的车刀与实际加工用的车刀在刀具的一些角度上(例如前角、后角、偏角)等存在着差异。
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本研究按实际加工所用刀具的顺序在EdgeCAM软件中建立刀具库后,开始进行数控编程。半精加工与精加工的内容包括车转子各外圆与各端面,割高、低压级叶根槽、汽封槽、平衡槽等等。编程时需要将加工顺序与图1所示的顺序一一对应。
机床的控制系统不同则其使用的数控程序代码也不同,目前主流的控制系统有Seimens和FANUC的,沃伦贝克1400使用的是Seimens840D的控制系统,所以需在EdgeCAM后置处理器中配置840D的控制系统。配置后输出所有工序的数控加工代码,并按图1的数字代码给每段程序进行相应的编号,例如NC程序号为103,即代表图1中103所对应的加工工艺内容:粗车T型槽中的直槽。
（二）Vericut软件程序验证
完成数控编程后,还要验证程序和刀路的合理性。本文把机床和它的零部件设入Vericut中建立机床模型,并设置各个运动属性。建立模型后,必须配置Seimens840D控制系统,完成工作的坐标系。完成刀具库的建立后,设入数控程序,做好最后的程序验证。当刀具、转子以及机床零部件碰撞时,程序会在对应的程序段报告。这时,就得返回EdgeCAM。修改对应的程序,虚拟加工完成后,分析车削加工后的转子和原转子成品。 结束语 本论文以典型转子T8845为例,利用工艺人员的经验和车间实际加工的信息,通过三维模拟软件Edgecam、Vericut的优点,在转子实际加工之前开展数控仿真和验证,及时发现和减少加工中的碰撞等问题,保证转子实际加工的可靠性。分析过程中,在沃伦贝克1400车床上采用的是三维工艺而不是传统的二维纸质工艺。结果显示,操作车床的工作人员即使有2~3年的经历,也可以查阅说明书或观看加工视频完成转子数控加工,达到减少学习时间,提高转子加工效率的目的。
本文只是对三维工艺进行了简单研究,研究过程中发现,编程所用刀具和实际加工刀具有差异,造成使用Vericut软件进行仿真验证时,不管怎么修改程序都无法解决该问题。因此该问题尚待进一步解决。转子三维工艺项目是顺应公司降本增效、精益化生产,跟上智能制造潮流的一项举措,首先在某台数控车床上试行,进而推广到公司所有的数控机床,实现公司产品加工的模块化、精细化、智能化,增加公司在同行业领域中的竞争力。但是本研究只是三维工艺的前期探索,探索中发现由于编程所用的刀具与实际加工刀具的不一致,导致Vericut软件仿真验证时,无论如何修改程序,都不能解决过切残留问题,该问题急需在下一阶段中进行解决。
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论文作者:岳云淼
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：转子论文; 加工论文; 工艺论文; 刀具论文; 数控论文; 汽轮机论文; 程序论文; 《电力设备》2018年第22期论文;