張新苗

杭州汽輪機股份有限公司葉片分廠

基于RCS的三菱葉片在LX151加工中的程序改進

張新苗

杭州汽輪機股份有限公司葉片分廠

近幾年隨著市場的變化和公司的發(fā)展，燃氣輪機葉片的精品加工已經(jīng)成為我廠重點項目之一。燃機類葉片外形與普通汽輪機葉片有著較大的差別，質(zhì)量要求高、品種繁多。型面平坦容易變形，出汽邊厚度較薄，出現(xiàn)翻邊、刀口等缺點。個別葉片結(jié)構(gòu)復雜，加工也困難。還有葉頂汽封形狀特殊都是加工難點。必須通過不斷試驗和總結(jié)，為提高生產(chǎn)加工的藝術(shù)性和市場競爭力，燃機葉片的程序編制改進工作尤為重要。

一、燃機葉片汽道端面與型面連接處R位置完美過渡

燃機可調(diào)靜葉1-4級、IGV和OGV葉片的數(shù)控加工中，多年來一直存在加工缺陷瓶頸。在邊角過渡、圓角R過渡、型面過渡中，以往都是通過常規(guī)的數(shù)控掃描加工。存在的缺點有：1、葉片加工過的部位外觀質(zhì)量較差，凹凸不平；2、鉗工人工修之后，容易把精加工部位拉毛、劃傷，工作量大且磕碰較多；3、加工時間達86min左右；4、選擇的刀具直徑較小，效率低費用高。為有效突破這些難點，我們選擇了更高精度的程序控制，同時也在國內(nèi)外尋求技術(shù)突破。通過近兩年多時間的技術(shù)積累和大膽試驗，我們選擇了合適的數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工模塊，使葉根、R部位、端面和四個特殊區(qū)域形成特殊的相關(guān)線控制方法，運用恰當?shù)牡毒?、進給和轉(zhuǎn)速，在LX151上完成到了該類型葉片的數(shù)控工藝改進。達到以下制造優(yōu)點：1、加工時間明顯減少，效率比原計劃提升很多；2、邊角過渡、圓角R過渡、型面平穩(wěn)過渡，葉片外觀一致性很好；3、型面、轉(zhuǎn)接位置、過渡等全部機加工減少人為因素，產(chǎn)品一次性交驗合格率高；4、鉗工由8個三角區(qū)域修平整的工作量改為修毛刺和倒圓的工作量。5、LX151通過夾具修正后，基本實現(xiàn)零試料；6、采用直徑10mm左右的常規(guī)刀具，耐用，杜絕小刀具崩刃的情況。效果如下圖1所示。

二、燃機葉片型面進出汽邊數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

燃機葉片動靜葉片種類繁多，型面平坦，容易變形。部分葉片出汽邊厚度0.08mm，進出汽邊R很小，進出汽側(cè)是魚嘴型型線，加工困難，質(zhì)量難以保證。加工時極易引起過切把進汽邊圓弧銑成缺口或尖角。出現(xiàn)了邊線偏薄、弦寬難以保證、廢品只數(shù)多等情況。即使是游標卡測量弦寬，出汽邊都會出現(xiàn)大大小小的缺口。同時出汽邊偏薄以后測量所得的弦寬也是一個假性尺寸，在砂出汽邊時哪怕是剛剛砂掉機加工紋路時，弦寬已經(jīng)多數(shù)超差。產(chǎn)品外觀也不一致，質(zhì)量可靠性極差。以上特點都給程序編制調(diào)試帶來了之前沒有遇到過的問題。從整體情況看必須由數(shù)控程序來保證技術(shù)水平。對型線的數(shù)據(jù)首先進行了CAD部分的數(shù)據(jù)優(yōu)化，經(jīng)分析討論首先發(fā)現(xiàn)圖紙?zhí)峁┑男兔鏀?shù)據(jù)里進汽邊R處的點較少，導致RCS對型面數(shù)據(jù)處理時由于點數(shù)太少而算出的切削軌跡不夠圓滑，這點通過在TopSolid軟件和RCS相結(jié)合輸出型面數(shù)據(jù)時進行加密處理，用RCS型面優(yōu)化軟件對型面數(shù)據(jù)進行光順優(yōu)化，保證數(shù)據(jù)點更合理的布置；在RCS軟件中設(shè)定相關(guān)參數(shù)比較有效，第一個是型面生成的片體數(shù)目，默認是背弧25個片體，進汽側(cè)9個片體，內(nèi)弧25個片體，出汽側(cè)9個片體。一般的葉片基本不修改，但燃機葉片的進汽側(cè)和出汽側(cè)都改為19個片體。在銑削點數(shù)目的設(shè)置中，常用的是等距離的點設(shè)置和面銑削插補點設(shè)置，進出汽邊使用角度增量方式優(yōu)化走刀方式，有效的解決進汽邊過切和缺損現(xiàn)象。

經(jīng)改進后加工的葉片外觀、型線質(zhì)量穩(wěn)定可靠。同時通過不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)，彌補了機床、刀具、工藝等各項綜合誤差。確保出汽邊厚度0.10mm～0.12mm之間，在砂進出汽邊、拋光內(nèi)背弧時，弦寬、進出汽邊厚度得到了有效控制。廢品幾乎為零。公司成品檢驗、東汽集團涂層人員一致反映通過改進后的燃機葉片質(zhì)量、外觀改進很大。

三、葉頂汽封的特殊加工

圖2

MS251機型GC部分動葉有汽封要求。葉片葉頂汽封這樣類型的葉片以前都是分開加工的，在RCS編程軟件中根本無法實現(xiàn)，只能通過五軸機床加工后再換用三軸機床分工序解決這樣的難題。雖然能實現(xiàn)葉頂汽封的加工，存在加工周期長、外觀差、尺寸控制難等問題。

燃機動葉由于葉頂汽封與進出汽邊尺寸要求較高，葉頂汽封高度尺寸約8mm高度，因此該汽封由五軸機床上型面與汽封一起加工比較理想。經(jīng)分析討論發(fā)現(xiàn)葉頂汽封與葉根轉(zhuǎn)接部位相似，對型線和汽封面進行特定的處理后可以按照型面轉(zhuǎn)接的銑削方式進行加工，決定這幾個葉片的葉頂汽封均在LX151機床上加工到位。具體方法如下：

1）對型面數(shù)據(jù)進行處理，確定型面上的點矢量方向；

2）把葉頂圓弧面作為葉根轉(zhuǎn)接面處理葉根數(shù)據(jù)；

3）選用R1的錐度球頭刀按葉根轉(zhuǎn)接銑削方式編制葉頂汽封圓弧加工程序；

4）加工過程中使用汽封測具測量保證型面1.0mm厚度值。

通過研究分析在RCS中找到與TOPSOLID軟件的接口，在TOPSOLID軟件中運用多軸銑模塊，成功生成三軸刀路軌跡。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建的驅(qū)動幾何體一定要光順，加工后進出汽邊位置會產(chǎn)生過切現(xiàn)象?？梢赃x取幾檔型線，內(nèi)背弧單獨生成片體，進出汽邊用通過曲線網(wǎng)格的方式，起始和結(jié)束曲率與內(nèi)背弧采用連續(xù)方式。此種方法（圖2）加工葉頂減薄，刀具側(cè)面緊貼汽封面加工可以準確的保證汽封圓弧面尺寸，且加工穩(wěn)定，表面質(zhì)量也能較好保證工藝要求。按照這樣的方式創(chuàng)建的驅(qū)動幾何體生成的刀路軌跡加工后在進出汽邊位置很光滑，沒有過切現(xiàn)象，外觀尺寸一致較好。同時也給了我們很大啟發(fā)，在其它的葉片加工中同樣可以更好的使用RCS+TOPSOLID軟件的編程模式。

由此可得：汽道端面與型面轉(zhuǎn)接變R加工、橢圓過渡、燃機進汽側(cè)R都不用分多部機床多道工序加工，可以在一臺機床上順利完成各項技術(shù)難以實現(xiàn)的工序加工。

四、燃機動靜葉片型面變形改進

燃機葉片型面部分比較薄，在SX051B、LX151五軸加工中都產(chǎn)生了較大的變形，嚴重時葉頂部分型線變形0.5～0.8mm左右。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)葉片型線變形主要產(chǎn)生于型面粗銑及半精銑過程中。一開始，程序設(shè)計時把粗銑刀具D50R6刀具換D32R4刀具并進行加工參數(shù)優(yōu)化，刀具R減小后切削應力減少，變形情況有所減小，但這種方式并不能完全解決葉片變形情況。在后續(xù)加工過程中繼續(xù)試驗多種方式對變形情況進行改善，最后換用D32R1.6的方刀片銑刀進行加工。這種刀具加工產(chǎn)生的切削抗力更加小，同時使用較小的切削步距進行加工，這樣大大降低了加工變形的產(chǎn)生。半精后銑留0.5mm余量，最后用D10R0.8多齒T10精銑刀每齒進給0.03mm高轉(zhuǎn)速高進給加工型面達到工藝要求。采用這種方式進行加工后，對燃機動葉基本解決了型面加工中的變形問題。但可調(diào)靜葉由于受兩端需要精密過渡和葉片較長的原因，目測看變形依然存在，在程序改進中已經(jīng)無法完成很好的優(yōu)化。分析原因是其葉型薄，長度大等原因然后再加上液壓頂針情況下，裝夾時就已經(jīng)有所變形。最后只能限制設(shè)備加工，采用在LX151雙驅(qū)五軸加工中心下加工，在程序編制時，根據(jù)葉片的裝夾、變形等問題，設(shè)定粗加工、半精加工、半精、精加工、超精加工的模式來確定圍帶雙驅(qū)鉗口頂錐推與拉的作用，必要時設(shè)定一定的推、拉力量值。同時在粗加工階段也可鎖定A、B軸等多種方法達到葉片防止變形和型面光滑過渡的目的。

總結(jié)：

經(jīng)過多年的努力，燃機系列動靜葉片已加工幾十臺套，雖精品系列技術(shù)質(zhì)量改進過程中困難重重，給編程調(diào)試和加工都帶來了很多困難。大部分難題都是經(jīng)過多次的改進才最終得到改善。特別是共同討論分析，找出問題所在，對癥下藥，也提升了企業(yè)生產(chǎn)制造的能力。通過改進工藝和RCS軟件調(diào)整的加工方法，及時的解決了這些加工問題和難點，不僅保證了生產(chǎn)制造的順利進行，產(chǎn)品也在精品工程道路上前進了一大步，為公司開拓市場和發(fā)展壯大奠定堅實的基礎(chǔ)。

張新苗(1980-)男，浙江省杭州市，現(xiàn)職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：葉片工藝，數(shù)控編程。