摘要：随着汽轮机叶片形状越来越复杂，对汽轮机叶片性能的要求越来越高，给汽轮机叶片加工效率带来了更为巨大的挑战。如何提高汽轮机叶片加工效率也是目前需要关注的一个课题。
关键词：汽轮机叶片；叶片加工；加工效率
引言：
随着汽轮机叶片加工技术的发展，其在各个领域的应用程度也不断加大。在我国当前电力需求量持续增长的情况下，汽轮机叶片加工技术为我国各个领域的生产做出了巨大贡献。本文在分析汽轮机叶片的结构特点的基础上，提出一些提高汽轮机叶片加工效率的措施。
1 对汽轮机叶片结构特点的分析
第一，汽轮机叶片构造机装配。按照汽轮机叶片的不同功能，可以将其划分为静叶片与动叶片两种。静叶片主要与汽轮机的静子连接，处于一个相对静止的状态下，可以改变气流方向，促使蒸汽进入下一个叶片内。动叶片则主要被安装于转子叶轮或转鼓上，受到喷嘴叶栅喷出气流的作用，使蒸汽能量转换为机械能量。叶身、叶根、叶冠构成了动叶片，其中叶身作为扭转的曲面是叶片最基础的组成部分。通常情况下叶片都是较为复杂的曲面，因此对其加工精确度提出了较高要求，如若使用传统的加工工艺势必无法满足叶片加工需求，所以如何塑面则成为加工工艺的关键所在。叶根则是将叶片固定在叶轮上，以确保叶片的牢固性，叶根还可以让处于巨大离心力作用下的叶片不会从轮槽中拔出来。因此，叶根必须具有足够的强度，能够应力集中。叶冠作为叶片外端的固定，通常有围带存在，以便将多个叶片连接起来。同时，围带也进一步提高了叶片本身的刚性，提高了叶片的抗振性能，极大地避免了叶片发生共振问题，形成了相对密闭的槽道，避免了气流发生泄漏。第二，汽轮机叶轮的装配。汽轮机的叶轮往往是由轮壳、轮缘、轮面共同组合而成的。其中轮壳主要是为了配合叶轮主轴被安装在主轴上，以此提高轮壳的强度。轮缘则可以对叶片进行固定，并根据其实际受力情况设计叶片结构。轮体则位于叶轮的中间，负责轮缘与轮壳的连接。
2 提高汽轮机叶片加工效率的措施
2.1 采用数控技术进行汽轮机叶片加工
在汽轮机叶片的加工过程中其最大的难点在于对叶片材料的加工，这是由于叶片的材料硬度较大且极易发生变形。因此，在切削叶片的过程中，如若使用较大的切削力那么就会严重磨损刀片。同时，由于叶片本身结构也十分复杂，要求较高的精确度。所以，在汽轮机叶片数控加工过程中就必须要使用多轴联动数控机床实施加工。在叶片加工前，可事先将其分为四部分，即基准面加工区、汽道塑面加工区、叶根加工区、叶冠加工区，并使用CAD/CAM技术编程，选择适合的塑曲面加工方案，进行仿真模拟试验，从而最大限度地降低在数控加工过程中可能会出现的不必要损失。在汽轮机叶片加工过程中运用计算机专业软件，不仅能有效改变传统的工作方式，还能大大提高汽轮机叶片的加工效率。尤其是CAD/CAM技术在汽轮机叶片制造加工上的应用，更是将零件的几何信息进行了有效转换，使其成为计算机程序，有助于数控机床实施高精度的加工。对汽轮机叶片进行编程时主要包括以下内容：其一，确定叶片的三维造型，选择适合的加工方案，确定刀具、机床、夹具。其二，模拟刀具的运行轨迹，生成刀位源文件。其三，将刀具源文件处理转化为数控机床能够识别的代码。叶片加工时，应始终遵循统一基准，尽可能减少走刀的次数。随着叶片结构的越发复杂多变，叶片叶身塑面的设计难度也越来越大，在设计加工过程中所面临的错误风险也越来越多，主要表现在:其一，加工方案存在不合理性，实际工作效率低下。其二，刀具的相关参数不够合理，加工零件往往会出现残痕。其三，刀具的实际走刀较小，切削效率被大大降低。其四，走刀的痕迹不正确，使加工后的零件尺寸也存在错误。其五，零点不合理导致刀点出现错误。此时，需要进行重新编程，对加工后的零件实施再加工并进行返修，从而严重影响到企业的实际加工进度，大大增加了企业的加工成本。因此，为了能够高效实施数据加工制造，就必须要运用加工软件进行模拟仿真，进一步减少可能出现的故障，提高实际的加工效率。
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2.2 粗加工给进速度加工法
汽轮机叶片的叶面比较复杂，要求进行三阶曲面光滑过渡，对于叶片叶面的加工以往都采用手工进行加工，加工质量难以保证，加工效率低下，采用数控技术很好地提高了加工效率，但是依然没有达到数控机床的转动速度，数控机床有将近半数没有进行正常的加工。因此主要考虑采用粗加工给进速度加工，即是利用数控机床的最高转速进行粗加工，之后利用数控机床的较低转速进行精加工，这一策略粗加工时间大约为原来的1/4，精加工时间为原来的一半，整体上，多了一道加工程序，但是比原来节约了1/4的加工时间。这使得汽轮机叶片的加工成本降低，对于企业效益的提高十分有益。
2.3 采用计算机仿真检验法提高检验速率
计算机技术的快速发展，特别是计算机仿真技术的发展，为汽轮机叶片加工检验带来了春天，这一技术的前期投资额较大，后期维护费用低廉，而且这一技术检验速度高、检验质量准确性高，属于无损性检验，能够极大提高检验速度，目前在国外许多发达国家得到了广泛的应用，在国内应用还是比较少的。计算机仿真技术进行检验主要是检测叶片面刀具轨迹，将叶片的刀具进行矢量化，通过与叶片被加工表面的线框图进行对比，检查叶片的刀位轨迹、路线、刀心位置、刀轴矢量是否正确，进刀、退刀方式是否合适。
2.3.1 刀位轨迹显示验证
叶片刀位轨迹显示验证方法，主要运行的原理是：先对叶片加工数据进行运算，再将实际轨迹在平面上显示出来，通过对比二者来判断是否正确。在验证之前，要想让验证信息完整且能准确显示出来，需要我们首先去除数控加工程序中的进给速度、刀具的不同、程序运行行号等，只显示出验证信息即可。另外，还需要对刀具信息进行“反后置处理”，通过一系列的加工和操作，得到对应的程序，并根据程序绘制出刀位轨迹。通过下列一组数据可以得出以上结论。
N0005X-25.875Y34.678Z34.78A26.68F200；
N0006X-29.911Y34.789Z35.067A28.98；
N0007X-34.023Y34.987Z35.453A31.45；
X、Y、Z是旋转台旋转后的值，将其进行“反后置处理”后，我们可以得到：X1=x；Y1=ycos（-A）+zsin（-A）；Z1=-ysin（-A）+zcos（-A）。通过一定的计算后，可以得到刀位文件的坐标，进而绘制出刀位轨迹。刀位轨迹显示验证的原则：刀位轨迹是否连续；走刀方向是否符合曲面形状；刀位轨迹是否足够光滑；空行程是否必要；凹凸点是否连接合理。
2.3.2 加工表面与刀位轨迹组合显示验证
将刀位轨迹与加工表面的线框放在同一显示器上，对刀位轨迹、走刀路线、进退方式进行评判。组合显示验证的方法原则：刀位轨迹和加工表面位置是否一致；刀具与加工表面之间是否有摩擦和交叉；刀位轨迹是否符合实际要求；刀位方式是否恰当有效。
结束语：
汽轮机叶片加工效率一直是汽轮机叶片制造业的一大难题，本文在研究了现代先进的汽轮机叶片加工方法的基础上，结合自身汽轮机叶片加工的经验，归纳总结出提高汽轮机叶片加工效率的3种方法。
参考文献：
[1]乐英.提高汽轮机叶片加工效率的方法[J].汽轮机技术.2012(03)
[2]陈光明，张旭阳.汽轮机叶片的结构特点与数控加工技术研究[J].制造业自动化.2011(17)
论文作者:李铁成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：叶片论文; 汽轮机论文; 加工论文; 轨迹论文; 效率论文; 刀具论文; 叶轮论文; 《电力设备》2018年第27期论文;