汽轮机动叶片五轴数控工艺设计(5)

2019-03-28 19:48

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21.钳工锉削

由钳工对叶片的部分有圆弧的地方进行精修,要保证叶顶部,进出汽侧斜度与叶冠连接处平直且圆滑自然。 22.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。试抛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。

图2.25 叶片模型

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第3章叶片汽道型面五轴数控加工工序设计

叶片是汽轮机的主要部件之一, 尤其它的汽道部分决定了汽轮机的发电功率, 直接影响汽轮机产品的质量和工作效率。因此,叶片汽道的加工应满足下列技术要求:

① 保证汽道本的型线精度及各截面的相对位置精度。 ② 保证汽道型面与叶根的相对位置精度。

由于汽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,而汽道的加工量约占叶片加工量的二分之一。汽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往可以用汽道加工的水平来衡量。

3.1汽道加工方法分类

叶片汽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,汽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,沿着汽道结构中心线的方向运动,加工出各截面所需要的型面来。叶型的特点是沿汽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汽道高度方向上各截面型线都不相同,故不能用成型铣刀加工,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当汽道高度l>60 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。

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3.1.2有成型规律叶片汽道加工 a.斜铣叶片加工

加工方法:普通卧铣床、专用夹具及型线铣刀。叶片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:0.03~0.04 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汽道加工专用装备。由于所用刀具全部采用硬质合金,高速切削(8000~1 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。

为了保证叶片汽道质量,本工序中使用五轴联动数控机床加工叶片汽道。

3.2、汽道型面加工工序内容

本工序使用HX-151五轴联动加工中心。加工部位为汽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,换上B297-279以内径向面定位加工叶片,粗铣为精铣单面留0.5—0.8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。汽道型线与样板见漏光间隙。内弧:出汽边不大于0.10,中间不大于0.25,进汽边不大于0.15。背弧:出汽边不大于0.15,中间不大于0.30,进汽边不大于0.25。其

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余见产品图,型线图及相关工艺规程。注意加厚片标记符,注意出汽边标记符。下图(图3.2)为此工序结束时零件的形状。

图3.1 铣汽道型面及圆角 图3.2汽道型面加工完成后叶片形状

汽道部分的加工工作量比较大,要求对叶片进行数据处理、造型、加工部位的划分、加工方式的选择、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:汽道、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加工汽道部分的加工轨迹,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汽道加工轨迹 3.3、汽道型面加工定位原理分析

在叶片的结构中,汽道最为复杂,加工难度最大,其加工质量对整个汽轮机的发电效率和运行状况的影响也最大。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

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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个自由度都得到了完全的定位,故叶片完成了的初步的定位。

图3.6 叶片汽道加工夹具

3.4、汽道型面加工夹具的结构及夹紧工作原理

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,

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