1前言
葉片是汽輪機(jī)的核心部件之一,它起著將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用,汽輪機(jī)效率的高低,很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。本例所討論的汽輪機(jī)葉片屬于自由曲面葉片,葉片曲面部分由7個(gè)截面過(guò)渡形成,每一截面由不同的數(shù)據(jù)形成型線,各截面之間扭曲度較大。在葉型批量加工過(guò)程中,通常采用簡(jiǎn)便的樣板檢驗(yàn)方法來(lái)控制葉片制造的形狀精度。因而,檢驗(yàn)樣板的精度尤其是樣板型線的形狀精度是保證檢驗(yàn)質(zhì)量的關(guān)鍵。
檢驗(yàn)樣板是根據(jù)葉片在不同截面上內(nèi)弧和外弧的形狀而分別設(shè)計(jì)的。432葉片某一截面內(nèi)弧樣板圖樣如圖1所示 ,型線數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。葉片材料為7mm厚的65Mn鋼板,淬火硬度要求為HRC55～60。傳統(tǒng)工藝:樣板型線用線切割粗加工成形,留鉗修余量;通過(guò)鉗工修磨型線;三坐標(biāo)測(cè)量后再修磨來(lái)達(dá)到精度要求。主要存在問(wèn)題:由于采用手工鉗修方法,型線的輪廓度和尺寸精度難以可靠保證,容易產(chǎn)生廢品;在修磨過(guò)程中,需頻繁地進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè),生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
2 工藝設(shè)計(jì)
現(xiàn)利用在加工中心主軸上裝夾的特制磨桿和平形砂輪,以數(shù)控磨削代替鉗工修磨來(lái)加工型線,以保證加工精度、提高生產(chǎn)效率。樣板型線加工主要工藝內(nèi)容:數(shù)控電火花線切割型線;鉗修葉型處倒角4.5×45°;數(shù)控磨削型線,輪廓度0.03;三坐標(biāo)檢驗(yàn),在型線寬度上每隔5mm,測(cè)量一點(diǎn)。
(1)確定工藝方法按試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用線切割粗加工樣板型線后,所留磨削余量一般為單邊法向0.03mm。0.03mm磨削余量將分兩次 進(jìn)給完成,其中,0.02mm是磨去線切割切痕, 0.01mm作為精加工數(shù)控磨削余量。而且磨削一刀后,就應(yīng)該修正一次砂輪,以保證加工精度。
(2)選擇砂輪及切削用量
砂輪品種:參照國(guó)標(biāo)GB/T2484-1994,采用60粒中硬白剛玉平行砂輪為宜。
砂輪直徑、主軸轉(zhuǎn)速:砂輪直徑過(guò)大,易引起干涉; 直徑過(guò)小,得不到理想的線速度。此類砂輪工作速度在35m/s左右。按V=π•d•n/（1000×60）公式計(jì)算,如選直徑為Φ100的砂輪,若主軸轉(zhuǎn)速為5000rpm的,則可得26.2m/s的安全線速度。經(jīng)多次試加工,砂輪直徑范圍選擇在Φ100mm～Φ85mm之間最為合適,不僅磨削性能好,且安全可靠。因磨削時(shí)樣板型線處已經(jīng)過(guò)倒角,其厚度為1.5mm,所以選用8mm厚的平形砂輪。
進(jìn)給速度:經(jīng)試驗(yàn),磨削的進(jìn)給速度控制在250～300mm/min,表面粗糙度能達(dá)到圖樣要求。
(3)工藝過(guò)程
為充分發(fā)揮數(shù)控加工優(yōu)勢(shì),有效控制加工精度,加工中利用刀具補(bǔ)償功能來(lái)控制砂輪的修正量和磨削的深度。以樣板型線的實(shí)際輪廓線來(lái)設(shè)計(jì)砂輪磨削路線,每磨削一刀,均應(yīng)通過(guò)程序控制修正一次砂輪。進(jìn)給過(guò)程中,再增加砂輪在Z軸方向的上下進(jìn)給,以提高砂輪利用率、延長(zhǎng)砂輪使用壽命。
3程序編制
(1)加工原點(diǎn)設(shè)置
修正砂輪加工原點(diǎn):取砂輪修正器基準(zhǔn)孔作為X、Y方向的加工原點(diǎn),Z軸加工原點(diǎn)取在當(dāng)砂輪厚度約1/2處對(duì)準(zhǔn)金剛筆尖的位置,如圖2所示,把當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)值輸入G55,作為修正砂輪時(shí)的加工原點(diǎn)。
磨削型線加工原點(diǎn):主軸夾尋邊器(或?qū)Φ栋?,以兩定位銷位置確定加工程序原點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)值,Z軸加工原點(diǎn)取在砂輪厚度約1/2處對(duì)準(zhǔn)樣板型線時(shí)的位置,如圖3所示,把當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)值輸入G55,作為樣板磨削時(shí)加工程序的原點(diǎn)。
(2)粗磨程序
粗磨程序包括第一次修正砂輪程序和粗磨削型線程序。
第一次修正砂輪時(shí),在G54加工坐標(biāo)系中,取X=-200mm處作為砂輪修正程序的起點(diǎn)和終點(diǎn),走刀路線如圖2所示。Z向修正行程取大于砂輪厚度的12mm。在刀具半徑補(bǔ)償偏置H01中輸入砂輪半徑值,修正一次砂輪。每次修正砂輪,約修去0.1mm。砂輪修正程序略。
第一次粗磨樣板型線時(shí),取G55加工坐標(biāo)系中X軸線上 -200mm處,作為程序的起點(diǎn)。走刀路線主要由型線部分的三段圓弧ab、bc、de和直線cd組成,再加上切入切出的路線,走刀路線如圖3所示。砂輪在Z軸方向的上下進(jìn)給行程為5mm。在刀具半徑補(bǔ)償偏置H02中輸入的砂輪半徑補(bǔ)償值,比修正砂輪時(shí)的H01小0.02,粗磨一次。磨削型線程序略。
(3)精磨加工程序
第一次粗磨完成后,將砂輪修正程序中刀具半徑補(bǔ)償偏置D01中的值減去0.1,修正一次砂輪,約修去0.1mm。然后,在型線磨削程序的刀具半徑補(bǔ)償偏置D02中,輸入比D01小0.01的值,即精磨量為0.01mm,精磨一刀。
4結(jié)論
根據(jù)生產(chǎn)圖樣編制三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量程序,通過(guò)三坐標(biāo)的精密測(cè)量和檢驗(yàn),樣板型線的尺寸、輪廓度、粗糙度都達(dá)到圖樣要求。因而,樣板型線的數(shù)控磨削加工工藝的應(yīng)用保證了質(zhì)量,提高了工效。
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