摘要：汽轮机转子从结构上来讲相对复杂，主要由主轴、叶轮、联轴器、叶片以及安装在轴上的其他零部件组成。在实际中，对转子的加工工艺要求又受到其工作环境的温度以及转子旋转的速度等的影响，因此其加工难度较大。另外，转子的质量又是直接影响汽轮机工作性能的重要因素。基于此，本文主要分析汽轮机转子的加工工艺。
关键词：汽轮机转子；加工工艺
前言
转子的尺寸精度以及相应的跳动要求都会影响汽轮机在实际中的工作，针对这些情况对汽轮机转子结构特点进行分析，然后结合实际情况对加工工艺进行相应的总结概括以追求进一步的完善发展。综合来讲，转子的加工对汽轮机的影响是非常重要的。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。
1、典型转子的工艺调研与建模
1.1典型转子实际加工过程调研
本研究对T8845转子进行加工流程跟踪，从毛坯到最后的动平衡，跟踪时记录每道工序加工时所用到的机床型号、装夹方式、刀具(刀具名或者物号)及加工参数(转速、进给率、切削深度)等。将跟踪信息进行汇总后，绘制出的实际加工工序图(部分图)如图1所示(图1中以序号大小来表示加工的先后顺序)。由于转子粗加工、热处理、热跑、探伤等过程中不涉及到数控编程，本研究截取了转子半精加工及精加工过程进行编程，并结合车间师傅的操作经验，对转子半精车(精车)过程进行了工序上的优化。
图1 转子实际机加工流程
1.2 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。Solidworks建立的车床、刀具3D模型如图2所示。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。转子成品和中间毛坯的三维模型如图3所示。
2、数控编程及程序验证
2.1 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。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。
图2 车床及车刀 3D 模型
图3 转子毛坯与成品 3D 模型
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。
2.2 Vericut软件程序验证
数控编程后需对程序进行验证，验证其刀路的合理性，如刀具是否选用恰当、刀具是否会与转子和机床辅件撞刀、加工后会不会产生过切及残留等。本研究将机床及其辅件导入Vericut中，对机床模型进行搭建并对各件设置运动属性，包括机床的床身、主轴、花盘及卡爪、刀架、尾架和中心架等。创建模型后，需要配置Seimens840D控制系统，导入转子成品和毛坯，设置工作坐标系，建立刀具库，载入数控程序。完成后开始进行程序验证。
当刀具与转子或机床辅件发生碰撞时，程序会在相应的程序段报错，此时需要返回EdgeCAM，对相应的程序进行修改，比如改变切削位置、进刀点、退刀点等等，直到Vericut仿真验证时不产生错误。完成虚拟加工后需要对车削加工后的转子与原转子成品进行分析，Vericut软件提供了自动比较的功能，可以将仿真加工后的模型与设计模型叠加在一起进行精确的比较，检查零件加工中存在的过切和残留，并生成超差的报告。根据报告中超差的位置，仍然需要返回EdgeCAM对相应位置的程序进行修改，直至不存在超差。
3、三维工艺说明书编写
本研究完成上述工作后，将所有资料进行整理，最后编制出一份T8845转子加工指导说明书。说明书中详细说明了转子在沃伦贝克1400车床上需要加工的工序，并给出了转子加工的顺序和对应的程序、车刀的选用及使用次序、车刀如何装夹及对刀点、中心架及尾架的使用时间点等等，详细内容可见Word版的三维工艺说明书，三维加工步骤可观看对应的车削视频，说明书(部分)和视频如图4所示。
图4 三维工艺说明书及视频
4、结束语
本研究以典型转子T8845为例，结合工艺设计人员的经验与车间实际加工信息，利用三维模拟软件Edgecam、Vericut的优势，在转子实际加工前进行数控仿真与验证，提前能够发现及避免加工中的撞刀、过切等错误，确保转子实际加工过程中的可靠性。最后笔者给出了一份转子加工指导说明书和加工视频，致力于能使新员工能更直观、全面地认识转子加工刀具的结构、性能和转子加工工艺顺序。研究期间，在沃伦贝克1400车床上用三维工艺替换了原先的纯纸质工艺，试验结果表明，即使是操作车床2～3年的操作工也能通过查阅说明书或者加工视频独立的完成转子的数控加工，从而节约其学习成本和时间，大大提高了转子的加工效率。
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。
参考文献
[1]曹红波，李明超，徐冬.［F级燃汽轮机转子加工工艺研究］；热力透平；2012年02期.
[2]蒋忠根，魏汤尧，梁红.小型潜水电泵转子加工工艺改进[J].金属加工：冷加工，2015，（12）：38-40.
论文作者:杨一鸣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：转子论文; 加工论文; 刀具论文; 汽轮机论文; 车刀论文; 数控论文; 毛坯论文; 《电力设备》2018年第24期论文;