摘要：本文首先阐述了叶片的加工，接着分析了叶片汽道及相关加工程序的特点及叶片加工程序中的错误，最后对叶片加工程序验证方法及计算机仿真验证显示方法进行了探讨。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；加工；新技术
引言：
汽轮机（蒸汽透平发动机）是一种旋转蒸汽动力装置。通过固定的喷嘴加速后，高温高压蒸汽喷洒在汽轮机叶片上，用叶片旋转汽轮机转子并进行外部工作。汽轮机是现代火力发电、冶金工业、化工、舰船动力等领域的重要设备。汽轮机叶片是汽轮机的核心部件，它们的精度和表面粗糙度直接影响叶片的空气动力学性能，以及汽轮机的整机效率、力学性能和质量。
1 叶片的加工
1.1 叶片的结构
图1所示为叶片的基本结构，叶片由叶根和叶身组成。叶根用于将叶片固定在汽轮机的叶轮上，叶根需要有足够的强度。叶身由复杂曲面拟合而成，叶身的截面包括进气边、出气边、叶盆、叶背。高压蒸汽由进气边吹入，在作用力和反作用力的驱动下，推动叶片并带动汽轮机的转子旋转，实现热能向机械能及后续电能的转化。
1.2 典型加工工艺
叶片的材料一般为1Cr13、2Cr13、2Cr12MoV等难加工的不锈钢材料，外形主要采用四轴联动或五轴联动的铣床加工，为了保证叶片表面的表面粗糙度，还需要对叶身表面进行抛光加工。图2（a）所示为叶片的铣削加工，采用球头刀在四轴/五轴加工中心铣削叶片叶身。其中粗加工的切削参数可选：主轴转速1600r/min，进给率1200mm/min，下切进给率500mm/min，行距15mm。精加工的切削参数可选：主轴转速3000r/min，进给率800mm/min，下切进给率200mm/min，行距0.6mm。图2（b）所示为叶片的抛光加工，采用砂带抛光。抛光分为粗抛光、半精抛光、精抛光，预留余量为0.08~0.12mm。
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图1叶片的基本结构
1.叶根2.叶身3.进气边4.出气边5.叶盆边6.叶背边
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图2叶片的铣削加工与抛光
2 叶片汽道及相关加工程序的特点
叶片汽道呈现为空间设计，是三维体系下形成的数据。将叶型数据点采用曲面进行模拟结合，再通过给予的型值点，给型面从横向和纵向分别进行数值加密，在这个过程中，要充分考虑加工带的长度、走刀步长、道具直径等。在插值加密后，可以快速确定数控加工点，从而形成数控加工程序。在加工过程中，从始至终要坚持的原则是，统一基准、减少走刀次数，尽量将叶片、叶顶、叶根圆角等加工程序连在一起进行编译。该程序形成的缺点是使程序过于长，数据量大，且出错率非常高，不利于叶片制造生成。
3 叶片加工程序中的错误
在叶片制作过程中，由于汽道的设计越来越复杂，对其精度和质量的要求也越来越高，使程序数据加工也显得越来越复杂。长此以往，会使出错率达到最大，使叶片加工程序出现阻碍。因此，需要搞清楚程序编译的错误，以便更好地改善问题。问题大概有以下几种：刀具半径过小，造成切削效率低下；刀具半径过大，使加工不彻底，残留物多；加工方案过于草率，使效率严重低下；零件的尺寸和形状存在很大的不匹配，不符合制作要求；在零点的选择上缺乏经验和技巧，很难快速找出刀位也；机床的控制系统在加工系统中没能很好地发挥出作用；刀具与工件发生碰撞，造成磨损；机床运行速度和冷却状态不合适。上述问题给实际零件加工造成很多麻烦，往往会造成重新编译程序、打磨零件、返修、报废量增大，延迟工期和延长出货时间的问题，给公司造成不可估量的损失，耗费大量的人力物力，使产品信誉大大下降，其不能有效进行推广。因此，我们要在加工程序的验证技术上下大功夫，降低公司损失，提高利润。
4 叶片加工程序验证方法
4.1 人工检验法
人工验证法是一种比较传统的检测手段，灵活方便，便于操作。它主要是通过检查者在掌握一定的加工程序或在借助坐标纸和绘图工具进行检查而发现错误的一种手段。由于汽道本身的复杂性，使人工检测存在很多问题。不仅浪费大量的时间，且出错率较大，在新形势下，这种传统的验证技术已逐步被淘汰。
4.2 试验加工法
试验加工法是一种采用叶片或其他零件进行加工的方法。在试验加工的过程中，其能真实反映加工的过程，因此，在很大程度上符合程序验证的要求。虽然这种方法在验证程序的过程中具有一定的有效性，但也存在许多不足。比如，加工费用大，精度不够高，加工时间长，占用机床面积大，加工参数验证起来麻烦。这就为验证程序造成了一系列的困难。在当前我国程序加工的过程中，由于我国叶片加工水平还没有得到很大程度的改善，因此还倾向于使用这种验证方法，能准确反映整个加工过程，在很大程度上为我国叶片加工数据验证提供了良好的基础和保证。
4.3 计算机模拟法
随着当前计算机网络技术的发展和信息化的普及，用计算机来对叶片加工数据进行模拟验证也得到极大推广。经过长时间的验证和运行，掌握其验证方法和准确性后，计算机仿真法被普遍运用到叶片数据加工程序中。这种方法的运行方式主要是将加工过程中的叶片模型、刀具轨迹、刀具外形在计算机的帮助下显示出来，进而模拟零件的加工过程、走刀路进退刀方式是否合适、加工过程是否磨损切合、刀具与型面是否干涉与碰撞等。计算机模拟验证法是一种比较先进和前卫的检测方法，它通过将检测程序和计算机联系起来，对零件的加工程序进行验证，能有效提高程序运行的正确性。
5 计算机仿真验证显示方法
5.1 刀位轨迹显示验证
叶片刀位轨迹显示验证方法，主要运行的原理是：先对叶片加工数据进行运算，再将实际轨迹在平面上显示出来，通过对比二者来判断是否正确。在验证之前，要想让验证信息完整且能准确显示出来，需要我们首先去除数控加工程序中的进给速度、刀具的不同、程序运行行号等，只显示出验证信息即可。另外，还需要对刀具信息进行“反后置处理”，通过一系列的加工和操作，得到对应的程序，并根据程序绘制出刀位轨迹。通过下列一组数据可以得出以上结论。N0005X-25.875Y34.678Z34.78A26.68F200；N0006X-29.911Y34.789Z35.067A28.98；N0007X-34.023Y34.987Z35.453A31.45.X、Y、Z是旋转台旋转后的值，将其进行“反后置处理”后，我们可以得到：X1=x；Y1=ycos（-A）+zsin（-A）；Z1=-ysin（-A）+zcos（-A）.通过一定的计算后，可以得到刀位文件的坐标，进而绘制出刀位轨迹。刀位轨迹显示验证的原则：刀位轨迹是否连续；走刀方向是否符合曲面形状；刀位轨迹是否足够光滑；空行程是否必要；凹凸点是否连接合理。
5.2 加工表面与刀位轨迹组合显示验证
将刀位轨迹与加工表面的线框放在同一显示器上，对刀位轨迹、走刀路线、进退方式进行评判。组合显示验证的方法原则：刀位轨迹和加工表面位置是否一致；刀具与加工表面之间是否有摩擦和交叉；刀位轨迹是否符合实际要求；刀位方式是否恰当有效。在汽轮机叶片加工新技术的分析中，我们能看到计算机模拟验证的优越性和便利性，相信其会在日后的加工技术验证中起到重要作用。对汽轮机叶片加工新技术的研究，能帮助我们更好地掌握叶片加工技术，从而减轻叶片的磨损程度，让叶片更好地为我国热电等企业服务。
结束语：
随着汽轮机叶片加工技术的发展，其在各个领域的应用程度也不断加大。在我国当前电力需求量持续增长的情况下，汽轮机叶片加工技术为我国热电厂生产做出了巨大贡献。
参考文献：
[1]王文丹.汽轮机叶片加工新技术分析[J].现代制造技术与装备.2015(06)
[2]郝丹.提高汽轮机叶片加工效率的研究[J].机械工程师.2016(03)
[3]刘建华.新一代汽轮机设计技术的应用[J].装备制造技术.2015(12)
论文作者:刘康健
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：叶片论文; 加工论文; 汽轮机论文; 程序论文; 轨迹论文; 刀具论文; 方法论文; 《电力设备》2020年第1期论文;