2 叶片加工现状

3 关键技术和工艺实施

附图 叶片数控加工工艺流程

3.1 叶片数控加工工艺流程

3.2五轴联动数控编程技术

1. 叶片型面测量
   由于浇铸毛坯分布的加工余量不一致，采用三维测量机进行毛坯的三维型面测量，选择高效、便于计算机数据采集处理租基准变换的测量方法，达到余量均布的最佳装夹位置。
2. 曲面造型
   根据原始数据造出叶片的三维型面，满足下一步生成数控加工的代码程序需求。
3. 刀位轨迹计算
   根据读入叶片造型后的三维型面数据，设定加工型面、切削参量和刀具数据，进行刀位轨迹计算。
4. 刀位轨迹仿真和刀具干涉检查
   根据刀位轨迹在计算机上对图形进行模拟加工，并检查刀具干涉情况，保证真机加工时安全运行。
5. 后置处理
   对刀位轨迹进行后置处理，生成特定机床的NC代码加工程序。

3.3加工工艺过程

1. 加工设备
   为实施叶片加工，购进德国瓦德利希·柯宝公司生产的PMC5500AG数控龙门铣床。机床主机功率100kW，工作台尺寸4.5m×13m，配置了目前世界上功率最大的五轴数控万能铣头，采用SIEMENSS 840C数控系统，并引进了CAMAND软件，提供了数控加工叶片的设备条件。
2. 毛胚质量的控制
   叶片为铸造结构，材料为0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢。将叶片进行粗磨，去除夹砂，避免损害刀具，再进行UT、MT探伤，检查缺陷状况。
   由于叶片铸造质量不好及余量不均，要求对叶片正、背面加工余量、周边余量进行控制，减少数控加工的工时。用经纬仪测量叶片正、背面加工余量，在叶片的正、背面标志测量和加工找正用的3个定位基准点及其坐标值，并将测量数据用磁盘的形式传给下序。
3. 叶片装夹
   叶片外形不规则，尤其混流式转轮的叶片是没有任何基准的自由曲面，其装夹方式的研究是实施编程、加工首先要解决的问题。德国VOITH公司对轴流式转轮叶片采用轴外径和法兰定位、立式装夹方式，混流式叶片采用可调转向头千斤顶定位、真空吸盘夹紧方式。真空吸盘夹紧需对吸附部位磨光预处理，另外系统部件占据面积大。在数控龙门铣验收叶片加工工艺准备中，采用正、背面胎具定位、搭焊块搭焊和螺钉把台的夹紧方式，具有经济、高效、操作简便的特点，挪威GE公司等也采用此方式。装夹定位方式对确定工件参考点，实施找正，防止叶片正、背型面错位影响重大。
4. 叶片的找正、测量
   用数控机床铣轴测量装在胎具上的叶片3个定位基准点的坐标值，并在胎具上设定参照点进行找正。采用RENISHAW测量系统，开发应用于三维曲面的叶片测量，为加工后的叶型检测提供了先进的技术。
5. 工件的编程
   应用前述编程技术，编制加工叶片正、背面，进、出水边，上冠、下环坡口的程序。
6. 叶片的加工
   叶片加工部位为正、背型面、进出水边和上下焊接坡口。使用的刀具为粗、精面铣刀、螺旋立铣刀、球头铣刀、插铣刀等，
   采用顺铣加冷却液的铣削加工方式。进给方向选择沿叶片造型的参数线，对刀具直径和干涉要求等铣削性能有利。
   铣削宽度的确定和表面加工质量与加工效率互为影响，由于铣刀在法向矢量方向倾斜加工，加工后工件表面呈微凹弧形，每刀铣削宽度愈大，铣削残留的波峰、波谷的绝对值愈大，下序抛光工作量也就愈大。因此需合理确定每条程序段运行排刀的宽度。

3.4高效数控刀具的开发应用

1. 开发国产面铣刀
   为适应不锈钢材料叶片的加工，采用平装刀片结构，上压式夹紧，主偏角75。和双正前角的刀体设计新结构。经与国内工具厂家合作研制成功，并形成系列。改善了不锈钢韧性大，不易断屑、排屑的状况，改变了双负前角面铣刀、不同主偏角刀片与刀体混用的不合理铣削状况。
2. 试验优选铣刀片
   解决不锈钢难加工的问题，刀具性能的关键是刀片的性能，国产刀片与国外有相当大的差距。国外通过改变材料成分、采用超细晶粒、开发刀片涂层技术、研制刀片槽型等，使硬质合金刀片的硬度与韧性得到相当大的改善，刀具耐用度可达国产刀具的十几倍。经对国内株洲、自贡、上海、陕西等硬质合金制造厂家的YS25、YT535、YG532、YG546、YG726、YG813、M2、P25、SC30等牌号刀片，以及对国外如瑞典山特维克4030和235、德国瓦尔特WTA51和WTL71、美国肯纳K68、以色列依斯卡IC328、日立CY250和HC844、三菱UP20M和F620等刀片进行大量的试验，优选了高耐用度、高效率的刀片，满足了叶片正常铣削的要求。
3. 研制开发新型面铣刀
   为解决由于叶型加工余量不一、粗铣空行程的现象，与哈尔滨理工大学和国内工具厂合作，研制了双层刀片阶梯刀齿结构的面铣刀，实现倍量切深。
4. 采用插铣加工技术
   试验并购入国外新型插铣刀，采用最新的插铣加工方式，提高进出水边的铣削效率。
5. 螺旋立铣刀配置
   国产螺旋立铣刀刀片影响切削效率，优选国外刀片型号、牌号，配置到国产刀体上，提高周边加工效率。
6. 优选铣削参量
   切削线速度的选择对不锈钢叶片材料的加工影响较大，大切深、大进给、高速铣削无疑有利于提高加工效率，但受刀具寿命、机床、装夹等条件限制，需进行铣削参量的优选。

4 结论