摘要：本文首先阐述了汽轮机叶片的结构特点，接着分析了.CAD/CAM技术在汽轮机叶片制造中的工艺流程，最后对汽轮机叶片的数控加工技术进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：汽轮机；叶片；结构特点；数控加工技术
引言：
随着经济和社会的发展，汽轮机在生产和生活中的应用越来越多，在叶片加工中，通过确定科学的加工工艺，减少加工过程中的变形，可以提高叶片的精度。数控加工技术的编程和加工，提高了叶片加工的精度，为蒸汽机叶片加工开辟了新的思路。一些新兴的数控机床技术可以实现一定程度的连续、平滑的页面处理，给数控加工技术带来了新的飞跃。这些新的机床技术提高了加工的灵活性，降低了劳动强度，提高了叶片加工的性能。这是推动蒸汽机叶轮制造技术发展的重要途径。
1 汽轮机叶片的结构特点
1.1 汽轮机叶片构造机装配
根据叶片功能的不同，汽轮机叶片可分为静叶片和动叶片。静叶片通常与汽轮机静子连接，处于相对不动状态，可以改变气流的方向，促使蒸汽进入下一个叶片。动叶片通常安装在转子叶轮或者转鼓上，受到喷嘴叶栅喷春雨气流作用，将蒸汽的能量转换成机械能。不同的汽轮机，叶轮的作用不同，叶片的固定方法也不相同。动叶片由三部分组成，叶根、叶冠和叶身。叶身通常是扭转的曲面，是叶片的基本组成部分。叶身塑面主要有内塑面、背塑面、出气边圆角等组成。直叶片的塑线从叶根到叶冠不发生变化，属于等截面叶片。叶片通常是比较复杂的曲面，对加工精度要求较高，使用传统的加工方法难以满足要求，是塑面难度大的关键所在。叶根主要是将叶片固定在叶轮上，保证叶片牢固。叶根可以使叶片在巨大离心力作用下不从轮槽中拔出来。叶根需要有足够的强度，并且能够应力集中。叶冠是叶片外端的固定。叶冠部分通常有围带，可以将多个叶片进行联接。围带可以提高叶片的刚性，避免叶片出现共振，并提高叶片抗振性。围带还可以形成密闭槽道，减少气流的泄露。
1.2 汽轮机叶片与叶轮的装配
汽轮机的叶轮往往是由轮壳、轮缘、轮面共同组合而成的。其中轮壳主要是为了配合叶轮主轴被安装在主轴上，以此提高轮壳的强度。轮缘则可以对叶片进行固定，并根据其实际受力情况设计叶片结构。轮体则位于叶轮的中间，负责轮缘与轮壳的连接。
2 CAD/CAM技术在汽轮机叶片制造中的工艺流程
近年来，随着我国科学技术、机械制造技术的不断发展，在机械制造过程中CAD/CAM技术得到了大量应用。而Pro/E.UG等软件技术的出现，更是大大改变了传统的手工制图模式。可以说专业软件的出现与利用，不仅使结构受力分析变得更加快捷，也大大缩短了汽轮机叶片的实际设计周期，避免了以往在实际设计过程中所出现的常规问题。同时，CAD/CAM技术的应用使得计算机模拟仿真更加方便，通过设置刀具加工路径、刀具补偿参数可编制相应的程序，对叶片实施加工。在这个过程中，建立良好的三维模塑则成为数控加工程序的关键工艺。在汽轮机叶片的设计加工过程中，主要是按照以下顺序进行的，首先进行叶身造型，其次进行叶根和叶冠造型，然后再将三者进行布尔运算相加到一起，最后进行附加结构的设计，这样便可形成一个完整的叶片。
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3 汽轮机叶片的数控加工技术
3.1 汽轮机叶片的数控加工技术
随着数控加工技术的发展，蒸汽机叶片普遍使用数控机床技术进行加工。使用数控机床技术进行加工，通常分为两步完成。首先进行CAD建模，然后使用机床加工。蒸汽机叶片进行加工的疑难点，为蒸汽机叶片材料难以进行加工。材料的强度大，热硬性比较好，容易发生变形。进行叶片切削时，需要较大的切削力，造成加工过程刀片磨损严重；叶片结构复杂，精度要求高，加工难度大。进行加工时，通常使用多轴联动的数控机床进行加工。通常，将叶片加工分为基准面加工区、汽道塑面加工区、叶根加工区、叶冠加工区四部分。在进行叶片加工时，要选择合适的塑曲面加工方案。比如，进行叶片汽道塑面加工中，使用球头刀具，可以减少刀具同塑面间的交叉干扰。叶片加工前，要使用CAD/CAM技术进行编程，并做仿真试验，以减少加工过程中出现不必要的损失。可以在普通机床上去除毛坯，从而减少在数控机床上的加工时间，提高数控机床加工的精度。
3.2 汽轮机叶片的数控加工编程步骤
信息技术的发展，促使利用计算机专业软件可以很大程度提高工作效率，改变传统的工作方式。CAD/CAM技术能够将零件的几何信息转化为计算机程序，进而方便数控机床进行高精度加工。在对叶片进行编程时，通常包括如下内容：确定叶片的三维造型，选择加工方案，并确定刀具、机床、夹具等；模拟刀具的运动轨迹，并生成刀位源文件，确定刀具相关信息；刀位源文件要经过处理器才能转变成数控机床可以识别的代码。进行编程时，要依照基准统一、减少走刀次数的要求，对叶片加工进行编程。要根据实际加工的需要，确定加工坐标零点。通常，选择叶根中心轴线作为坐标零点。随着叶片结构越来越复杂，对叶片叶身塑面的设计难度越来越大。设计复杂度增加，精度要求高，在设计加工程序时也更加复杂，加工过程中出现错误的风险也越大。编程中，如果程序编制存在故障，可能会导致许多问题。主要表现：加工方案设计不合理，工作效率较低；刀具参数不合理，造成加工零件出现残痕，不能完全进行加工；刀具走刀较小，降低了切削效率；刀具设计不合理，同工件发生碰撞；走刀痕迹不正确，零件加工后尺寸错误；零点不合理，造成对刀点错误。这些加工中的问题会给零件加工制造众多麻烦，需要重新编程、加工后进行零件再加工、零件返修、零件报废，影响企业加工进度，可能会延缓交货时间，增加企业的加工成本。为了高效率进行数控加工，需要使用加工软件进行仿真，模拟加工过程，降低故障率，提高加工效率。随着数控技术在各行各业中的应用，数控技术的优越性大幅提高了零件加工的效率和精度。使用数控技术可以加工高复杂度的叶片且加工质量高，解决了传统加工方法无法保证加工精度的问题。数控机床技术高度自动化，可以降低工人的劳动难度，减少人力需求，减少企业生产成本。经过蒸汽机叶轮加工实践表明，数控机床技术是提高叶片质量和效率的有效途径，可以实现较好的加工效果，是复杂叶片加工的重要制造工艺。
结束语：
汽轮机已经在社会各行业中得到了快速的发展，而汽轮机叶片作为汽轮机最为关键的组成部分，也成为了确保汽轮机安全可靠运行的关键所在。尤其是近年来汽轮机叶片形状越来越复杂，给汽轮机叶片的制造技术带来了诸多挑战。而一些特殊的汽轮机叶片更是对加工精确度提出了更高的要求，因此传统的加工技术难以满足实际的技术需求。运用数控加工技术进行编程加工，不仅能够对汽轮机叶片实施精确加工，还能够进一步提高汽轮机叶片加工质量，极大地开拓汽轮机叶片加工的思路，使汽轮机叶片加工走向更加规范、科学的连续加工道路，有效地提升了汽轮机叶片的加工性能。可见，做好汽轮机叶片数控加工技术的推广与应用具有十分重要的现实意义。因此，在今后的工作中更应该加强对数控加工技术的研究，不断研发全新的汽轮机叶片加工技术，进一步提高我国汽轮机叶片技术的国际竞争力。
参考文献：
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[2]朱昆林，赵春岩，刘强.在汽轮机上数控加工技术的应用[J].科技资讯.2018(24)
[3]于嘉琳.汽轮机叶片的结构特点与数控加工技术分析[J].现代制造技术与装备.2017(03)
论文作者:史云鹏
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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