汽輪機(jī)數(shù)控加工技術(shù)探討

董愛強(qiáng)

摘要：葉片的工作條件較為復(fù)雜，且需要長時(shí)間運(yùn)作，因此在進(jìn)行葉片加工時(shí)不僅要重點(diǎn)把握葉片的質(zhì)量，同時(shí)也在生產(chǎn)過程中考慮到生產(chǎn)企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)葉片加工工藝不僅繁瑣，且需要人力財(cái)力較多，而數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)不僅能夠有效解決這一問題，同時(shí)也有利于提升我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)整體科技水平。本文對汽輪機(jī)中的葉片及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)基于并聯(lián)機(jī)床對數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工技術(shù);汽輪機(jī);葉片;有效應(yīng)用

汽輪機(jī)上的葉片能夠在運(yùn)作過程中將蒸汽轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并通過不斷旋轉(zhuǎn)的形式為汽輪機(jī)提供動(dòng)力，使其能夠產(chǎn)生電力并不斷運(yùn)行，由此可見，葉片作為汽輪機(jī)中的重要組成部分，在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程中有著至關(guān)重要的作用。近年來我國工業(yè)科技水平不斷受到國際化、科技化的推動(dòng)而提升，而全球工業(yè)的進(jìn)步也對汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)提出了新要求，其中最重要的就是對葉片的型面設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)工藝加工技術(shù)已經(jīng)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，因此必須在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上融入數(shù)控加工等計(jì)算機(jī)科技手段并不斷對其優(yōu)化，在確保能夠提高其加工工藝水平的同時(shí)促進(jìn)工業(yè)工廠生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國工業(yè)實(shí)力的進(jìn)步與發(fā)展。

1汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及運(yùn)作分析

葉片作為汽輪機(jī)中的重要組成部分，不僅是使風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)換能量的重要前提，同時(shí)其質(zhì)量也決定著風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)作效率，是決定汽輪機(jī)是否能夠正常運(yùn)作的基本條件，葉片在通常情況下分為動(dòng)葉片與靜葉片兩種。就動(dòng)葉片而言，其主要由葉身、葉根、拉筋以及型面、葉冠和中間體幾個(gè)部分構(gòu)成。其中，中間葉身的結(jié)構(gòu)是最繁瑣的，平常見到的多數(shù)為扭轉(zhuǎn)型的自由曲面。通常情況下，可將葉身型面劃分成葉根圓角、進(jìn)氣邊圓角、背弧、拉筋以及葉冠圓角、出氣邊圓角和內(nèi)弧幾個(gè)部分。葉身型面均由不一樣的截面型線擬合而成的曲面，葉身型面是由一組間距不一致的截面型線所形成的一種空間扭曲面，通常情況下，將葉身部分的該部分橫截面稱作葉型，將每個(gè)橫截面的邊緣叫做型線，在通常，一條型線均由三個(gè)部分構(gòu)成，即背弧、進(jìn)氣邊圓弧以及內(nèi)弧與出氣邊圓弧，型線對葉片的具體工作有著直接性的作用和影響，許多型面均屬于一種彎扭變截面與等截面彎扭曲面。在通常情況下，葉根形式有菱形、T形以及樅樹形與叉形四種。與動(dòng)葉片不同的是，靜葉片被固定在汽輪機(jī)中的氣缸里的葉片。而氣缸中具有許多靜葉片，每一個(gè)靜葉片都與一個(gè)動(dòng)葉片進(jìn)行組合形成一級，而當(dāng)熱蒸汽進(jìn)入汽缸并進(jìn)入到第一個(gè)葉片級時(shí)，靜葉片就將蒸汽倒入動(dòng)葉片處，并使其產(chǎn)生推力推動(dòng)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，而隨著熱蒸汽的不斷進(jìn)入，每一級葉片都因受到上一級的推動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并且隨著蒸汽總量與速度進(jìn)入的增加，動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)的速度也不斷加快，最終使每一級的動(dòng)葉片都不斷運(yùn)行，并產(chǎn)生機(jī)械能，為汽輪機(jī)提供動(dòng)力。

2葉片的數(shù)控加工工藝

傳統(tǒng)葉片加工工藝已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)需要，而數(shù)控技工技術(shù)與葉片加工工藝的結(jié)合完美地解決了這一問題。其中葉片在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的氣道對汽輪機(jī)所產(chǎn)生的功率有直接影響作用，因此在進(jìn)行葉片加工時(shí)需要將葉片氣道作為保證葉片質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)能夠熟練地運(yùn)用先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)來進(jìn)行葉片加工，而現(xiàn)如今我國仍屬于起步階段，在葉片數(shù)控加工方面略顯不足。因此，我國相關(guān)科研人員正不斷地研究該技術(shù)并創(chuàng)新，以期為促進(jìn)我國工業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。數(shù)控加工葉片技術(shù)不僅具有先進(jìn)的科學(xué)性，同時(shí)也具備其它優(yōu)勢。首先，數(shù)控機(jī)加工技術(shù)在一定基礎(chǔ)上能夠通過智能化加工及管理有效提高葉片的質(zhì)量，在降低葉片型線誤差值的同時(shí)也為提高汽輪機(jī)整體質(zhì)量提供保障;其次，數(shù)控加工葉片技術(shù)的投入大量節(jié)省人力，并且有效地提高加工工作效率，為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省成本的同時(shí)增加經(jīng)濟(jì)效益。由于受到其工作性質(zhì)影響，加工企業(yè)在選擇葉片材料時(shí)通常采用1Crl3與2Crl3等不銹材料，以確保能夠提高葉片的使用壽命，增加汽輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換率及機(jī)械利用率。但由于這兩種材料具有高強(qiáng)度、易變形等特點(diǎn)，因此在加工過程中增加了一定難度。

3基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工應(yīng)用

并聯(lián)機(jī)床是近年才出現(xiàn)的一種有效結(jié)合了科技與工藝的新概念加工機(jī)床，該機(jī)床通過利用CAD/CAM軟件等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)將機(jī)器人結(jié)構(gòu)與機(jī)床完美結(jié)合，不僅具有低成本、高效率以及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，同時(shí)也因其壽命長、加工精度較高等優(yōu)勢受到全世界工業(yè)產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。通常情況下，基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工程序由以下幾個(gè)部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：第一，CAD技術(shù)的處理流程;第二，并聯(lián)機(jī)床的加工流程。并聯(lián)機(jī)床的加工內(nèi)容著重包括葉身型面、葉冠、葉根和葉身以及葉片的葉根和葉冠的交接面?；赨G的葉片數(shù)控加工的編制程序著重涵蓋了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：a.葉片零部件的三維造型;b.對葉片數(shù)控加工的工藝程序、加工的工具進(jìn)行確認(rèn);c.刀位的精確計(jì)算和所生成的刀具的運(yùn)動(dòng)軌道;d.對刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行科學(xué)的校驗(yàn)以及仿真與編輯，同時(shí)形成相應(yīng)的刀位文件;e.以后置處理流程為依據(jù)，將刀位文件變成數(shù)控機(jī)床可以讀取的NC代碼。運(yùn)用UG軟件對葉片進(jìn)行數(shù)控加工，在通常情況下，其數(shù)控加工的編制程序均是在UG/CAM中形成了刀具的軌跡后，在進(jìn)行NT仿真與校驗(yàn)，可將加工數(shù)據(jù)與信息輸出視為刀位源的一種具體文件。在刀位源文件中著重包括刀具信息、加工坐標(biāo)系信息、刀具位置以及所有的加工輔助命令信息和姿態(tài)信息，需要通過一定的后置處理器，把它轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床可以接受的一些數(shù)控程序，同樣，也可擇取并聯(lián)機(jī)床自身所有的后處理程序進(jìn)行相應(yīng)的后處理工作。在UG軟件中，供應(yīng)了在形式上抽象、繁瑣的各種零件的粗精加工，廣大用戶可按照各種零件架構(gòu)、加工精度以及加工表面形狀等方面的一些具體要求，對加工類型進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，在所有的加工類型中都涵蓋了多種形式的加工模塊。運(yùn)用加工模塊能迅速的建立加工操作。在交互操作中，在圖形方式之下對編輯刀具路徑進(jìn)行交互，進(jìn)而形成適合于機(jī)床的數(shù)控加工流程。

4結(jié)束語

綜上所述，數(shù)控加工葉片工藝技術(shù)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)加工工藝中的不足進(jìn)行完善，同時(shí)也能夠提升葉片的整體質(zhì)量。此外，由于在進(jìn)行加工設(shè)計(jì)時(shí)，將傳統(tǒng)工藝中的去毛坯余量的步驟放在普通機(jī)床中進(jìn)行，而具體加工則采用并聯(lián)機(jī)床，不僅大大節(jié)省了加工時(shí)間，同時(shí)也能夠利用并聯(lián)機(jī)床的先進(jìn)性與智能性，在提高葉片的加工精度、降低加工誤差值的同時(shí)大量節(jié)省人力財(cái)力，從根本上提高了生產(chǎn)效益，對促進(jìn)我國工業(yè)科技水平的提高起到重要作用。

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