張新苗

杭州汽輪機(jī)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(jìn)

張新苗

杭州汽輪機(jī)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?xì)廨啓C(jī)葉片的精品加工已經(jīng)成為我廠重點(diǎn)項(xiàng)目之一。燃機(jī)類葉片外形與普通汽輪機(jī)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(diǎn)。個(gè)別葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工也困難。還有葉頂汽封形狀特殊都是加工難點(diǎn)。必須通過不斷試驗(yàn)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(jī)葉片的程序編制改進(jìn)工作尤為重要。

一、燃機(jī)葉片汽道端面與型面連接處R位置完美過渡

燃機(jī)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(diǎn)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(shí)間達(dá)86min左右；4、選擇的刀具直徑較小，效率低費(fèi)用高。為有效突破這些難點(diǎn)，我們選擇了更高精度的程序控制，同時(shí)也在國內(nèi)外尋求技術(shù)突破。通過近兩年多時(shí)間的技術(shù)積累和大膽試驗(yàn)，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(gè)特殊區(qū)域形成特殊的相關(guān)線控制方法，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)牡毒摺⑦M(jìn)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(jìn)。達(dá)到以下制造優(yōu)點(diǎn)：1、加工時(shí)間明顯減少，效率比原計(jì)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(jī)加工減少人為因素，產(chǎn)品一次性交驗(yàn)合格率高；4、鉗工由8個(gè)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(shí)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(jī)葉片型面進(jìn)出汽邊數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

燃機(jī)葉片動(dòng)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(jìn)出汽邊R很小，進(jìn)出汽側(cè)是魚嘴型型線，加工困難，質(zhì)量難以保證。加工時(shí)極易引起過切把進(jìn)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(biāo)卡測量弦寬，出汽邊都會(huì)出現(xiàn)大大小小的缺口。同時(shí)出汽邊偏薄以后測量所得的弦寬也是一個(gè)假性尺寸，在砂出汽邊時(shí)哪怕是剛剛砂掉機(jī)加工紋路時(shí)，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(diǎn)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(jìn)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(jìn)汽邊R處的點(diǎn)較少，導(dǎo)致RCS對型面數(shù)據(jù)處理時(shí)由于點(diǎn)數(shù)太少而算出的切削軌跡不夠圓滑，這點(diǎn)通過在TopSolid軟件和RCS相結(jié)合輸出型面數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行加密處理，用RCS型面優(yōu)化軟件對型面數(shù)據(jù)進(jìn)行光順優(yōu)化，保證數(shù)據(jù)點(diǎn)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(gè)是型面生成的片體數(shù)目，默認(rèn)是背弧25個(gè)片體，進(jìn)汽側(cè)9個(gè)片體，內(nèi)弧25個(gè)片體，出汽側(cè)9個(gè)片體。一般的葉片基本不修改，但燃機(jī)葉片的進(jìn)汽側(cè)和出汽側(cè)都改為19個(gè)片體。在銑削點(diǎn)數(shù)目的設(shè)置中，常用的是等距離的點(diǎn)設(shè)置和面銑削插補(bǔ)點(diǎn)設(shè)置，進(jìn)出汽邊使用角度增量方式優(yōu)化走刀方式，有效的解決進(jìn)汽邊過切和缺損現(xiàn)象。

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

三、葉頂汽封的特殊加工

圖2

MS251機(jī)型GC部分動(dòng)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(shí)現(xiàn)，只能通過五軸機(jī)床加工后再換用三軸機(jī)床分工序解決這樣的難題。雖然能實(shí)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(jī)動(dòng)葉由于葉頂汽封與進(jìn)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(jī)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(jìn)行特定的處理后可以按照型面轉(zhuǎn)接的銑削方式進(jìn)行加工，決定這幾個(gè)葉片的葉頂汽封均在LX151機(jī)床上加工到位。具體方法如下：

1）對型面數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定型面上的點(diǎn)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(yùn)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(dòng)幾何體一定要光順，加工后進(jìn)出汽邊位置會(huì)產(chǎn)生過切現(xiàn)象?？梢赃x取幾檔型線，內(nèi)背弧單獨(dú)生成片體，進(jìn)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(zhǔn)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(dòng)幾何體生成的刀路軌跡加工后在進(jìn)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(shí)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(jī)進(jìn)汽側(cè)R都不用分多部機(jī)床多道工序加工，可以在一臺機(jī)床上順利完成各項(xiàng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的工序加工。

四、燃機(jī)動(dòng)靜葉片型面變形改進(jìn)

燃機(jī)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(yán)重時(shí)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(jì)時(shí)把粗銑刀具D50R6刀具換D32R4刀具并進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化，刀具R減小后切削應(yīng)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(yàn)多種方式對變形情況進(jìn)行改善，最后換用D32R1.6的方刀片銑刀進(jìn)行加工。這種刀具加工產(chǎn)生的切削抗力更加小，同時(shí)使用較小的切削步距進(jìn)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(jìn)給0.03mm高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給加工型面達(dá)到工藝要求。采用這種方式進(jìn)行加工后，對燃機(jī)動(dòng)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(jìn)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(shí)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(shí)，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(shí)設(shè)定一定的推、拉力量值。同時(shí)在粗加工階段也可鎖定A、B軸等多種方法達(dá)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(jī)系列動(dòng)靜葉片已加工幾十臺套，雖精品系列技術(shù)質(zhì)量改進(jìn)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(jìn)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(jìn)工藝和RCS軟件調(diào)整的加工方法，及時(shí)的解決了這些加工問題和難點(diǎn)，不僅保證了生產(chǎn)制造的順利進(jìn)行，產(chǎn)品也在精品工程道路上前進(jìn)了一大步，為公司開拓市場和發(fā)展壯大奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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