專利名稱：汽輪機(jī)葉片一次性裝夾銑削成型的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪機(jī)葉片的加工方法，尤其涉及將該葉片一次性裝夾于機(jī)床上銑削成型的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，以申請人為代表的我國汽輪機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，在銑削汽輪機(jī)葉片時(shí)，由于銑床控制系統(tǒng)的軟件(我國1999年引進(jìn)瑞士LIECHTI公司的TurbSoft軟件)設(shè)置的粗加工模塊沒有進(jìn)行二次開發(fā)，不能在五坐標(biāo)機(jī)床上一次裝夾加工成型，只得分為兩大加工步驟先在普通機(jī)床上將葉片方鋼毛坯進(jìn)行背弧出汽側(cè)倒角、背弧進(jìn)汽側(cè)倒角、銑內(nèi)弧型面、銑葉冠進(jìn)汽側(cè)、銑葉冠出汽側(cè)的銑削粗加工，再在五坐標(biāo)機(jī)床上進(jìn)行其它后序加工。在普通機(jī)床上進(jìn)行上述粗加工，每次只能銑一個(gè)加工面，每一加工面又要經(jīng)多道工序銑削，每一道銑削工序都必須使用一套專用裝夾具重新裝夾，重新裝夾工件時(shí)找中、對位難度很大，不可避免地存在形位誤差，不僅難于保證加工精度，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且因多次裝夾，技術(shù)準(zhǔn)備和加工周期長，工作效率很低，同時(shí)，所用的裝夾具繁多、制造費(fèi)用大，致使葉片的加工成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種汽輪機(jī)葉片一次性裝夾銑削成型的方法以及用于該方法的裝置。技術(shù)手段是對引進(jìn)瑞士LIBCHTI公司的TurbSoft軟件進(jìn)行二次開發(fā)，對葉片重新造型，增加背弧出汽側(cè)倒角、背弧進(jìn)汽側(cè)倒角、銑內(nèi)弧型面、銑葉冠進(jìn)汽側(cè)、銑葉冠出汽側(cè)的銑削粗加工方式，其技術(shù)解決方案是一種汽輪機(jī)葉片一次性裝夾銑削成型的方法，將葉片方鋼毛坯裝夾于六軸五坐標(biāo)機(jī)床上，由機(jī)床控制系統(tǒng)控制，按如下順序的步驟進(jìn)行銑削加工a.背弧出汽側(cè)倒角粗銑；
b.背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑；c.內(nèi)弧型面粗銑；d.葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑；e.葉冠出汽側(cè)粗銑；f.銑葉冠處開空刀槽粗銑；g.葉身型面精銑；h.葉身型面精銑；i.葉根R8精銑；j.葉冠R8精銑；k.葉根R6精銑；l.葉冠R6精銑；m.葉冠R4精銑。
所述背弧出汽側(cè)倒角粗銑、背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
所述內(nèi)弧型面粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)葉片內(nèi)弧型面的扭曲情況確定主軸的旋轉(zhuǎn)角度和刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的端面和側(cè)刃同時(shí)沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
所述葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑、葉冠出汽側(cè)粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
用于實(shí)施上述方法的裝置，包括六軸五坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控機(jī)床及其控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的程序軟件包含按如下順序工作的功能模塊a.背弧出汽側(cè)倒角粗銑模塊，用于根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；
b.背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑模塊，用于根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；c.內(nèi)弧型面粗銑模塊，用于根據(jù)葉片內(nèi)弧型面的扭曲情況確定主軸的旋轉(zhuǎn)角度和刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的端面和側(cè)刃同時(shí)沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；d.葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑模塊，用于根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；e.葉冠出汽側(cè)粗銑模塊，用于根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；f.葉冠處開空刀槽粗銑模塊；g.葉身型面半精銑模塊；h.葉身型面精銑模塊；i.葉根R8精銑模塊；j.葉冠R8精銑模塊；k.葉根R6精銑模塊；l.葉冠R6精銑模塊；m.葉冠R4精銑模塊。
由于采用上述技術(shù)方案，將葉片方鋼毛坯一次性裝夾于機(jī)床上即可銑削所有加工面，直到最終成型，不必多次裝夾，從而避免了多次裝夾造成的形、位誤差，提高了加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量；減少了大量去毛坯余量的工序，節(jié)約了工裝費(fèi)用；軟件界面簡捷，使用方便，編程員容易操作，編程時(shí)間短，縮短了技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)周期，大幅度提高了工作效率，降低了產(chǎn)品成本。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)施例只是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，不限制本發(fā)明的范圍。


圖1是本發(fā)明的葉身型面造型圖。
圖2是葉片毛坯加工邊界示意圖。
圖3是葉片加工工藝流程圖。
圖4是背弧進(jìn)、出汽側(cè)倒角粗銑加工方式和路徑圖。
圖5是內(nèi)弧型面粗銑加工方式和路徑圖。
圖6是葉冠進(jìn)、出汽側(cè)粗銑加工方式和路徑圖。
圖7是葉根、葉冠內(nèi)、背徑向面精銑加工方式和路徑圖。
圖8是葉身型面銑削加工方式和路徑圖。
圖9是葉根、葉冠R的銑削加工方式和路徑圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)以加工X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片為例說明本發(fā)明。
要加工出合格的葉片的第一步就是建立準(zhǔn)確的葉片模型。根據(jù)Turbsoft軟件對方鋼毛坯動葉片的造型要求，把它分為如下幾個(gè)部分分別采用不同的軟件完成它的造型工作葉身型面、葉根平臺、葉冠平臺以及毛坯尺寸的設(shè)置。由于Turbsoft軟件沒有型面造型功能，因此葉身型面的一次造型必須用MasterCAM軟件完成，葉身型面的二次造型和葉根平臺、葉冠平臺以及毛坯尺寸的設(shè)置在Turbsoft軟件中完成。
參見圖1葉身型面一次造型，首先在MasterCAM軟件中將型線圖所提供的各截面離散點(diǎn)輸入，然后生成各截面的樣條曲線，再將樣條曲線生成曲面。根據(jù)Turbsoft軟件要求，葉身型面須由四個(gè)曲面構(gòu)成，分為背弧曲面、內(nèi)弧曲面、進(jìn)汽邊曲面和出汽邊曲面。然后再將四個(gè)曲面在3D狀態(tài)下轉(zhuǎn)化成.igs文件，在Turbsoft軟件中轉(zhuǎn)換后才能進(jìn)行二次造型和型面編程。
葉身型面二次造型，先在Turbsoft軟件中設(shè)置后置處理參數(shù)(其中包括機(jī)床號的選擇、夾具的偏置、葉根葉冠平臺的形狀、刀具參數(shù)等)，然后將在MasterCAM中轉(zhuǎn)換的.igs文件讀入，完成葉身型面的二次造型。
參見圖2根據(jù)Turbsoft軟件對加工方鋼毛坯葉片的要求，不僅要設(shè)置葉根平臺和葉冠平臺，還必須設(shè)置毛坯的尺寸，才能使用粗加工銑削方式進(jìn)行加工。因此，在Turbsoft軟件中設(shè)置了五個(gè)邊界B1、B2、B91、B92、B0。邊界B0做為毛坯尺寸的設(shè)置。
X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方法是首先采用普通加工機(jī)床，分多道工序?qū)θ~片型面進(jìn)行去余量，然后再在六軸五坐標(biāo)加工中心機(jī)床上進(jìn)行葉片型面的加工，其加工工藝過程為銑背弧出汽側(cè)倒角→銑背弧進(jìn)汽側(cè)倒角→銑出汽側(cè)斜度→銑進(jìn)汽側(cè)斜度→預(yù)銑葉冠內(nèi)徑向面→內(nèi)弧葉冠處去余量→內(nèi)弧去余量→內(nèi)弧葉根處去余量→粗銑葉根出汽側(cè)56°倒角→精銑葉根出汽側(cè)56°倒角→銑汽道型線。
參見圖3本發(fā)明針對X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片方鋼毛坯的特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)有的Turbsoft軟件的銑削方式和新開發(fā)的粗加工銑削方式，共編制了13個(gè)加工工步，工藝過程為背弧出汽側(cè)倒角粗銑→背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑→內(nèi)弧型面粗銑→葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑→葉冠出汽側(cè)粗銑→葉冠處開空刀槽粗銑→葉身型面半精銑→葉身型面精銑→葉根R8精銑→葉冠R8精銑→葉根R6精銑→葉冠R6精銑→葉冠R4精銑，在六軸五坐標(biāo)機(jī)床上一次裝夾完成葉片型面、葉根平臺及葉冠平臺的加工。這樣完全保證了每塊葉片的加工精度，并且縮短了工藝準(zhǔn)備周期和生產(chǎn)周期，節(jié)約了大量的工藝裝備的制造費(fèi)用。
Turbsoft軟件共有二十幾種銑削方式，其中包括葉身型面的銑削方式、葉片平臺的銑削方式、葉片型面的粗加工銑削方式以及葉片平臺的粗加工銑削方式。在編制某種葉片的加工程序時(shí)，不可能每種銑削方式都能用到，而必須根據(jù)該葉片的特點(diǎn)選擇合適的銑削方式，編制出高效率的加工程序，才能滿足生產(chǎn)的需要。針對X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片型面由多截面構(gòu)成，葉根平臺、葉冠平臺是平面的特點(diǎn)，在編制該程序時(shí)，共選用了6種銑削方式①銑背弧出汽側(cè)和進(jìn)汽側(cè)倒角銑削方式；②內(nèi)弧粗加工的銑削方式；③進(jìn)、出汽側(cè)粗加工的銑削方式；④葉身型面的銑削方式；⑤葉根、葉冠R的銑削方式；⑥葉冠處開空刀槽的銑削方式。
參見圖4銑背弧出汽側(cè)和進(jìn)汽側(cè)倒角采用了Turbsoft軟件提供的葉片背弧粗加工(19#)銑削方案。該銑削方案主要用于在加工方鋼毛坯時(shí)，對機(jī)床B軸設(shè)置一個(gè)固定的旋轉(zhuǎn)角度，去除背弧進(jìn)、出汽側(cè)的余量。該方案也可用于去除葉片內(nèi)弧的余量。該方案的刀具路徑可以是一刀切削，也可以是多刀切削。刀具路徑的多少是根據(jù)對使用刀具的切削寬度和切削深度來決定。該銑削方式是沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削，這樣可大大地縮短加工時(shí)間。由于該銑削方式是用刀具的端面和側(cè)刃同時(shí)銑削，因此，選用了IG32玉米鑲片銑刀。
參見圖5內(nèi)弧粗加工采用了Turbsoft軟件的葉片內(nèi)弧粗加工(18#)銑削方式。該銑削方式只能用于粗加工葉片的內(nèi)弧型面。軟件可根據(jù)葉片內(nèi)弧型面的扭曲情況自動計(jì)算出主軸的旋轉(zhuǎn)角度和刀具路徑。刀具路徑的多少所用的刀具切削寬度和深度的設(shè)置有關(guān)。該銑削方式是用刀具的端面和側(cè)刃同時(shí)銑削，因此，選用了IG32玉米鑲片銑刀。該銑削方式同樣是沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
參見圖6進(jìn)、出汽側(cè)粗加工采用了Turbsoft軟件的葉片葉根粗加工(17#)銑削方案，該銑削方式可用于葉根、葉冠毛坯余量不一樣的情況下，對葉片的進(jìn)汽側(cè)、出汽側(cè)、背弧徑向面和內(nèi)弧徑向面進(jìn)行粗加工。軟件根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置，所用的刀具切削寬度和深度的設(shè)置計(jì)算出刀具的銑削路徑。該銑削方式主要用刀具側(cè)刃銑削，因此，同樣選用了IG32玉米鑲片銑刀。銑削方式同樣為框架銑削。
參見圖7如果需要對葉根、葉冠內(nèi)背徑向面進(jìn)行精加工，就必須選擇Turbsoft軟件的葉片葉根精加工(15#)銑削方式。該銑削方式是對分別對葉根、葉冠徑向面進(jìn)行縱向切削，主要用IG32玉米鑲片銑刀的端面切削。
參見圖8葉身型面的銑削方式采用了Turbsoft軟件的葉片型面(1#)銑削方案。該銑削方式可用于葉片葉身型面的粗加工、半精加工以及精加工。銑削方式是沿葉片截面進(jìn)行螺旋銑削。由于玉米鑲片銑刀的切削力、切削深度比較大，因而在粗加工時(shí)選用了IG32玉米鑲片銑刀。而精加工要求的精度比較高，此時(shí)葉片余量不大且均勻，就選用R28鑲片銑刀。這樣既能保證葉片型面的加工精度，又能節(jié)約加工時(shí)間。
參見圖9針對X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片葉根平臺、葉冠平臺是平面的特點(diǎn)，在加工葉根、葉冠R時(shí)采用Turbsoft軟件的葉片平面平臺(7#)削方案。葉片平面平臺(7#)銑削方式的特點(diǎn)是，在加工葉根、葉冠R的同時(shí)，利用刀具的側(cè)刃同時(shí)加工出葉根、葉冠平臺，這樣可以大大地提高葉片的加工效率。但此種銑削方式只適用于加工葉根、葉冠平臺為平面的葉片。由于X300A202001A～005A(中壓缸1～5級)動葉片葉根R為R6、葉冠R為R4，因而選擇三種刀具來加工葉根、葉冠。刀具分別為①K16整體硬質(zhì)合金球頭刀；②K12整體硬質(zhì)合金球頭刀；③K8整體硬質(zhì)合金球頭刀。這三種刀具都是帶錐度的球頭刀。
葉冠處開空刀槽的銑削方式采用了Turbsoft軟件的葉冠處開空刀槽(30#)銑削方式。該銑削方式是根據(jù)葉片的實(shí)際情況開發(fā)出的，主要用于葉片葉根、葉冠處開空刀槽，以便于對葉身型面的粗加工。銑削方式類似于30#銑削方式。由于開空刀槽時(shí)余量比較大，因而同樣選用了切削力、切削深度比較大的IG32玉米鑲片銑刀。
在確定了葉片的加工工藝路線和銑削方式后，在軟件中設(shè)置了幾百個(gè)參數(shù)，由系統(tǒng)產(chǎn)生加工程序后，在六軸五坐標(biāo)加工中心機(jī)床上進(jìn)行調(diào)試。在程序調(diào)試中，根據(jù)毛胚的余量調(diào)整加工區(qū)域和加工路徑數(shù)量，以提高切削效率，縮短加工時(shí)間。
通過加工實(shí)踐證明由于合理地應(yīng)用了Turbsoft軟件的粗加工銑削方式，使在對方鋼毛坯動葉片加工的過程中，減少了大量去毛坯余量的工序，節(jié)約了工藝裝備費(fèi)用，縮短了技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，充分發(fā)揮了加工中心機(jī)床的作用，使葉片加工技術(shù)邁上了一個(gè)新的臺階。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)葉片一次性裝夾銑削成型的方法，將葉片方鋼毛坯裝夾于六軸五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上，由機(jī)床控制系統(tǒng)控制，按如下順序的步驟銑削加工a.背弧出汽側(cè)倒角粗銑；b.背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑；c.內(nèi)弧型面粗銑；d.葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑；e.葉冠出汽側(cè)粗銑；f.銑葉冠處開空刀槽粗銑；g.葉身型面精銑；h.葉身型面精銑；i.葉根R8精銑；j.葉冠R8精銑；k.葉根R6精銑；l.葉冠R6精銑；m.葉冠R4精銑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述背弧出汽側(cè)倒角粗銑、背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述內(nèi)弧型面粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)葉片內(nèi)弧型面的扭曲情況確定主軸的旋轉(zhuǎn)角度和刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的端面和側(cè)刃同時(shí)沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑、葉冠出汽側(cè)粗銑進(jìn)一步包括步驟-根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；-采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
5.用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括六軸五坐標(biāo)機(jī)床數(shù)字控制機(jī)床及其控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的程序軟件包含按如下順序工作的功能模塊f.葉冠處開空刀槽粗銑模塊；g.葉身型面半精銑模塊；h.葉身型面精銑模塊；i.葉根R8精銑模塊；j.葉冠R8精銑模塊；k.葉根R6精銑模塊；l.葉冠R6精銑模塊；m.葉冠R4精銑模塊；其特征在于該程序軟件還包含置于葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑模塊之前且按如下順序工作的功能模塊a.背弧出汽側(cè)倒角粗銑模塊，用于根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；b.背弧進(jìn)汽側(cè)倒角粗銑模塊，用于根據(jù)銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；c.內(nèi)弧型面粗銑模塊，用于根據(jù)葉片內(nèi)弧型面的扭曲情況確定主軸的旋轉(zhuǎn)角度和刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的端面和側(cè)刃同時(shí)沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；d.葉冠進(jìn)汽側(cè)粗銑模塊，用于根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削；e.葉冠出汽側(cè)粗銑模塊，用于根據(jù)毛坯尺寸的設(shè)置、銑刀的切削寬度和深度確定刀具路徑；采用IG32玉米鑲片銑刀，用銑刀的側(cè)刃沿葉片長度方向進(jìn)行框向銑削。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽輪機(jī)葉片加工方法及其裝置。特點(diǎn)是對原五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的TurbSoft程序軟件的粗加工模塊進(jìn)行二次開發(fā)，增設(shè)了葉片背弧出汽側(cè)倒角、背弧進(jìn)汽側(cè)倒角、銑內(nèi)弧型面、銑葉冠進(jìn)汽側(cè)、銑葉冠出汽側(cè)的銑削粗加工功能模塊，將葉片方鋼毛坯一次性裝夾于機(jī)床上即可銑削所有加工面，直到最終成型，不必多次裝夾，從而避免了多次裝夾造成的形位誤差，提高了加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，各加工面粗銑都是一道銑削工序完成的，大大減少了同一加工面的粗銑工序，也省去了多次裝夾所用的眾多裝夾具及大量裝夾時(shí)間，大幅度提高了工作效率，降低了產(chǎn)品成本。
文檔編號B23C3/00GK1613590SQ20041008133
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者李開玉 申請人:東方汽輪機(jī)廠