现代叶片型面加工方式

9.5　现代叶片型面加工方式

现代汽轮机机组叶片的开发，由于加工手段的不断进步，开发叶片时在加工方面考虑的相对较少，而主要考虑的是机组较高的效率问题。因此现代开发出的叶片型面再难以见到型线有成型规律，叶身型面部分基本上都是由离散点组成的扭曲曲面，因此用传统的加工方式已经很难加工出来了，再加上传统的型面加工方式由于工艺、夹具、刀具和量具等的技术准备时间长，而且生产夹具、量具和刀具的时间也很长，因而很难适应现代化快节奏的生产要求。现代的加工中很难见到传统的加工方式了，像三联叶片型面是型腔，铣床铣刀难以伸入，它的型腔部分除可采用电解加工外，传统的叶身型面加工方式基本已经淘汰了，而且型面为型腔的加工也在采用数控电火花加工。现代汽轮机叶片型面的加工采用的是数控加工。数控加工的特点是：加工精度高、生产效率高、改善劳动条件、有利于生产管理、有利于向计算机控制和管理发展。下面分别讨论叶片型面数控加工的发展。

① 两坐标半数控机床加工叶片型面

两坐标半数控加工叶片型面，即数控机床的三个方向不能同时联动，先采用球头立铣刀，铣出一个截面，然后再沿汽道高度方向平移一段距离，直到将整个汽道加工完。内背弧的加工都采用同样的加工方式，它的加工扫描轨迹为平行移动，主轴不能偏转，完全靠铣刀球头一点走出型线截面的样条来，切削效率相对较低，而且在加工汽道的时候余量较大，因此要求铣刀的直径较大，而在加工型线与叶根、叶冠的交接处时有过渡圆角的限制，为了满足机组的效率通常过渡圆角设计得较小。而两坐标半的数控机床一般不具有换刀的功能，因此在加工过渡圆角时只能换另外一台机床进行。在数控机床发展的早期，叶片型面的加工采用的是这种方式，由于它的加工效率低，而且编程时，将叶片型面造出，用截面与型面相截得出样条。由于机床在z向不能建立刀具半径补偿，因此必须根据铣刀半径做出放量样条，再从样条上取出离散点，采取手动方式编程，因而加工的精度也较低，后续的修磨、抛光余量较大。这种叶片型面加工方式现在东汽叶片分厂也基本被淘汰了，只是在加工精锻叶片的叶根和叶冠处的过渡圆角还在采用这种方式，因为不能三个方向联动，所以只加工直平台的过渡圆角。

② 三坐标数控机床加工叶片型面

三坐标数控加工叶片型面与两坐标半的加工方式类似，只是数控机床的三个方向能同时联动，因而它能加工斜平台的过渡圆角，而且在做型面样条时可以做出样条与汽道高度方向成一定的夹角，这样在加工型面时可以减少抬刀次数，提高有效切削时间，在早期加工背弧时采用这种方式。而现在也基本被东汽叶片分厂淘汰了。

③ 四坐标数控机床加工叶片型面

四坐标数控机床加工叶片型面，此处的四坐标机床指的是X、Y、Z三个方向的运动和A轴的旋转运动。这种四坐标机床铣削型面采用的是螺旋轨迹加工，由于A轴可旋转且有刀具选择的功能，因此刀具可选择使用的余地就大了。在刀具不发生干涉的情况铣刀直径越大越好，而且端面圆角可为任意值。这种数控机床的缺点是刀具不能摆动，机床较小，功率较小，在东汽叶片分厂的此种四坐标机床主要是国产机床，它的刚性较差，因此主要加工高中压缸的中小型叶片以及叶根与叶冠为直平台的叶片，对斜平台以及外凸圆柱面的平台只能旋转到一定的位置上三轴加工，但用三轴加工出的叶片在接刀处的质量会稍差一些，且会不同程度地留下一些不能加工的死角区，加大了后续的修磨和抛光工序工作量。