■ 杭州汽輪機股份有限公司葉片分廠 （浙江 310022） 張新苗

基于RCS的三菱葉片在LX151機床加工中的程序改進

■ 杭州汽輪機股份有限公司葉片分廠 （浙江 310022） 張新苗

燃機系列動靜葉片技術的質量改進過程遇到了很多困難。本文通過改進加工工藝以及優(yōu)化程序內容，有效地解決了加工難題，確保了生產(chǎn)產(chǎn)品的質量。

近幾年隨著市場的變化和公司的發(fā)展，燃機葉片的精品加工已經(jīng)成為我廠重點項目之一。燃機類葉片外形與普通汽輪機葉片有著較大的差別，質量要求也較高，目前同一機組中大大小小的動葉近40種、可調靜葉6種、固定靜葉近40種。部分葉片型面平坦、容易變形、出汽邊厚度較薄，常常會出現(xiàn)翻邊和刀口等缺陷，個別葉片結構復雜，加工困難，有些葉頂汽封形狀特殊，這些特點都給程序的編制和調試帶來了前所未有的難題。解決這些加工難點必須通過不斷試驗和總結，來改進工藝技術、優(yōu)化程序內容以及提高生產(chǎn)加工技術，其中燃機葉片的程序編制改進工作尤為重要。燃機葉片的幾個品種如圖1所示。

圖 1

1. 燃機葉片汽道端面與型面連接處R位置完美過渡

燃機可調靜葉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過渡和型面過渡中，以往采用的常規(guī)數(shù)控掃描加工存在的缺點有：①葉片加工過的部位外觀質量較差，凹凸不平。②鉗工人工修理之后，容易把精加工部位拉毛、劃傷，工作量大且磕碰較多。③加工時間達86min左右。④選擇的刀具直徑較小，效率低且費用高。加工路徑如圖2所示。

圖 2

為有效突破這些難點，我們選擇了更高精度的程序控制。通過近兩年多時間的技術積累和不斷試驗，優(yōu)化得到了合適的數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工模塊，使葉根、R部位、端面和4個特殊區(qū)域形成特殊的相關線控制方法，運用恰當?shù)牡毒摺⑦M給和轉速，在LX151上完成了該類型葉片的數(shù)控工藝改進。該工藝具有的優(yōu)點包括：①加工時間明顯減少，效率比原方案提升很多。②邊角過渡、圓角R過渡和型面平穩(wěn)過渡，葉片外觀一致性很好。③型面、轉接位置和過渡等全部機加工，減少人為因素，產(chǎn)品一次性交驗合格率高。④鉗工由8個三角區(qū)域修平整的工作量改為修毛刺和倒圓的工作量。⑤LX151通過夾具修正后，基本實現(xiàn)零試料。⑥采用直徑為10mm左右的常規(guī)刀具，不僅耐用，也避免了小刀具崩刃的情況。效果如圖3所示。

圖 3

2.燃機葉片型面進出汽邊數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

燃機葉片GC、GT各種規(guī)格的動靜葉片種類繁多、型面平坦且容易變形。部分葉片出汽邊厚度為0.08mm，進出汽邊R很小，進出汽側是魚嘴型型線，加工困難，質量難以保證。加工時極易引起過切，把進汽邊圓弧銑成缺口或尖角（見圖4）。出現(xiàn)了邊線偏薄、弦寬難以保證、廢品數(shù)量多等情況。即使是游標卡測量弦寬，出汽邊也會出現(xiàn)各種大大小小的缺口。同時出汽邊偏薄以后測量所得的弦寬也是一個假性尺寸，在砂出汽邊時哪怕是剛剛砂掉機加工紋路，弦寬也已經(jīng)多數(shù)超差。產(chǎn)品外觀不一致，時常出現(xiàn)廢品，導致出現(xiàn)需要補料、加料等現(xiàn)象。之前車間三班倒生產(chǎn)，編程人員也跟著三班倒，型線穩(wěn)定得不到控制，一次一個樣，質量可靠性極差。

圖 4

以上特點給程序編制和調試帶來了一些困難。解決這些加工難點同樣需要通過不斷試驗和總結經(jīng)驗，改進工藝技術和優(yōu)化程序，整體上由數(shù)控程序來保證技術水平。對型線的數(shù)據(jù)首先進行了CAD部分的數(shù)據(jù)優(yōu)化，經(jīng)分析討論發(fā)現(xiàn)圖紙?zhí)峁┑男兔鏀?shù)據(jù)里進汽邊R處的點較少，導致RCS對型面數(shù)據(jù)處理時由于點數(shù)太少而算出的切削軌跡不夠圓滑，這點通過在TOPSOLID軟件和RCS相結合輸出型面數(shù)據(jù)時進行加密處理，用RCS型面優(yōu)化軟件對型面數(shù)據(jù)進行光順優(yōu)化（見圖5），以保證數(shù)據(jù)點更合理的布置。通過圖4和圖5可對比改進設置前后進出汽邊的銑削效果。

圖 5

經(jīng)繼續(xù)試制和探索，發(fā)現(xiàn)在RCS軟件中設定相關參數(shù)也比較有效。首先設定型面生成的片體數(shù)目，默認是背弧25個片體、進汽側9個片體、內弧25個片體、出汽側9個片體，一般的葉片基本不作修改，但燃機葉片可以修改成背弧25個片體、進汽側19個片體、內弧25個片體、出汽側19個片體；其次在銑削點數(shù)目的設置中，常用的是等距離的點設置（見圖6），但是燃機類型的型面銑削中使用插補點設置，進出汽邊使用角度增量方式（見圖7）。并降低進汽邊的切削參數(shù)，優(yōu)化走刀方式，有效地解決了進汽邊過切和缺損現(xiàn)象。經(jīng)改進后加工的葉片外觀、型線質量穩(wěn)定可靠。同時通過不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)，彌補了機床、刀具和工藝等各項綜合誤差。確保出汽邊厚度在0.10～0.12mm之間，在砂進出汽邊、拋光內背弧時，弦寬、進出汽邊厚度得到了有效控制，廢品率幾乎為零。公司成品檢驗、東汽集團涂層人員一致反映通過改進后的燃機葉片質量、外觀改進很大。

圖 6

圖 7

3. 葉頂汽封的特殊加工

MS251機型GC第三級、第十級、GT第九級動葉有汽封要求。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現(xiàn)，只能通過五軸機床加工后再換用三軸機床分工序解決這樣的難題。這種方式雖然能實現(xiàn)葉頂汽封的加工，但存在加工周期長、外觀差以及尺寸控制難等問題。

燃機動葉由于葉頂汽封與進出汽邊尺寸要求較高，葉頂汽封高度尺寸約8mm，因此該汽封由五軸機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)葉頂汽封與葉根轉接部位相似，對型線和汽封面進行特定的處理后可以按照型面轉接的銑削方式進行加工，這幾個葉片的葉頂汽封均在LX151機床上加工到位。具體方法如下：①對型面數(shù)據(jù)進行處理，確定型面上的點矢量方向。②把葉頂圓弧面作為葉根轉接面處理葉根數(shù)據(jù)。③選用R1的錐度球頭刀按葉根轉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的厚度值。

通過研究分析在RCS中找到與TOPSOLID軟件的接口，在TOPSOLID軟件中運用多軸銑模塊，創(chuàng)建一驅動幾何體，成功生成三軸刀路軌跡。在調試過程中發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建的驅動幾何體一定要光順，如果只是選取原始的型面作為驅動幾何體，加工后進出汽邊位置會產(chǎn)生過切現(xiàn)象。所以不應在原始的型面上選取，可以選取幾檔型線，內背弧單獨生成片體，進出汽邊用通過曲線網(wǎng)格的方式，起始和結束曲率與內背弧采用連續(xù)方式。此種方法加工葉頂減?。ㄒ妶D8），刀具側面緊貼汽封面加工可以準確的保證汽封圓弧面尺寸，且加工穩(wěn)定，表面質量也能較好地保證工藝要求。按照這樣的方式創(chuàng)建的驅動幾何體生成的刀路軌跡加工后在進出汽邊位置很光滑，沒有過切現(xiàn)象，外觀尺寸一致。同時也給了我們很大啟發(fā)，在其他的葉片加工中同樣可以更好地使用RCS+TOPSOLID軟件的編程模式。

圖 8

由此可得，汽道端面與型面轉接變R加工、橢圓過渡、燃機進汽側R都不用分多部機床多道工序加工，可以在一臺機床上順利完成各項技術難以實現(xiàn)的工序加工。

4. 燃機動靜葉片型面變形改進

燃機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，嚴重時葉頂部分型線變形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，程序設計時把粗銑刀具D50R6刀具換成D32R4刀具并進行加工參數(shù)優(yōu)化，刀具R減小后切削應力減少，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)試驗多種方式對變形情況進行改善，最后換用D32R1.6的方刀片銑刀進行加工。這種刀具加工產(chǎn)生的切削抗力更加小，同時使用較小的切削步距進行加工，這樣大大減少了加工變形的產(chǎn)生。半精后銑留0.5mm余量，最后用D10R0.8多齒T10精銑刀每齒進給0.04mm高轉速、高進給加工型面，達到了工藝要求。

采用這種方式進行加工后，基本解決了燃機動葉型面加工中的變形問題。但可調靜葉由于受兩端需要精密過渡和葉片較長的影響，目測看變形依然存在，在程序改進中已經(jīng)無法完成更好的優(yōu)化。這是因為其葉型薄以及長度大等，再加上液壓頂針情況下，裝夾時就已經(jīng)有所變形。最后只能限制設備加工，采用在LX151雙驅五軸加工中心下加工，在程序編制時，根據(jù)葉片的裝夾、變形等問題，設定粗加工、半精加工、精加工和超精加工的模式來確定圍帶雙驅鉗口頂錐推與拉的作用，必要時設定一定的推、拉力量值（見圖9）。同時在粗加工階段也可通過鎖定A、B軸（見圖10）等多種方法達到防止葉片變形和型面光滑過渡的目的。

圖 9

圖 10

5. 結語

經(jīng)過多年的努力，燃機系列動靜葉片已加工幾十臺套。雖精品系列技術質量改進過程中困難重重，給編程調試和加工都帶來了很多困難，但是大部分難題都是經(jīng)過多次的改進才最終得以改善。通過改進工藝和調整RCS軟件的加工方法，及時地解決了這些加工問題和難點，不僅保證了生產(chǎn)制造的順利進行，產(chǎn)品也在精品工程道路上前進了一大步，為公司開拓市場和發(fā)展壯大奠定了堅實的基礎。

20150822）