中国石油大学(华东)现代远程教育论文格式标准范本(共38页)

1、PAGE 中国石油大学（华东）现代(xindi)远程教育毕业设计(b y sh j)（论文）题 目：xxxxxxxxxxxxxxxxx 学习(xux)中心： 学习中心 年级专业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 导师单位： 中国石油大学（华东） 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2015 年 12 月 29 日中国石油大学（华东）现代(xindi)远程教育毕业设计(b y sh j)（论文）任务书发给(f i)学员 1设计(论文)题目： 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3设计(论文)课题要求： 4实验（上机、调研）部分要求内容： 5文献查

2、阅要求： 6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 摘 要燃气轮机动叶数控原理与数控加工技术(jsh)，分析气道型面加工定位原理、夹具的结构及夹紧原理、加工运动轨迹。在气道型面多轴数控加工(ji gng)质量需求。关键词：燃气轮机(rnqlnj)，动叶片，数控加工技术，PRO.E目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc440122887 第1章 前言(qin yn) PAGEREF _Toc440122887 h 1 HYPERLINK l _Toc440122888 1.1 课题(kt)背景 PAGEREF

3、_Toc440122888 h 1 HYPERLINK l _Toc440122889 1.2 燃气轮机叶片相关(xinggun)发展 PAGEREF _Toc440122889 h 1 HYPERLINK l _Toc440122890 1.2.1 燃气轮机叶片组成及其作用 PAGEREF _Toc440122890 h 2 HYPERLINK l _Toc440122891 1.2.2 燃气轮机叶片与叶轮的装配 PAGEREF _Toc440122891 h 3 HYPERLINK l _Toc440122892 1.2.3 动叶片毛坯制造相关发展 PAGEREF _Toc44012289

4、2 h 4 HYPERLINK l _Toc440122893 第2章 动叶片的机械加工工艺过程 PAGEREF _Toc440122893 h 6 HYPERLINK l _Toc440122894 2.1 动叶片工艺特点 PAGEREF _Toc440122894 h 6 HYPERLINK l _Toc440122895 2.2 动叶片加工工艺过程 PAGEREF _Toc440122895 h 6 HYPERLINK l _Toc440122896 2.3 动叶片加工工序内容 PAGEREF _Toc440122896 h 8 HYPERLINK l _Toc440122897 第3章

5、 动叶片气道型面五轴数控加工工序设计 PAGEREF _Toc440122897 h 19 HYPERLINK l _Toc440122898 3.1 气道加工方法分类 PAGEREF _Toc440122898 h 19 HYPERLINK l _Toc440122899 3.1.1 等截面直叶片加工 PAGEREF _Toc440122899 h 19 HYPERLINK l _Toc440122900 3.1.2 有成型规律叶片气道加工 PAGEREF _Toc440122900 h 19 HYPERLINK l _Toc440122901 3.1.3 自由成型叶片加工 PAGEREF

6、_Toc440122901 h 20 HYPERLINK l _Toc440122902 3.2 气道型面加工工序内容 PAGEREF _Toc440122902 h 20 HYPERLINK l _Toc440122903 3.3 气道型面加工定位原理分析 PAGEREF _Toc440122903 h 21 HYPERLINK l _Toc440122904 3.4 气道型面加工夹具的结构及夹紧工作原理 PAGEREF _Toc440122904 h 22 HYPERLINK l _Toc440122905 3.5 气道型面加工运动轨迹分析 PAGEREF _Toc440122905 h

7、24 HYPERLINK l _Toc440122906 3.6 气道型面加工编程及加工代码分析 PAGEREF _Toc440122906 h 26 HYPERLINK l _Toc440122907 3.6.1 气道型面加工编程 PAGEREF _Toc440122907 h 27 HYPERLINK l _Toc440122908 3.6.2 气道型面数控代码及分析 PAGEREF _Toc440122908 h 30 HYPERLINK l _Toc440122909 结 论 PAGEREF _Toc440122909 h 37 HYPERLINK l _Toc440122910 参考

8、文献 PAGEREF _Toc440122910 h 38 HYPERLINK l _Toc440122911 致 谢 PAGEREF _Toc440122911 h 39PAGE 41第1章 前言(qin yn)1.1 课题(kt)背景面对经济全球化、国际燃气轮机市场激烈竞争和国外高度垄断的新形势，国家对我国民族燃机产业(chny)的发展非常重视，国家发改委和科技部已经将我国燃气轮机市场发展的思路和对策纳入“十二五”及长期发展规划中，重型燃气轮机是国家优先发展的10项重大技术装备之一。是国家装备制造业重点发展的领域，特别是燃气-蒸汽联合循环机组和整体煤气化燃气-蒸汽联合循环机组。预计随着中国

9、能源需求迅猛增长以及天然气资源进入大规模开发利用阶段，燃气轮机正在形成一个“爆发性增长”的市场。到2020年，全国燃气轮机联合循环装机容量将达到5500万千瓦，是2000年之前50年已建成同类装机容量的25倍。保守估计，仅中石油一家，每年需要的燃气轮机价值就达到了30亿元。到2015年，国内燃气轮机的市场容量能达到300亿元，而国际市场容量则能达到2700亿元。叶片广泛应用于燃气轮机、压缩机和气轮机等，起能量转换的作用，被认为是燃气轮机的“心脏”。燃气轮机中使用最多的一种零件就是叶片，一台燃气轮机有数千件叶片，叶片的质量直接关系到燃气轮机的工作效率。叶片制造的所需时间约占燃气轮机整机的1/3，

10、夹具量占整机的1/2左右，成本占总机的2025，因此叶片在燃气轮机中的重要性是不可言语。提高叶片的设计水平和制造水平是一项重要的基础工作。为了保证燃气轮机的效率以及叶片在使过程用中的安全性，叶片的材料都非常特殊，一般材料中含V、Ni、N等成分，硬度在360HB以上，强度S0.02为800MPa以上，加工性较差，同时叶片气道部分（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。特别是大型燃气轮机末级叶片，其结构更为复杂，叶型扭转接近90角，叶身中部有两个空间的凸台，叶根圆角部分由几个变直半径圆弧构成，以往的普通的三轴或四轴铣床都不能满足加工要求。目前叶片的加工一般使用五轴加工中心代替传

11、统的加工方法, 先进五轴机床可以加工一般三轴数控机床所不能加工或很难一次性装夹,完成加工的连续、平滑，这使得燃气轮机叶片的数控加工形成了新的飞越, 使得拥有更多的加工手段加工复杂形状的叶片, 同时叶片型面加工工艺也得到了相当大的提高,工艺方法更加方便，提高了叶片加工质量和生产效率, 减轻了劳动强度。1.2 燃气轮机叶片(ypin)相关发展1.2.1 燃气轮机叶片(ypin)组成及其作用燃气轮机叶片按功能作用的不同可分为静叶片（如图1-1所示）和动叶片（如图1-2所示）两种。静叶片与燃气轮机轮壳相连接处于不动状态，作导向叶片，其作用是改变气流的方向，引导蒸汽进入下一列动叶片；动叶片安装在转子叶轮

12、上，接受(jishu)喷嘴叶栅射图1-8 叶轮结构 图1-9 动叶片的叶根与叶轮装配1.2.3 动叶片毛坯制造相关发展燃气轮机叶片通常采用耐热合金加工。60年代在铸造燃气轮机叶片上成功的使用了定向结晶技术。浇铸后，将铸模放在可控制温度梯度的冷却装置内，使熔融金属依次逐渐凝固，可以得到沿叶高为柱状结晶的叶片。定向结晶叶片的材料通常是Ni基合金，其中加入Cr、W、Co、Al、Ti并有1.52.0的Hf及0.050.1的Zr。美、英发展的定向凝固合金的牌号有Mar-M200+Hf、Mar-M247、PWl422等。70年代后期铸造单晶燃气轮机叶片得到了广泛的应用。由于这种叶片材料中没有晶界，其热安全

13、性与蠕变强度更高，使燃气轮机前的工作温度可以提高12001350至目前的更高。单晶叶片的材料也是Ni基合金，内加入Cr、W、Co、Al、Ta等元素。使用比较多的材料牌号有美国的PWAl480、PWAl484，英国的SRR99等。我国也已研制成功DD3单晶合金，正待推广应用。单晶叶片使用寿命可以比柱晶叶片提高2.43倍，但其制造成本为柱晶叶片的1.92倍，铸造废品率也很高。据报道，无任何结构偏差的单晶叶片合格率仅为1126。为适应复杂的冷却内腔的设计要求，正在研究一种用两个半片焊接而成的燃气轮机工作叶片。叶盆与叶背每一个半片先用失腊法铸出，用机械加工或电解加工的方法在内腔的一面加工出内腔的凹槽。

14、然后在两个半片间放入一片厚仅0.05mm的与叶片材料相同的合金薄片，将叶片两半拼合。将拼合件在保护气氛中加温到11001200，保温并施加0.351.05atm的压力，使之在接触压力下熔融扩散，将两个半片以扩散焊连接成为一整体。第2章 动叶片(ypin)的机械加工工艺过程2.1 动叶片工艺(gngy)特点动叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。动叶片还以很高的速度转动。在大型燃气轮机(rnqlnj)中，动叶片顶端的线速度已超过600 /，因此动叶片还要承受很大的离心应力。动叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。动叶

15、片的种类繁多，但各类动叶片均主要由两个主要部分组成，即气道部分和装配面部分。因此(ync)动叶片的加工也分为装配面的加工和气道部分的加工。装配面部分又叫叶根部分，它使动叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证气道部分的正常工作。因此装配部分的结构和精度需按气道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。由于各类动叶片气道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。叶冠和拉筋也可归为装配面部分。气道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成动叶片应起的作用，因此

16、气道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。由于叶片的形式、结构、种类、大小等的差异比较大，因此加工方式、机床、工艺流程也不同。但从总体上来说，按叶片的毛坯形式来划分可分为：方刚叶片加工工艺、模锻叶片加工工艺，精铸叶片加工工艺。方刚叶片加工工艺主要是针对叶片气道长度在300mm以下的各种动叶片和静叶片。模锻叶片加工工艺要是针对叶片气道长度在300mm以上的各种动叶片和静叶片。精铸叶片加工工艺主要是针对一些静叶片和特殊叶片（如空心叶片）的加工方法。2.2 动叶片加工工艺过程根据以上特点现制定出一下机械加工工艺过程卡片。表2-1到表2-3。 2.3 动叶片(ypin)加工工序内容本零件的加工十分复

17、杂，总共42道工序，具体机械加工工序内容(nirng)如下。（1）下料该叶片毛坯来料为六面体的方钢，来料时必须按工艺上要求检查方钢尺寸的长、宽、高和直线度，并根据同一级不同的种类叶片分开装入专门的转运箱中方可投入生产(shngchn)车间。本工序中，必须保证方钢尺寸，如图2-1,长208mm，宽54.5mm，高44mm。图2-1 坯料尺寸（2）铣一平面该平面为叶片内背平面（方钢长宽形成的平面）中的任一面，用于叶片的内背平面是重要面，为了保证其加工余量均匀，所以粗基准选择叶片内背平面中的任一面。因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。来料由于是方刚毛面，六个面均带有黑皮，当加工一个面后

18、的测量也是比较粗糙的，因此通常在该工序中要求光出表面不见黑皮即可。加工毛坯时，将要加工的一面正对主轴，并与主轴垂直，以保证工件切削的精度及平面度。因为是粗加工，所以切削用量可以选择大一点，刀具采用直径为160的可转为面铣刀。用于毛坯为方钢，所以工件的夹紧直接可以用机床自带的平口虎钳。加工时主轴的转速保持在250300r/min，进给率保持在F200左右。加工完成之后，根据工序图（如图2-2，加粗的线为本工序加工面）的要求，采用刀口直尺检验平面度，游标卡尺检验尺寸。图2-2 铣一平面工序图在已加工面上做标记：采用标刻机在指定位置刻上产品的名称和流水作业号，叶片一但刻有编号后，既方便对叶片的识别也

19、方便对叶片的追述（叶片在加工过程中需要按编号对尺寸等进行记录，叶片全部加工完成后如有出入可以追查问题出现的环节）。（3）铣一侧面第一平面加工完成之后，以该面为精基准，加工一侧面（方钢长宽方向形成的平面）。同样因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。加工毛坯时，将要加工的一面正对主轴，并与主轴垂直，以保证工件切削的精度以及与第一平面的垂直度。切削用量和刀具同前一工序铣一平面相同。加工完成之后，根据工序图（如图2-3）的要求，采用90度角尺检验垂直度，游标卡尺检验尺寸误差。图2-3 铣一侧面(cmin)工序图（4）铣另一侧面(cmin)本工序以前一工序（铣一侧面）加工的侧面作为定位基准，

20、以保证工序卡片要求的两侧面的平行度要求。同样因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。切削用量和刀具(doj)参数同上工序（铣一侧面）。加工完成之后，根据工序图（如图2-4）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差和平行度要求。图2-4 铣另一侧面图（5）磨两侧面本工序是对前两道工序加工的两侧面进行精加工。磨两侧面的作用主要是为了提高基准面的加工精度，因为后工序的加工都要以这两个面为基准。先将已经加工过的一个面放在永磁吸盘上（永磁吸盘固定在平面磨床工作台面上），扭动开关，使工件固定在吸盘航，启动磨床，调整好高度对另一个已加工面进行磨削操作，直至整个面都平整光滑，没有凹点。在加工另一个面时，要先

21、对没有精加工的一个面进行试磨，然后测量尺寸，然后再调整磨床上的旋钮，以保证切削精度。在完成本道工序的过程中要及时清洁永磁吸盘表面，否则就不能保证工件的切削精度和平面度，而且会留有压痕。在调整磨床高度的过程中，每次进给量不超过0.03，要不定时的用游标卡尺检测尺寸，工序尺寸要求见图2-5。图2-5 磨两侧面工序图（6）铣另一平面本工序加工的面是与第一平面相对的面（方钢长宽形成面），以加工精度极高的两侧面为定位基准，以保证平面和侧面的垂直度要求。由于工序要求加工表面粗糙度为3.2，加工方法属于半精铣。机床、装夹定位和刀具参数同工序10铣一平面一致。切削用量相对粗加工有所变化，加工时主轴的转速保持在

22、20003000r/min，进给率保持在F200左右，每次切削深度为0.6mm。加工完成之后，根据工序图（如图2-6）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差，90度角尺检验垂直度。图2-6 铣另一平面(pngmin)工序图（7）精铣第一(dy)平面本工序加工方法和检测(jin c)方法同工序30铣另一平面的要求一致，工序图见图2-7。图2-7 精铣第一平面工序图（8）粗铣两端面本工序是对毛坯方钢六个面中最后两个面进行加工，从工序图（图2-8）中可以看出这两个面的位置精度和尺寸精度要求都很高。由于要求两端面与侧面和第一平面的垂直度要求，所以根据基准重合原则，选择侧面和侧面作为定位基准；由于两端面有平行

23、度要求，需要一次性加工，再加上尺寸大，所以采用龙门铣床X2532加工。工件定位装夹采用平口虎钳即可，刀具采用160X25的三面刃铣刀。加工时主轴的转速保持在200300r/min，进给率保持在F200左右。图2-8 粗铣两端面（9）精铣两端面本工序是对工序40粗铣两端面的精加工。机床、装夹定位和刀具和上一工序完全一样。精加工相对于粗加工而言，切削用量有所变化。加工时主轴的转速保持在20003000r/min，进给率保持在F200左右，切削深度为0.1mm。加工完成之后，根据工序图（如图2-9）的要求，采用游标卡尺检验尺寸和平行度误差，90度角尺检验垂直度。图2-9 精铣两端面在方钢已加工过的侧

24、面长度方向上做出出气边标记符，以便于加工。（10）打中心孔叶片的气道型线部分需要在数控机床上加工，加工时需要叶片作旋转运动，对于小叶片来讲叶片的变形不大，因此可以采用一端驱动而另一端用顶针顶住即可。对于长叶片如果采用两端都驱动（即双驱）则可以不打顶针孔。（11）预铣叶根本工序为粗铣叶根做准备。从工序图（图2-10）中可知，本工序的工序基准为标有出气边标记符的侧面(cmin)，根据基准重合原则，选取该面为主要定位基准。工件加工尺寸较小，使用卧式铣床X62，刀具2279-004和2279-007进行去余量加工。加工时主轴的转速保持在200300r/min，进给率保持在F200左右(zuyu)。加工

25、完成之后，根据工序图（如图2-10）的要求，采用游标卡尺检验尺寸和平行度误差，90度角尺检验垂直度。图2-10 与铣叶根工序(gngx)图（12）叶根加工叶根加工涵盖粗铣叶根、精铣叶根、铣叶根圆弧、粗铣叶根凹槽和精铣叶根凹槽5道工序。图2-11所示为动叶片T型外包叶根，其中T、B尺寸公差紧，难以保证；A、t 尺寸是从基准面给出的尺寸, 容易保证；b尺寸为台阶尺寸, 必须靠刀具保证;h、h1 和h2 尺寸互相关联, 因此通过尺寸链来保证。选用双轴凹槽专用铣床, 专用凹槽铣刀,两把刀同时加工可保证T、t 尺寸, 如图2-12所示。选用双轴龙门铣床及型线铣刀进行精铣叶根, 可保证A、B、b尺寸, 如

26、图2-13所示。根据叶根加工的工艺分析，拟定出加工叶根的工艺过程（图2-14）。 图2-11 T型外包叶根 图2-12 加工叶根凹槽 图2-13 线性铣刀(x do)加工叶根 图2-14 叶根加工(ji gng)工艺过程（13）内弧叶冠处去余量(y lin)由工序图（图2-15）可知，本工序是加工一个R62.5宽度为25的圆弧槽，因此可以使用卧式铣床X62用12525的铣刀一次成型，加工过程中注意出气边标记符以及不同级别和类型叶片的定位数据的不同。由于工序比较简单，直接使用平口虎钳即可定位。加工方法为粗铣，加工时主轴的转速保持在200300r/min，进给率保持在F200左右，加工完成之后的零

27、件形状如图（图2-16）。加工完成之后，根据工序图（如图2-15）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差。图2-15 内弧叶冠处去余量工序图图2-16 内弧叶冠处去余量加工成型后零件形状（14）内弧去余量根据零件图可知，该叶片气道成型规律为斜铣成型。为了使得在气道加工时余量较为均匀，还需增加粗铣工序，此工序的加工尺寸是根据气道成型最终尺寸放量所得，所加工型线与气道内弧型线相似，详细数据见工序图（2-17）。该工序使用数控立式铣床X53K，专用夹具8310-053，并将机床主轴旋转45度，以方便加工。图2-17 内弧去余量(y lin)工序图（15）背弧出气(ch q)边倒角为了使得气道背弧加工时余量

28、较为均匀，提高加工效率，减少刀具磨损，所以要进行背弧出气边倒角。使用(shyng)专用夹具8160-017装夹工件，让叶片的棱面与主轴相对，使叶片的侧面与主轴成125度，便于一次性使用立式铣床X52加工成型。加工过程中注意出气边标记符（图2.18中红色标记面）。加工方法为粗铣，加工时主轴的转速保持在200300r/min，进给率保持在F200左右，加工完成之后的零件形状如图（图2-18），根据工序图（如图2-19）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差。图2-18 叶片背弧出气边倒角图2-19 叶片背弧出气边倒角工序图（16）背弧进气边倒角本工序加工方法、刀具参数和切削用量同前一工序，本工序尺寸要求

29、见图2-20。图2-20 叶片背弧进气(jn q)边倒角工序图（17）粗铣叶根及叶冠背径向(jn xin)面本工序为粗铣叶根及叶冠背径向面，从工序图（2-21）可知实际(shj)为加工一斜面，可以采用普通立式铣床一次加工成型。夹具采用平口虎钳和带角度的垫块（正弦规垫4.689），然后开始铣削调试，调试时要注意叶根的厚度，以及有无动叶片和末叶片的区分，两者要分开铣削。测量时采用正弦规测量，将正弦规放在在测量台上，在正弦规的一个脚下方垫固定高度的量块，使叶片背径向面与水平面成12036。加工时主轴的转速保持在200300r/min，进给率保持在F200左右。图2-21 粗铣叶根及叶冠背径向面工序图

30、（18）精铣叶根及叶冠背径向面本工序是前一工序的精加工，所用机床和夹具以及位置均改不变，只是切削用量相对于粗加工有所调整。加工时主轴的转速保持在20003000r/min，进给率保持在F200左右。加工完成之后，叶片形状见图2-22。图2-22 精铣叶根及叶冠背径向面（19）粗铣叶根、叶冠内径向(jn xin)面：本工序是铣叶根内径向面，其加工(ji gng)方法同加工背径向面相同，唯一不同的是叶根内径向面和叶冠内径向面分别使用立式铣床X52加工。使用正弦规垫（9.375mm）将背径向面垫起，使内径向面与水平面成12036。加工时主轴(zhzhu)的转速保持在200300r/min，进给率保持

31、在F200左右。加工完成之后，根据工序图（如图2-23）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差，90度角尺检测垂直度，正弦规检测内径向面与背径向面角度误差。图2-23 粗铣叶根、叶冠内径向面（20）精铣内径向装配面：本工序是对前一工序粗铣叶根、叶冠内径向面的精加工。由于内径向装配面涉及到装配，精度要求高，所以在精加工时，需要用加工中心YNC-72一次成型。其夹具和装夹同上一工序完全相同，使用切削用量相对上一工序有所变化，加工时主轴的转速保持在20003000r/min，进给率保持在F200左右。气道的加工比较复杂，下面有一章对其进行了详细的介绍。（21）铣叶顶销孔 本工序比较简单，只需要加工一个孔，

32、故可用普通卧式铣床X62进行铣削。使用平口虎钳和专用夹具8298-070装夹，使工件的加工面正对主轴，用5.2的直柄麻花钻钻削。加工完成之后，根据工序图（2-24），使用游标卡尺检验相应的尺寸误差。图2-24 铣叶顶销孔工序(gngx)图（22）钳工(qingng)锉削由钳工对叶片的部分有圆弧的地方进行精修，要保证(bozhng)叶顶部，进出气侧斜度与叶冠连接处平直且圆滑自然。（23）抛光内背弧型线及圆角用抛光机对精加工后的内背弧型线及圆角进行抛光增加叶片表面光洁度。（24）试后要用内背弧样板对型线进行测量。最后，按照产品图样及工艺规程进行检验。以上工序完成之后，就完成了如图2-25的叶片加工

33、。图2-25 叶片模型第3章 动叶片气道型面五轴数控加工工序设计叶片是燃气轮机的主要部件之一, 尤其它的气道部分决定了燃气轮机的发电功率, 直接影响燃气轮机产品的质量(zhling)和工作效率。因此，叶片气道的加工应满足下列技术要求：（1）保证气道本的型线精度及各截面的相对(xingdu)位置精度。（2）保证气道型面与叶根的相对位置(wi zhi)精度。由于气道型面是由复杂曲线组成的空间曲面，要保证它的加工精度就不得不采用专门的加工方法。叶片的机械加工量约为透平机组加工量的三分之一，而气道的加工量约占叶片加工量的二分之一。气道的加工需要许多复杂的工装、夹具、量具和专用机床，因此叶片的加工水平往

34、往可以用气道加工的水平来衡量。3.1 气道加工方法分类叶片气道型线部分有三种形式: 有成型规律叶片、等截面直叶片和自由成型叶片。等截面叶片型线沿叶片高度形状相同。有成型规律叶片，如斜铣叶片型面。斜铣型线由相同半径的圆弧组成，圆弧中心连线对座标轴线的投影又相同，气道的结构中心线和对称中心线在XOZ,YOZ两平面的夹角等于常数，所以能用一型线刀具型线铣刀，沿着气道结构中心线的方向运动，加工出各截面所需要的型面来。叶型的特点是沿气道高度上各截面型线都不相同，因此不能用成型铣刀加工，只能采用仿型加工。自由成型叶片，比如由座标点组成的扭曲叶片型面。此类叶型的特点是沿气道高度方向上各截面型线都不相同，故不

35、能用成型铣刀加工，只能用仿型加工。这种叶片在强度和气动性能方面都能最大限度地满足设计要求，但是其加工难度较大。以下是对各种叶片型面加工的方法的简单介绍。3.1.1 等截面直叶片加工（1）铆接围带动叶片加工：由于内弧是由r成的型线，加工可用普通铣床和圆柱铣刀来完成，采用卧刀法，铣刀直径d=2r当气道高度l60 mm时，可采用捅铣加工以提高加工精度和刀具寿命。（2）自带围带动叶片：采用卧刀法。但铣刀轴径d0受到围带高度的限制，如果d0过小，叶片设计应修改，使围带向背弧方向偏移。3.1.2 有成型(chngxng)规律叶片气道加工a.斜铣叶片(ypin)加工加工方法：普通卧铣床、专用夹具及型线铣刀。

36、叶片(ypin)斜铣结构线与机床工作台纵向进给方向一致，型线铣刀从叶顶向叶根方向吃刀。b.斜铣加靠模叶片加工加工方法：卧式液压仿形铣床、专用夹具、靠模板加型线铣刀。叶片的C-C、D-D截面间的一段斜铣结构线与机床工作台纵向进给方向一致，在机床进给过程中垂直方向液压仿形铣头在特定的靠模板做上、下仿形运动来满足分段方向吃刀。c.扭曲叶片3.1.3 自由成型叶片加工a.普通立式数控机床加工方式：横向扫描和纵向扫描。抛光量：0.030.04 mm（波谷处）。b.普通卧式数控铣床加工方法：拉铣与横向扫描相结合。c.五联动加工中心五联动加工中心是目前最先进的叶片气道加工专用装备。由于所用刀具全部采用硬质合

37、金，高速切削（80001 0000转/min），而且该机床设计性能允许大余量切削（即粗加工去余量），所以工效可大大提高。切削方式：五轴联动可使刀具始终处于最佳切削状态，切削力最小。由于刀尖切削，又由于工件进给方向保证主切削力始终沿型面方向，即叶片刚性较好方向，所以工件弹性变形小。为了保证叶片气道质量，本工序中使用五轴联动数控机床加工叶片气道。3.2 气道型面加工工序内容本工序使用HX-151五轴联动加工中心。加工部位为气道型面和内背弧各处圆角如（图3-1）中加粗部位。使用传动盘8660-059时，卸下底部定位块8660-059-10，换上8298-459，卸下定位螺钉8660-059-02，换

38、上B297-279以内径向面定位加工叶片，粗铣为精铣单面留0.50.8的加工余量。各截面间光滑过渡，不允许有明显凹凸，型线波峰波谷只差小于0.05.表中所示为波谷值，型面精加工后不留抛光余量。气道型线与样板见漏光间隙。内弧：出气边不大于0.10，中间不大于0.25，进气边不大于0.15。背弧：出气边不大于0.15，中间不大于0.30，进气边不大于0.25。其余见产品图，型线图及相关工艺规程。注意加厚片标记符，注意出气边标记符。下图（图3-2）为此工序结束时零件的形状。 图3-1 铣气道型面及圆角 图3-2 气道型面加工完成(wn chng)后叶片形状气道部分的加工工作量比较大，要求对叶片进行数

39、据处理、造型、加工部位的划分、加工方式(fngsh)的选择、使用刀具的选择、加工轨迹的数据转换等。加工工步也比较多，通常完成该工序的加工需要十多个工步。但基本的加工部位有：气道、叶根圆角、叶顶圆角等，对每个部位根据余量情况和过渡圆角大小还须分成几次完成。图3-3为用proe加工气道部分的加工轨迹，该方式为采用螺旋式进给加工。加工完该工序后对叶片的检查采用综合量具和三座标检测，三座标检测是首件的检查和加工过程中抽检。每件叶片要求用综合量具检查。图3-3 气道加工(ji gng)轨迹3.3 气道型面加工定位原理分析在叶片的结构中，气道最为复杂，加工难度最大，其加工质量对整个燃气轮机的发电效率和运行

40、状况的影响也最大。所以，在加工过程中必须很好地保证叶片与刀具的位置精度，故需要对零件进行定位。定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具都有一个确定的正确位置。一个自由的物体，对空间三个相互垂直的坐标系来说，有六种活动的可能，分别为X、Y、Z轴方向的移动和转动，如图3-4，因此空间任一自由物体共有六个自由度。若使物体在某方向上有确定的位置，就必须限制该方向上的自由度，所以要使工件在空间中处于相对固定不变的位置，就必须对其六个自由度加以限制。限制的方法用相当于六个支撑点的定位元件与工件的定位基准面接触，如图3-5。在低面XOY内的三个支撑点限制了绕X、Y方向的转动和Z方向上的移动；在侧面YOZ内

41、的两个支撑点限制了X方向的移动和Z方向的转动；在端面XOZ内的一个支撑点限制了Y方向上的移动。 图 3-4 图 3-5如图3-6所示，零件1为夹具体的定位元件，其中A面为叶片的主要定位基准，限制了叶片X、Y方向上的转动和Z方向上的移动，B面为叶片的导向定位基准，限制了叶片Y方向上的移动和Z方向的转动，C点为叶片止动定位基准，限制了叶片X方向上的移动。由此，叶片的6个自由度都得到(d do)了完全的定位，故叶片完成了的初步的定位。图3-6 叶片(ypin)气道加工夹具3.4 气道型面加工夹具的结构及夹紧工作(gngzu)原理为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下仍然保持已定好的位置，

42、在夹具上还必须设有夹紧装置对工件产生适当的夹紧力。夹紧装置的设计和选择是否正确，将直接影响工件的加工质量和生产率。因此对夹紧装置提出了一下要求：夹紧动作要准确迅速；操作方便省力；加紧安全可靠；结构简单，易于制造。夹紧力包括力的大小、方向和作用点，这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。a.夹紧力的方向夹紧力的方向不能破坏零件定位的准确性。夹具（如图3-6）中每颗螺钉的夹紧力方向都有利于零件的准确定位。夹紧力的方向应指向零件的定位基准(jzhn)。夹具中螺钉2、4指向主要定位基准，螺钉6指向止动定位基准。夹紧力的方向应与零件的最大刚度方向一致，以减小零件的变形(bin xng)程度。夹紧力的方向

43、应尽量与切削力和重力(zhngl)方向一致，以减小夹紧力的大小。b.加紧力的作用点夹紧力的作用点应正对定位元件或者在定位元件形成的支撑面内，避免零件扭转。螺钉2、4、6都在定位支撑元件形成支撑平面内，有效地防止了零件的转动。夹紧力的作用点应在零件刚度最好的部位，以减少加紧变形。夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减少零件的振动。夹具中螺钉2、4、6都非常靠近将要加工的气道，有效地减少了叶片在加工过程中的振动。c.夹紧力的大小为了使工件在加工过程中保持定方位后的正确位置，对工件施加的夹紧力不仅与其方向和作用点的位置、数目有关，更重要的是与其大小有关。夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，

44、而且使夹紧装置结构尺寸过大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至还会引起安全事故。因此，必须对工件施加适当的夹紧力。夹具中常用的夹紧装置有楔块夹紧装置、螺旋夹紧装置、偏心轮夹紧装置和定心轮夹紧装置等，每种夹紧装置各有其优缺点。综合分析，虽然偏心夹紧装置比螺旋夹紧装置夹紧迅速，但是其夹紧行程小，夹紧力小，结构复杂，因此，在切削力大的气道加工中不适合采用。同样，楔块夹紧装置由于结构复杂，体积庞大在本工序也不适用。故采用结构简单的螺旋夹紧装置，如图3-6所示。夹具中螺钉2、4、6都是螺旋夹紧机构，方便简单，将叶片准确地固定在夹具上。同时，螺

45、钉7、8也是螺旋夹紧装置，它们的作用相当于夹具连接元件，起着将夹具和机床准确固定的作用。动叶片夹具设计保证了工件切割部位位于机床工作台纵向/横向进给的允许范围之内,同时也考虑装夹位置有利于工件坐标原点找正，再者对固定工件的作用力均匀,不影响加工精度。3.5 气道型面加工运动轨迹分析在前面的内弧去余量、背弧出气边倒角和背弧进气边倒角等几道工序中已经完成了气道的去余量加工(ji gng)，使得接下来进行的气道粗加工、半精加工和精加工加工余量均匀，从而减小了工艺系统的变形和误差复映系数。在三轴数控加工中,刀轴方向始终不变, 没有摆动坐标，其运动仅由刀位点确定，会造成刀具和工件的加工状态不好，特别在加

46、工复杂空间曲面时，很容易造成刀具与被加工曲面的干涉，为了避免刀具与工件发生干涉、过切等现象，一般使用球头刀进行加工，但在加工叶片型面时,由于球刀在曲面的不同位置的有效切削半径不同,在型面较为平坦的位置其有效切削半径几乎为零,导致在毛坯余量较大的时候型面加工品质及效率大大降低，且会不同程度的留下一些不能加工的死角区，为后续的修磨和抛光工序加大了工作量，因此三轴加工只能用于叶片气道的粗加工。故要完成对叶身进行半精加工/精加工，就需要用四坐标以上(yshng)机床完成。叶片的气道加工一般是刀具沿着叶片的型线按照螺旋铣或者平行铣的方式加工。平行铣的刀具轨迹规划简单，可以根据给定的刀具横向进给量，添加多

47、个与叶身垂直的平面D，平面D和叶身曲面(qmin)的交线即为多条加工轨迹，轨迹间的连接可用跳刀完成。下面介绍螺旋铣叶片半精加工/精加工刀具轨迹规划方法。如图3-7所示为叶片展开图，S0，S1，S2，S3分别表示背弧、进气边圆弧、内弧、出气边圆弧的边界线，图中左右两边曲线表示叶根、叶冠过渡面与叶身的交线。C0，Cn是用户设置的半精加工/精加工的加工范围（可用叶身长度的百分比设置）。图3-7 半精加工和精加工到位轨迹展开图首先根据给出的加工螺旋数n创建n+1条等距平面C0C（n）。刀具进入叶片后，沿着C0与叶身的交线轨迹切削一周，然后开始螺旋进给加工，如图3-7所示。刀具从S0与C（i）的（i从0

48、到n1）交点Bi0开始，在出气边圆弧的向运动vi1到达Bi1:从Bi1开始在背弧的v向上运动vi2，到达Bi2。从Bi2开始在进气边圆弧的v向上运动vi3，到达Bi3。 从Bi3开始在背弧的v向上运动vi4，到达B（i+1）0。螺旋进给依次从C0走到C（n1）后，再沿着C（n）与叶身的交线轨迹上加工一周(y zhu)退出加工。叶片型面加工完成之后将对过渡圆弧进行清根，如图3-8。在对叶片型面进行加工时，为了避免刀具在叶根附近产生过切，常常在过渡面与刀具之间保留一段距离。因而在构造清根加工轨迹时，不仅(bjn)需要构造过渡面与叶身曲面交线的加工轨迹，而且需要构造位于叶根附近部分的叶身加工轨迹，以

49、保证清根加工轨迹与叶身加工轨迹的连续性。一般采用指状刀具进行清根，通过刀具的侧刃加工出叶冠、叶根过渡面，因此其侧倾角已经确定（过渡面为凹面时不同）。 图3-8 清根刀位轨迹 图3-9 数控机床加工(ji gng)燃气轮机叶片流程图3.6 气道型面加工编程及加工代码分析随着CAD/CAM技术的发展, 数控自动编程技术已经能实现直接将零件的几何信息转化为数控加工代码,使得燃气轮机叶片的数控加工程序的编制变为更加简单。目前应用较成熟的CAD/CAM软件有Pro/E、UG、Mastercam等,它们的出现使得以往在四、五轴联动加工编程中存在的问题得到了解决。燃气轮机叶片的数控加工流程主要分为两大部分:

50、（1） CAD的处理过程;（2）数控机床的加工过程。主要加工内容为叶片的叶片型面及叶身与叶根、叶冠的交接面。图3-9为数控机床加工燃气轮机叶片工作流程图。基于Pro/E的叶片数控加工编程主要包括以下内容:（1）叶片零件三维造型;（2） 确定叶片数控加工工艺方案,包括选择数控机床、夹具、刀具和量具等; （3）刀位计算并生成刀具运动轨迹,并生成刀位文件;（4）通过后置处理程序将刀位文件转换成为NC代码。 采用Pro/E进行叶片的数控加工,其数控加工编程可由以下步骤来完成:在Pro/E中生成了刀具轨迹并进行了加工仿真和干涉校验后,可以将加工数据和信息输出成为刀位源文件（NCL）。刀位源文件（NCL）

51、主要包括加工坐标系信息、刀具信息、刀具位置和姿态信息以及各种加工辅助命令信息等,再经过后置处理器,将其转变为机床能够接受的NC代码,也可以用数控机床自带的后处理程序进行后处理。在编制数控加工程序时,本着基准统一(tngy)、减少走刀次数的原则,把叶片型面、叶根与叶冠圆角、进出气边圆角的加工程序编制在一起。在叶片的加工中根据叶片加工工艺的需要, 零件坐标系的零点一般选择叶根的中心轴线。由于目前叶片型面设计越来越复杂,精度要求越来越高,因此数控加工程序也越来越复杂,出现错误的概率也因此而增加。通常情况下,可能出现以下问题:（1）加工方案不合理, 影响加工效率; （2）刀具与工件之间发生干涉或碰撞;

52、 （3）刀具参数设置不当,如刀具半径选择过大,则零件加工不完全,出现大的残留;刀具半径选择过小,则切削效率较低; （4） 刀具走刀路线、进退刀的方式不合理; （5） 切削参数选择不当,如主轴转速、进给速度、步距等选择不合适;（6）刀位轨迹不正确,零件外形或尺寸错误; （7）零点选择不恰当,无法找到对刀点。这些问题的出现往往会给实际零件的加工造成很多麻烦,诸如重新编制加工程序、加工后必须打磨零件、返修零件或工装、零件报废、延迟产品交付等。为避免上述问题出现,可利用Pro/E软件加工仿真功能,预先模仿加工过程,这样在正式加工前就可以发现问题,从而可提高加工准备效率,缩短程序调试周期,加快生产过程。

53、这不仅为叶片等具有复杂曲面的零件加工提供了一种新的加工设备和工艺方案, 还为促进数控机床的产业化和实用化起到很好的推动作用。3.6.1 气道型面加工(ji gng)编程根据加工要求(yoqi)，利用Pro/E数控模块CAM对叶片气道进行五轴联动数控加工编程，具体操作如下。首先进行数控机床、加工零点和退刀面设置。NC机床设置为五轴数控机床，加工零点设置为夹具对刀块中心D点（见图3-6），退刀面为距加工零点上方2mm的水平面，参数设置具体如图3-10。图3-10 数控机床、加工零点和退刀面设置考虑到叶片(ypin)质量，符合现代机加工少余量高速(o s)铣削的理念,所有工步都选用硬质合金刀具, 一

54、般采用立铣刀、球头立铣刀、球头锥铣刀、带角圆的圆柱铣刀（环形刀）、鼻型刀等加工。精铣气道型面采用直径为12mm的球头立铣刀，刀具参数设置如图3-11。图3-11 精加工刀具(doj)设置然后设置切削参数。由于叶片曲面扭曲弧度大，再加上本工序为气道精加工，所以在设置切削用量时，宜取较大的切削速度，而不宜取较大的进给量和背吃刀量。因此，主轴速率设为4000r/min，进给速度为200mm/min，跨度为0.3mm。其他切削设置如图3-12精加工具体切削参数设置。图3-12 精加工具体切削参数设置 最后是切削类型设置。Pro/E中提供了三种切削类型，分别为直线切削、自曲面等值线和切削线。每种切削类型

55、各有各的特点，对不同的曲面加工出来的效果也不一样。直线切削还可以设置多种切削角度，相对其他两种切削类型，设置简单，表面加工质量较高。故，叶片气道型面精加工选择直线切削。具体设置如图3-13。图3-13 切削(qixio)类型设置完成以上设置之后即可在Pro/ECAM中生成了刀具轨迹（图3-14）,同时进行加工仿真(fn zhn)和干涉校验，并将加工数据和信息输出成为刀位源文件（NCL）。刀位源文件（NCL） 主要包括刀具信息、加工坐标系信息、刀具位置和姿态信息以及各种加工辅助命令信息等。图3-14 精加工轨迹(guj)最后需要经过后置处理器, 将NCL文件转变为机床能够接受的数控程序, 也可以

56、用并联机床自带的后处理程序进行后处理。Pro/E软件提供了各种复杂零件的粗精加工, 用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型, 在每种加工类型中包括了多个加工模块，如图3-15.图3-15 后置(hu zh)处理列表3.6.2 气道型面数控代码(di m)及分析通过Pro/E自带后置处理器处理之后，得到(d do)下面的NC代码。由于NC程序太长，下面仅将五轴联动机床精铣气道部分开头和结尾部分的程序给出。图3-16 对刀点在数控前加工之前，需设置工件坐标系。夹具对刀点为图3-16中D点，在编程时已设D点为工件坐标原点，即工件坐标原点与对刀点重合。启动机床，让五轴数控机

57、床旋转轴B回零，轴A旋转到90度，然后利用对刀仪校正XY轴坐标，具体做法如下：图3-17 机床(jchung)示意图1.利用手动进给轮，移动XYZ轴，使对刀仪（球面直径为10mm）的球面与F面接触，然后保持(boch)其他轴不变，移动Z轴，使对刀仪远高于E面（避免撞刀），X方向移动+5mm，清零X坐标。2.同样做法，使对刀仪的球面与G面接触，然后保持(boch)其他轴不变，移动Z轴，使对刀仪远高于E面（避免撞刀），Y方向移动-5mm，清零Y坐标。3.将对刀仪换成需要使用的刀具,主轴正转3000r/min,移动Z轴使球头铣刀地面与E面接触，清零Z坐标，然后将刀具移动到X0 Y0 Z20 B0 A

58、0，运行G92 X0 Y0 Z20 B0 A0 ，从而确定工件坐标系（编程坐标系）。打开冷却液，执行以下数控代码。NC文件：%程序开头标志N0000 T01 M06N0005 S1000 M03N0010 G00 X37.425 Y-.086 B-106.299 A.637N0015 Z-19.051N0020 X58.358N0025 Z-25.172N0030 G01 X57.412 Z-22.415 F200 B-99.828 A.623-以200mm/s的进给速度加工。叶片绕C轴正向(zhn xin)旋转到86.833，此时(c sh)进气边圆弧处在最低位置，刀具与进气边圆弧面垂直，切

59、削力最小，从A点（X-16.473 Y42.423 Z23.288 C86.833 B1.067）开始铣削进气边圆弧，进给速度为100mm/min。（图3-18）图3-18 VERICUT仿真(fn zhn)图N5020 Y48.001 Z4.431 X-22.68 C60.83 B3.771N5025 Y48.802 Z1.191 X-24.278 C55.562 B4.236N5030 Y49.491 Z-1.882 X-25.991 C50.17 B4.678N5035 Y50.023 Z-4.579 X-27.713 C44.914 B5.066N5040 Y50.413 Z-6.94

60、7 X-29.457 C39.684 B5.406N5045 Y50.673 Z-9.085 X-31.282 C34.254 B5.714N5050 Y50.785 Z-10.98 X-33.186 C28.572 B5.987N5055 Y50.725 Z-12.598 X-35.191 C22.495 B6.22N5060 Y50.48 Z-13.653 X-37.058 C16.636 B6.372N5065 Y50.148 Z-13.317 X-37.91 C13.614 B6.323刀具切削运动到B点（X-36.242 Y49.2 Z-7.51 C17.393 B5.487）,开始