棕树型叶片汽道型线的数控加工

详细内容

0前言

　　叶片是汽轮机、燃汽机的关键部件，担负着把蒸汽的热能转化为机械能的重要任务。叶片的设计合理与否及其制造质量高低对汽轮机的效率及寿命有着直接的影响，由于叶片的精度高，形状复杂，加工难度大，且汽道部分为三维曲线，重点讨论数控铣加工。

1 汽轮机叶片的加工工艺分析

　　由于叶片在工作中承受着高温、高压、极大的离心力和蒸气的交变应力，为了保证汽轮机的效率和叶片在使用中的安全性，叶片的材料都较为特殊，如材料中含Ni、V、N等成分，硬度在360HB以上，加工性较差，同时叶片汽道部分(通流部分)是一个光滑的空间曲面，其精度要求高，加工难度大，对数控加工精度提出了很高的要求。

2 叶片的实体造型

　　建立实体模型，该叶片属于自由曲面叶片，造型过程比较复杂，而且其加工精度要求也较高。首先构造截面曲线，将给定的数据输入软件中，通过给定的数据连成光顺的样条曲线，由于对叶片的型面有很高的要求，所以四段曲线在相连处要求保持连续，否则会影响叶片的流体动力性能。其次构造曲面，由所得的各截面通过曲线组操作可以得到叶片汽道部分造型，由于汽道四张曲面要求是光滑连接的，所以需要调整生成高质量的曲面，最后叶片的叶根、叶冠部分的造型，通过草图将叶根、叶冠画出平面图，然后拉伸得到根、冠实体，将得到的根、冠实体与汽道部分经过缝合后得到叶片的实体。

3 叶片的UG加工

　　3.1 坐标系的确定

　　UG的坐标包括绝对坐标、工作坐标和加工坐标，一般数控加工时要求加工坐标系与工作坐标系一致。

　　3.2 刀具的选择

　　由于该叶片汽道部分为三维曲面，考虑到根、冠圆角处较弯曲，如刀具半径选择过大，零件加工不完全，出现大的残留；刀具半径选择过小，切削效率较低，故选用刀直径为20球头铣刀来完成。

　　3.3 加工参数的设置

　　数控加工参数主要设置主轴转速、走刀进给速度、步距、加工余量、走刀方向和进退刀方式等。

　　3.4 叶片型面的加工

　　在UG加工模块中，对于叶片型面的加工通常采用面驱动的方法来进行，可以通过驱动面的大小来控制加工区域的大小，还可以控制刀具的入刀点和步距走刀方向、走刀方式等来达到很好的加工效果。

　　3.5 叶片的加工仿真与后置处理

　　为了缩短程序调试周期和有效避免实际加工中的过切现象，采用UG软件系统进行加工仿真，利用生成的数控程序进行模拟加工，可以直观的看出干涉和过切现象，及时修改程序，这样节省了大量的时间，避免了刀具的浪费，生成刀具路径后进行后置处理，从而生成数控机床可用的NC代码。

4 结语

　　通过对叶片的数控加工方法的研究，大大提高了该零件批量生产的效率，叶片的数控加工涉及到三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术及后置处理等。针对叶片的合理加工工艺方案，以及合理的刀具和切削参数等多个环节和多方面的技术，作者曾作了大量的基础工作，在生产中取得了很好的效果，提出的叶片的数控编程法，不仅对叶片类零件的造型及加工，也对其它自由类零件的数控编程有一定的借鉴意义。