汽轮的四轴数控制造培训课程

25.12.20221汽轮机弯扭动叶片汽道型面的四轴数控制造

常熟理工学院（筹）机电工程系25.12.20222弯扭叶片简介

该叶片为国内某大型汽轮机集团200MW机组中的低压缸八级动叶片。为了提高机组的工作效率，其叶型设计为曲面形状较复杂的弯扭形式，参见“动叶片产品图”及“动叶片三维模型”。弯扭叶型的特征截面采用大量离散点构成的列表曲线来定义，这在提高型线描述准确性的同时，也增加了型面定义的复杂程度，参见“特征截面点图”。

25.12.20223弯扭叶片产品图25.12.20224特征截面的数据点图25.12.20225叶片的三维实体造型（1）25.12.20226叶片的三维实体造型（2）25.12.20227叶片型面的制造特点分析

汽轮机弯扭叶片是典型的多轴数控加工零件。主机厂目前采用的制造工艺是：在方坯完成叶根及内背径向面的加工后，其汽道型面的粗精加工采用五轴数控加工一次完成。机床采用瑞士进口的五轴五工位加工中心，数控编程应用与机床配套的专业叶片编程软件。由于采用一次装夹完成整个型面的加工，因此加工精度比较理想，只需经简单的精抛光处理即可完成整个叶片的加工。但该工艺的缺点是加工设备太昂贵（一台五轴联动加工中心近二百万美元），加工成本太高，在目前情况下推广普及有一定困难。25.12.20228工艺创新方案

根据该叶片的制造特点，我们将制造工艺创新的重点放在汽道型面的数控制造方式上。通过对该叶片的三维造型，发现采用四轴加工代替五轴加工完全可以达到同样的目的。但目前四轴加工编程技术中较难实现考虑毛坯情况的粗加工策略问题，不能很好地解决加工质量与加工效率的统一。为此，综合考虑加工质量要求与加工经济性，决定采用普通机床与三轴、四轴数控加工相结合的工艺方法。

25.12.20229方案介绍粗铣内弧侧大余量（内弧开荒）粗铣背弧侧大余量（背弧开荒）三轴数控加工内弧侧（基于毛坯余量）三轴数控加工背弧侧（基于毛坯余量）四轴精加工整个汽道型面25.12.202210粗铣内弧侧大余量（内弧开荒）设备：普通铣床夹具：160mm平口钳刀具：Ø25立铣刀测具：0-150游标卡

0-300游标卡

25-50外径千分尺

50-75外径千分尺

19.12.202211粗铣铣背背弧弧侧侧大大余余量量（（背背弧弧开开荒荒））设备备：：普普通通铣铣床床夹具具：：160mm平口口钳钳刀具具：：Ø25立铣铣刀刀测具具：：0-150游标标卡卡0-300游标标卡卡25-50外径径千千分分尺尺50-75外径径千千分分尺尺19.12.202212三轴轴数数控控加加工工内内弧弧侧侧（基于于毛毛坯坯余余量量的的知知识识加加工工）设备备：：三三轴轴数数控控铣铣床床夹具具：：专专用用夹夹具具刀具具：：Ø20的立立铣铣刀刀、、R5球头头刀刀19.12.202213三轴数控控加工背背弧侧（基于毛坯坯余量的的知识加加工）设备：三三轴数控控铣床夹具：专专用夹具具刀具：Ø20的立铣刀刀、R5球头刀19.12.202214四轴精加加工整个个汽道型型面设备：四四轴加工工中心夹具：四四轴夹具具刀具：R5球头刀19.12.202215技术路线线三维造型型夹具设计计数控编程程测具设计计实际加工工19.12.202216三维造型型在叶片造造型过程程中，我我们运用用了在CAD/CAM/CAE各类软件件中处于于中高端端市场的的PTC公司出品品pro/engineer19.12.202217造型方法法：采用离散散的数据点完完成点-线-面的造型方法法。pro/engineer19.12.202218夹具设计计19.12.202219夹具装配后后示意图夹具在加工工中心旋转轴上采采用一夹一一顶方式装装夹夹具装夹方方法：19.12.202220测具设计测量方案：：叶片汽道型型面加工质质量的评估估与检验，，采用专门门设计的叶叶片测具来来进行完成成。通过测测具上确定定的2－2及7－7两个检测截截面，使用用型线卡板板对其形状状进行比对对测量。19.12.202221数控编程数控加工编编程采用了了在智能化化三轴加工工、多轴加加工及加工工模拟仿真真技术上比比较优秀的的CimatronitV12软件。后置处理采采用Cimatronit附带的专业业后置处理理软件IMSPost。19.12.202222三轴编程过过程：加工方法：：采用三轴轴等高铣削削加工(WCUT)进行粗加工工和半精加加工。三轴内弧加加工三轴背弧加加工19.12.202223加工方法：：在三轴加工工的基础上上用四轴曲曲面参数(SURMILL)与曲线多轴轴加工(CURVE_MX)进行精加工工。四轴编程过过程：19.12.202224实际加工1、刀具轨迹迹编辑19.12.2022252、后处理定定制通过IMSPost定制对应机机床的后处处理模板19.12.202226数控控加加工工程程序序通过过IMSPost后置置处处理理生生成成的的四四轴轴加加工工程程序序19.12.202227实际际加加工工模模拟拟三轴轴数数控控加加工工内内弧弧侧侧三轴轴数数控控加加工工背背弧弧侧侧四轴轴精精加加工工整整个个汽汽道道型型面面19.12.202228附：：参参赛赛方方案案的的补补充充说说明明由于于叶叶片片材材料料采采用用1Cr12Mo，加加工工难难度度比比较较大大。。考考虑虑到到比比赛赛时时间间有有限限，，故故将将比比赛赛所所使使用用的的材材料料改改为为纯纯铝铝。。在在保保持持数数控控制制造造工工艺艺方方案案不不变变的的情情况况下下，，对对叶叶根根等等的的制制造造工工艺艺作作了了一一些些调调整整。。参参赛赛前前，，我我们们考考虑虑先先完完成成四四轴轴数数控控加加工工前前的的所所有有工工序序，，现现场场只只演演示示汽汽道道型型面面的的四四轴轴数数控控加加工工及及测测量量。。四四轴轴数数控控制制造造工工艺艺参参见见“四轴轴数数控控加加工工的的工工序序图图”。19