叶片的加工方法

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1、第九章 叶片的加工方法9.1 叶片的工艺特点叶片是 透平机械的 “心脏”，是透平机 械中极为主要的 零件。透平是一 种旋转式的 流体动 力机 械，它直接起着将蒸汽 或燃 气的热能转变为 机械能的作 用。 叶片一般都处在高温， 高压 和腐蚀的介质下工作。 动叶 片还以很高的速 度转动。在 大型 汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 m / s,因此叶片还要承受很大的离心应力。叶片不仅数量多， 而且形 状复 杂，加工要求严格；叶 片的 加工工作量很大 ，约占汽轮 机、 燃气轮机总加工量的四 分之 一到三分之一。叶片的 加工 质量直接影响到 机组的运行 效率 和可靠行,而叶片的质 量和寿命与 叶片

2、的加工 方式有着密切的 关系。所以,叶 片的加工方式对 透平机械 的工作 质量 及生产经济性有很大的 影响 。这就是国内外 透平机械行 业为 什么重视研究叶片加工 的原 因。随着科学技术的发 展, 叶片的加工手段 也是日新月 异, 先进的加工技术正在广 泛采 用。叶片的 主要 特点是：材 料中含 有昂 贵的 高温合金元 素； 加工性 能较 差； 结构复杂；精度和 表面 质量要求高；品种和数 量都 很多。这就决定 了叶片加工 生产 的发展方向是：组织专 业化 生产,采用少、无切削 的先 进的毛坯制造工 艺,以提高 产品 质量,节约耐高温材料 ；采 用自动化和半自动化的 高效 机床,组织流水 生产

3、的自动 生产 线,逐步采用数控和计 算机 技术加 工。叶片的 种类繁多,但各类叶 片均主要由两个 主要部分组成,即汽道部 分和装配面部 分组成 如图9.1 。因此叶片 的加工 也分 为装 配面的加工 和汽 道部分 的加 工。 装配面部分又叫叶 根部分,它使叶片安全可靠 地、 准确合理地固定 在叶轮上, 以保 证汽道部分的正常工作 。 因此装配部分的结构和精 度需 按汽道部分的作 用、尺寸、 精度 要求以及所受应力的性 质和大小而定。由于各类叶 片汽 道部分的作用、 尺寸、形式 和工 作各不相同,所以装配 部分的结构 种类也很多 。 有时由于密封 、调频、减振和 受力的要求,叶 片往往还 带有叶

4、 冠（或称 围带 ）和拉筋（ 或称 减震凸 台 ）。叶冠 和拉 筋也可 归为 装配 面部分 。汽道 部分又 叫型 线部分 ,它 形成工 作气 流的 通道, 完成 叶片 应起的 作用 ,因 此汽道 部分 加工 质量的 好坏 直接影 响到 机组的 效率 。凸台图9.1 叶片的组成9.2叶片的材料和毛坯9.2.1叶片材料由于透平叶片的工作条件和受力情况比较复杂，因此对叶片材料的要求也是多方面 的，其中主要的要求概括如下：（1）具有足够 的机械强度。即在工 作温度范 围内具 有足够的，稳定的机械强 度（屈 服极限 和强度极限），并且 在工作温度 范围内这些机械 强度具有 稳定的 数值。在高温情 况下（

5、一般指450 C以上），具有足够的蠕变极限和持久强度极限。（2）.具有高的韧性和塑性以及高温下抗热脆性（高温下稳定的冲击韧也，避免 叶片在载荷作用下产生脆性断裂。（3）.耐蚀性。抵抗高温下气体中有害物质的腐蚀以及湿蒸汽和空气中氧的腐蚀能力。（4）.耐磨性。抵 抗湿 蒸汽中 水滴和燃气中固 体物质的磨蚀。(5) .具有良好的冷、热加工性能。(6) .具有良 好的减 振性。叶片 是处在 交变载荷下 工作，除要 求有较 高的疲劳极限 外，还要求有良好的减震性能，即高的对数衰减率。这样可以减小振动产生的交变应力， 减小叶片疲劳断裂的可能性。根据使用温度、使用温度和化学成份等，可以将叶片材料分为两类：(

6、1 ).马氏体、马氏体-铁素体和 铁素体钢。这类 钢的使 用温度最高不超过580 C, 可以作为汽轮机叶片材料。(2) .奥氏体钢、铁镍合金和 镍基合金等。着 类钢的使用温度 最高不超过700750 C,可以作为燃气轮机叶片材料。马氏 体类 钢包括 1Cr13、2Cr13、CrIIMoV、Cr12WMoV等。1Cr13 和 2Cr13 马氏体不锈钢广泛被采用作为汽轮机 叶片材料，他具有较好的耐腐蚀性和热强性，特别是它的 减振性 很好，其对数衰减率：可达0.025。按照其热强性，1Cr13钢可用于450 C475 C； 2Cr13钢可 用于400 C450 C。2Cr13钢的含量较 高，故室温强

7、度 和硬 度较高。常 作汽 轮机低压部分叶片，但2Cr13钢的抗水滴冲蚀性能不足，用来作末级叶片还需要进行表面硬化 或镶 焊硬质 合金。CrIIMoV和Cr12MoV是改形的12% Cr钢。它保 持原来1Cr13钢的优点，由于分别加入了强化元素钼、钒和钨，钼和钒使其热强性远比1Cr13钢高。CrIIMoV可在温度 550 C下 使用；Cr12WMoV可在温 度580 C下使 用。Cr12WMoV的屈服极 限高，耐腐蚀性好，亦可作为 大型汽轮机的长 叶片材料。马氏体类钢具有良好 的减振性 能，通 常情 况下其 对数 率减率:-在0.0150.055范围内，它比奥 氏体的、:大510倍。9.2.1

8、叶片的毛坯叶片的毛坯形式来划分可分为：模锻叶 片毛坯，方刚 叶片毛坯，精铸 叶片毛坯。下 面我们详细分析三种毛坯的具体情况。模锻叶片的毛坯：在成品的基础上叶身部分单面法向放量45mm叶冠和叶根部 分最小 处单面法向放量7mm左右，叶根和叶冠 基本上是锻成方形的，有时为了节约材料 和机械 加工成本则也锻出部分 较为粗造的叶根、叶冠型线形状。下图9.2为一模锻 叶片 的毛坯状态图。iXI图9.2模锻叶片毛坯图方钢叶 片的毛坯：当 叶片结构简 单，数 量多、尺寸小 的时候，则采 用方钢叶片，方 钢叶片 的毛 坯放量 是在 产品理 论尺 寸的 基础上 放量 约5mm左右。通 常采用正六 面体，有 时为

9、了节约 材料和 减少 机械加 工成本，将方 钢毛坯锻成 由几个六面 体组 成的形状。图9.3 所示为方钢叶片的毛坯图。1HR It I X # ftTiJ雾册第*JM? t nH 1*r M MFGNO / 202001 PARTNO / 202001 $- FEATNO / 1545 MACHIN / UNCX01, 1$- CUTCOM_GEOMETRY_TYPE / OUTPUT_ON_CENTER UNITS / MMLOADTL / 5, OSETNO, 5$- CUTTER / 12.000000SET / OFSETL, 58-0.0000000000, $, $- CSYS /

10、 1.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000,0.0000000000, 1.0000000000, 0.0000000000, 0.00000000000.0000000000, 0.0000000000, 1.0000000000, 0.0000000000 $- OSETNO / 5, 0.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000 $- OSETNO / 5, 0.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000 SPINDL / RPM, 3000.000000, CLWCOOLNT

11、/ ONRAPIDGOTO / -311.1238828137, -101.2600000000, 20.0000000000 RAPIDGOTO / -311.1238828137, -101.2600000000, 18.7520000000 FEDRAT / 1500.000000, MMPMGOTO / -311.1238828137, -101.2600000000, -11.2480000000GOTO / -269.9977382993, -101.2600000000, -11.2480000000GOTO / -269.9977383240, -101.0641712631,

12、 -11.2480000000 GOTO / -311.1238828086, -101.0599608967, -11.2480000000 GOTO / -311.1238827931, -100.8599201759, -11.2480000000 GOTO / -269.9977384007, -100.8683499488, -11.2480000000GOTO / -269.9977385374, -100.6725455343, -11.2480000000 GOTO / -311.1238827700, -100.6598926914, -11.2480000000GOTO /

13、 -311.1238827340, -100.4598502499, -11.2480000000 GOTO / -277.6855724756, -100.4720564055, -11.2480000000GOTO / -269.9977387103, -100.4767081362, -11.2480000000 GOTO / -269.9977389220, -100.2808606377, -11.2480000000GOTO / -312.3123220495, -0.9325448864, 3.1320000000GOTO / -312.3123221344, -0.746078

14、4580, 3.1320000000GOTO / -300.5932837609, -0.7522073594, 3.1320000000GOTO / -288.8770817104, -0.7660311140, 3.1320000000GOTO / -275.5955701795, -0.7897406188, 3.1320000000GOTO / -275.5955701795, -0.5917043291, 3.1320000000GOTO / -285.8228146558, -0.5773258073, 3.1320000000GOTO / -297.3279792775, -0.

15、5663180896, 3.1320000000GOTO / -312.3123221708, -0.5595133482, 3.1320000000GOTO / -312.3123222036, -0.3729662155, 3.1320000000GOTO / -292.3703254501, -0.3802929512, 3.1320000000GOTO / -275.5955701795, -0.3952012011, 3.1320000000GOTO / -275.5955701795, -0.1973877735, 3.1320000000GOTO / -296.635724373

16、8, -0.1890501688, 3.1320000000GOTO / -312.3123222351, -0.1864900485, 3.1320000000GOTO / -312.3123222446, 0.0000000000, 3.1320000000GOTO / -275.5955701795, 0.0000000000, 3.1320000000 $- OSETNO / -3, 0.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000GOTO / -275.5955701795, 0.0000000000, 20.0000000000COOLNT / OF

17、FSET / OFSETL, OFFSPINDL / OFF$- END /FININC文件：%N40 (File_name:5jingyedingk12t5.ncl.1)N50 T5N60 M06N70 (TOOL-12.)N80 G00 G58 G90 Z20.000N90 X-311.124 Y-101.260N100 S3000 M03N110 M08程序 开头 标志 程序 注释选择刀 具换刀刀具注 释选择坐 标系定位到 要求的 位置主轴转 速为 3000 正转 冷却液开N120 G91相对坐标 编程在某 一高 度上设 置刀 具长 度补偿给出走 刀速 度N130 G43 Z-1.248

18、 H5N140 G01 Z-30.000 F1500.000N150 X41.126N160 Y0.196N170 X-41.126 Y0.004N180 Y0.200N190 X41.126 Y-0.008N200 Y0.196N210 X-41.126 Y0.013N220 Y0.200N230 X33.438 Y-0.012N240 X7.688 Y-0.005N250 Y0.196N260 X-19.822 Y0.013N270 X-21.304 Y0.008N280 Y0.200N290 X27.185 Y-0.014N300 X13.941 Y-0.011N310 Y0.196N3

19、20 X-17.137 Y0.016N330 X-23.989 Y0.014N2330 X7.932 Y-0.031N2340 Y0.197N2350 X-8.003 Y0.027N2360 X-8.430 Y0.022N2370 X-8.903 Y0.016N2380 X-11.381 Y0.011N2390 Y0.186N2400 X11.284 Y-0.010N2410 X8.844 Y-0.013N2420 X8.425 Y-0.019N2430 X8.164 Y-0.024N2440 Y0.197N2450 X-8.160 Y0.020N2460 X-11.017 Y0.020N24

20、70 X-9.092 Y0.010N2480 X-8.448 Y0.005N2490 Y0.186N2500 X11.719 Y-0.006N2510 X11.716 Y-0.014N2520 X13.282 Y-0.024N2530 Y0.198N2540 X-10.227 Y0.014N2550 X-11.505 Y0.011N2560 X-14.984 Y0.007N2570 Y0.187N2580 X19.942 Y-0.007N2590 X16.775 Y-0.015N2600 Y0.198N2610 X-21.040 Y0.008N2620 X-15.677 Y0.003N2630

21、 Y0.186N2640 X36.717取消 刀具 长度补 偿关闭 冷却 液主轴停返回主 程序程序结 束标 志N2650 G49 Z16.868N2660 M09N2670 M05N2680 M30 (19)铳汽 道型线：数控机床。加工部位为汽 道以及与汽道相连接的部分如(图9.16 )中的 加粗部 分。叶片汽 道部分的加工在 我厂 使的软件种 类比较多，分别 有：RCS PROE MASTECAM TSSNT、TS3.0，这是因为我厂的汽道型线加工机床的种类比较多，不 同的机床使用不同的软件。各种不同的加工软件的使用有很大的区另但基本的加工方 式却相差不大。图9.17 汽道部分的加工轨迹汽道

22、部分的加工工作量比较大，要求对叶片进行数据处理、造型、加工部位的划 分、加工方式的选择、使用刀具的选择、加工轨迹的数据转换等。加工工步也比较多， 通常完成该工序的加工需要十多个工步。但基本的加工部位有：汽道、叶根圆角、叶顶 圆角、叶根平台、叶顶平台、凸台等，对每个部位根据余量情况和过渡圆角大小还须分 成几次完成。图9.17为用TSSNT加工汽道部分的加工轨迹，该方式为采用螺旋式进给加 工。加工完该工序后对叶片的检查采用综合量具和三座标检测，三座标检测是首件的检 查和加 工过 程中抽 检。每件叶 片要 求用 综合量 具检 查。叶身型 面的加工边 界划 分如图9.18所示，下面为我厂 采用TSSN

23、T加工汽道 部分 的 主程序 对刀：X向在叶根端面出汽侧定位A轴的设定：背 弧侧 在上，A值0。图 9.18 叶身型 面的 加工边 界划 分;IG32 TOOLT1M6M00EXTCALL 1401 叶 顶 B2 铣空刀，离叶出汽侧 进刀 )M00EXTCALL 1402 叶顶B2铳空刀，离叶M00EXTCALL 1403 叶根B1铳空刀，离叶M00EXTCALL 1419铣边B3-B4 放量 6MMM00EXTCALL 1404铣边B3-B4 放量 3MMM00EXTCALL 1405- - 粗铣 叶身 B3-B4 放量M00EXTCALL 1406粗铣叶身 B3-B4 放量;d25 TOO

24、LT2M6M00EXTCALL 1407 铣叶顶B2M00EXTCALL 1409 铣叶顶 B4-B2;D20 TOOLT3M6M00EXTCALL 1408 铣叶根B1M00EXTCALL 1410 铣叶根 B3-B1;K12 TOOLT4M6M00EXTCALL 1413- 铣叶顶 B2M00顶 12.5MM ，如果余 量小，可不 用此 段 ( 背弧顶 2MM根 2MM3MM0.5铣叶 顶 B4-B2EXTCALL 1415;R28 TOOL T5M6M00EXTCALL 1417 铣身 B4-B3M00M30由于NC程序太 长，下 面仅将 子程 序“ 1401 ”叶顶开空 刀的的 开头

25、和结 尾部分 给出 MSG(1401)G00G90G94G54FGROUP(X,Y,Z,A,B) M03S1989G01X395.523Y91.253Z217.698B3.450A282.897F30000.0G00M08G91G01X.000Y.000Z-180.000B.000A.000F30000.0 X.000Y-20.000Z.000B.000A.000F835.0G93G64X.146Y.192Z-.859B.025A.887F2046.2X.147Y.178Z-.863B.024A.889F3303.1X.147Y.161Z-.866B.024A.889F4265.9X.148Y

26、.142Z-.869B.024A.890F4285.9X.147Y.122Z-.871B.023A.892F4285.9X.147Y.098Z-.875B.024A.893F4285.9X.148Y.071Z-.876B.022A.897F4285.9X.146Y.035Z-.879B.023A.900F4285.9X.145Y-.014Z-.878B.021A.905F4285.9X.142Y-.102Z-.873B.020A.909F3526.4X.122Y-.342Z-.811B.014A.882F1835.6X-.018Y-.917Z-.085B-.011A.224F877.6X-.0

27、95Y-.901Z.395B-.022A-.275F947.1X-.092Y-.905Z.388B-.022A-.271F944.4X-.079Y-.942Z.310B-.020A-.182F897.1X-.063Y-.973Z.218B-.019A-.079F857.3X.133Y.333Z-.810B.036A.873F4285.9X.135Y.320Z-.815B.035A.874F4285.9X.136Y.307Z-.821B.034A.875F4285.9X.137Y.294Z-.827B.032A.876F4285.9X.139Y.280Z-.831B.032A.876F4285.

28、9X.140Y.267Z-.836B.032A.877F4285.9X.141Y.255Z-.841B.030A.877F4285.9X.142Y.242Z-.844B.030A.878F4285.9X.143Y.231Z-.848B.030A.877F981.4G94X.000Y.000Z150.000B.000A.000F30000.0GOOM05M09G90M17GOOM02加工完 叶身 型线后 的叶 片照片 如图9.19所示:图9.19 加工完 叶身型线后 的叶 片(20)铳叶 根端 面：普通铳 床。用成 型铳刀走升 降。加工 部位如 图9.20和图9.21中粗线部位。该部位分两次完成

29、。9.20 铳叶根 端面部位9.21铳叶根进 出汽侧（21 ）铳叶 根进出汽侧 面。该工 序的加工也 有多 种类，有采用成 型铳 刀，有采 用线 切割，也有采用标准刀具用数控刀具加工。（22）铳断叶顶、铳残留处、钳修。（23）抛光：抛光机。型线部分的粗糙度要求较高，因此对汽道部分用求用砂布等 工具将汽道型线部分抛光。以上工序完成后就完成了如图9.5所示叶片的加工。9.3.2叶片加工的常规工艺叶片加 工的常规工 艺主要是指 叶片 加工设 备在 早期 比较落 后或 是现在一些 小型 企业 使用的加工手段。此处还是以图9.5所示叶片做介绍。叶片常规加工工艺在叶根型线部 分的加工与数控加工工艺一样，主

30、要不同点在叶根叶冠内内背径向装配面和汽道型面的 加工上。9.3.2.1叶片的叶根、叶冠内背径向面的加工早期叶 片内背径向 装配面由于 设备 的落后，因此 在设计叶片 时结构就相对简 单（这 已经不 能适应现代 汽轮机高参 数，大功率发展的要求了，那种简 单结构已逐步在 淘汰了。） 但基本 加工 思路是：设计成型铳刀 采用 普通平 铳或立式铳床加 工。由于成型铳 刀的设计 相对复杂，设计成型铳刀时间长，增加了技术准备周期；成型铳刀的制造难度大，增加 了工艺 装备的制造 周期；在成型铳 刀的切削过程中，由于切削性能差，因此只 能小余量 切削，再加上在用 成型 铳刀加工前 还需要进行 大量的去余量加

31、 工以减少对成型 铳刀的磨 损。成 型刀具属于 专用刀具，只队 某种形状结构使用，不同形 状结构的叶片则 必需分别 单独设计。因此用普通工艺加工叶片增加了成本，整个生产周期长，这些都不能适应现 代化企业的要求：高效、快速、低成本。在烦琐 的普通机床 的加工过程 中，不同机床 的转换频 繁，对机 床操作者的 技能要求 高，稍有疏忽就会造成 批量的废品。（批量化加 工中废品的产生 往往在粗加工或 是去余量 的时候 发生，因为这时 后的加工操 作者的警觉性不 高。）而数控 加工对机床操作 者的技能要求相对低些，但证和调试与修改才设计周期和制造周叶根叶冠内、对程序设计者的 能达到满意的效 期，通用刀具

32、对 背径向面的加工要求比较高 果。数控加 产品的适应 工艺流程：，一个好的加工 工程序采用通用 强，这些都是现程序通常要经过刀具，因此减少代化企业发展的反复的论 了刀具的 趋势。（1）粗铳 叶根、叶冠背径 面。粗铳叶根、叶冠背径面的加工工序卡9.22如图所示。曰ft t*AAJI#A#+.1仲1JLJtsi I xr t xr二车同（分厂吁片加工工序卡片M W Mt图9.22 粗铳叶根、 叶冠背径面的工序卡（2）精铳叶根及叶冠背径向面该工序卡片与粗铳一样，只是要求形位公差和粗造度上高一些。（3）粗铳叶冠背弧出汽边粗铳叶冠背弧出汽边的工序卡片如图9.23 所示。诅桎吋咼背叢岀汽边工厚号车间1分广

33、)叶片加工工序卡片*a*1813y 号F * * X- # MW Jtt*#1 WK!. 5ft i+图9.23 粗铣叶冠背弧岀汽边工序卡(4) 精铳叶冠背弧出汽边：加工部位同上。(5) 预铳叶根内径向面AAnAA*P.A- 145fl A A lMxtii/lift1 * *V A* .黑A*t M r4车问份厂)叶片加工工序卡片 r E4X * a ft M电M危* X2N It 工# *+fl-I1ltf*!IWMX t-wr flaiufiVLft时AIM图9.24预铳叶根内径向面的工序卡该工序加工加工由于两个方向都带斜度，在普通机床上只能采用成型铳刀加工。(6)粗铳叶根内径向面(7)

34、 粗铳叶冠内径向面(8) 精铳叶根、叶冠内径向面精铳叶根、叶冠内 径向面的工序卡如图9.25所示。该 工序通常采用三坐标机床配合成型刀具加工。图9.25精铳叶根、叶冠内径向面的工序卡9.3.2.2汽道型面的加工型面质量的好坏直接影 响到叶片的 工作质量，因此，型面的加工应满足下列技 术要求： 保证型 面本身的型线精 度及各截面 的相对位置精度。 证型面 与叶根的相对位 置精 度。由于型面是由复杂 曲线组成的 空间曲面，要保证它的加工精度就不得不采用专门的 加工方 法。叶片的 机械加工量 约为 透平机组加 工量 的三分之一，而型面 的加工 量约 占叶 片加工量的二分之一。型面的加工需要许多复杂的

35、工装、夹具、量具和专用机床，因此 叶片的 加工 水平往 往可以用型 面加 工的水平来 衡量。(1)叶片型面传 统的加工方 式早期开发的叶片型面通常具有一定 的成形规律，叶片型面传统的加工方式与汽道的型面结构、变化规律密切相关。在汽轮机叶片制造中，型面的加工采用机械加工方 法占很 重要 的地位 。而 汽道型 面采 用什 么曲线 ，是 等截 面还是 变截 面， 变化规 律如 何， 直接影 响所 采用的 加工 方法、 刀具 及夹 具、量 具的 设计 。 等截面 叶片 型面 的加工这类叶片 汽道 型面 的结构 中心 与叶片 的对 称中 心线相 互平 行。 汽道长 度较 短， 一 般采用 方钢毛坯，加工

36、 时主要以出 汽边定位。通常 先加工内弧，用控制 弧深的方法 来保证汽道 与叶根的相对位 置。加工背 弧时，再以内弧 型线定位保证型面的 最大厚度。内背弧 加工 分粗、精铳 工序，粗铳后为 精铳 均匀留0.5mm左右的 加工余 量。如果 用 方钢， 还需增加荒铣工 序，以保证 粗铣时余量较为 均匀。如果进出汽边 余量较大， 内弧荒铣分 两道工序进行， 目的是为了 使粗铣时余量较 为均匀。第一道工序 将叶片倾斜 ，铣平进、 出汽边高度。第 二道工序用 立铣主轴倾斜一 定的角度，即可加工 出和内弧相 似的椭圆来 。当内弧由一个 圆弧组成时 ，可用卧刀法。 此时铣刀半径等于内 弧半径，当 叶片是自带

37、 围带时，其切削 长度等于叶 片汽道长度，当 叶片是无围带叶片时 其切削长度 大于叶片的 汽道长度，铳刀 端面圆角R即为内弧型面与 叶根或叶冠交接处的过渡R。当加工自带围 带叶片时，铣刀 刀柄轴径受 到围带高度的限 制，如果铣刀刀柄轴 径过小，则 叶片设计应 作修改。由于内 弧型线随铣 刀直径而变，型 线精度随铣刀磨损而 降低，所以 必须分粗铣 、精铣。精铣作 为光整加工 ，保证尺寸精度 和光洁度，精铣刀磨 损后就作为 粗铣刀。当内弧 型线 由几个 圆弧 组成时 ，可采 用仿型 加工 ，所采用 的铣 刀半径 应小 于最 小曲 率半径 。如果汽 道长 度较大，特别 是对 于内弧 直通 的叶片，可

38、用 成型 铣刀加 工，对 于内 弧不 直通叶 片的根部圆角可 用一半径和 内弧最低点半径 相同的圆柱铣刀加工 。如果内弧 由几个圆弧 组成，圆角加工 时在铣刀顶 部装一靠模轮， 滚轮直径稍大于铣刀 直径，加工 时一面纵向 走刀，一面夹具 由弹簧自动 升降，借滚轮按 内弧仿型加工出圆角 。背弧的 加工 与内弧 相类 似， 也用 成型 铣刀或 采用 仿型 加工 。但 背弧仿 型铣 时铣 刀的 直径不 受型面曲率半径 的的限制， 加工情况比内弧 好。在成型加工前和 内弧相同， 也有荒铣， 一般是进出汽边 倒角，使背 弧余量较均匀， 粗铣加工后留 0.5mm 的加工余量 。 斜铣叶 片型 面的 加工由

39、型面 成型 规律可 知 ，斜铣 型线 由相 同半径 的圆 弧组 成， 圆弧 中心连 线对 座标 轴线 的投影 又相 同，汽 道的 结构中 心线 和对 称中心 线在 xoz，yoz 两平面 的夹 角等于 常数 ，所 以能用 一型 线刀具 型线铣 刀， 沿着 汽道结 构中 心线 的方向 运动 ，加 工出各 截面 所需 要的型 面来 ，斜铣 方法 可用于 内背 弧加 工，斜 铣型 线精 度高， 生产 率也 高，但 刀具 的准 备周期 长。 型线为 斜切 y 向位 移的叶 片型 面的加 工这种型 线基 本为斜 切 ，但叶 片结 构中 心在 xoz 平面内 的斜率 为一 种， 在 yoz 平面内 的斜率

40、 是变 化的， 为一 折线或 曲线 。其 加工与 加工 斜切 叶片类 似， 将叶 片根据 斜切 规律 放斜两个角度，y向采用的是第一段斜率所决定的角度，再在y轴方向加一块靠模板以 控制叶 片在 y 方向 的运 动符合 图纸 所要 求的 y 向斜 率变 化。加 工时 用成 型铣刀 在卧 式仿 型铣床 上进 行铣削 。 型线为斜切+ y向位移+ x方向位移的叶片型面的加工这种叶 片型 线也属 斜切 的一种 ，但 其结构 中心 线在 xoz 面与 yoz 面内均为 一折 线或 曲线， 即在 这两个 平面 内，斜 率都 是有 变化的 。加 工时 加工时 ，先 将叶 片按按 第一 段的 斜率放斜两个斜度

41、，再用两向靠模，控制x与y向的位移以满足图纸上 斜率变化的规律。 直轴旋 转叶 片型 面的加 工这类叶 片沿 汽道高 度上 各截面的形 状相 同， 但型 线除 按斜切 规律 变化外 ，还绕 着某一中心 轴旋 转。对 于这 种叶片，内背弧均用成型铣 刀加 工，将叶片 装于 夹具上，放 斜两个角度 ，使 叶型旋 转中 心与夹具的转轴中心重合。 如各 截面旋转角 度沿 叶高没有规 律，则用靠 模板 控制旋 转角 度，即可加工出所要求的型 面来 。 斜轴旋 转叶 片型 面加工这种叶 片各 截面型 线均 相同（这是 能否 采用成 型铣 刀加 工的首 要条 件）。型 线既 按斜切规 律变 化，又 围绕 着

42、某一 轴线旋转，而且在 x 方向 还有位移。 对于 这种叶片， 首先将叶片 按斜 切规律 在 x 向及 y 向放斜两个角度，然 后要 求成型铣刀 沿倾 斜的旋转轴 作正向或反 向的 回转动 作， 再由夹 具的靠模控制叶片沿 x 向 上下移动， 完成 x 向的位移 ，这样即可 加工 出所要 求的 型线。 由座标 点组 成的 扭曲叶 片型 面的加 工这种叶 型的 特点是 沿汽 道高度 上各 截面 型线都 不相 同， 因此不 能用 成型 铣刀加 工， 只能采 用仿 型加工 。仿 型加工 有仿 型刨 ，仿型 铣或 仿型 车，也 可采 用电 解加工 等等 特种 加工成 型 1 。9.4 叶片数控加工中的

43、典型夹具和刀具9.4.1 叶片数控加工中的典型夹具数控机 床铣 汽道型 线的 夹具 ，根 据机 床结构 不同 划分 有两种 情况 ，分 别为 单驱 的夹 具和双 驱的 夹具。 双驱 是指叶 片的 叶根 和叶冠 同步 旋转 的同时 驱动 叶片饶 X 轴 旋转 ，在 程序上体现为A轴的运动。单 驱的夹具是指叶片的叶根或者是 叶冠一边驱动，另外一边 是用顶 针顶 住使叶片饶X 轴旋转， 一般 短叶片和方钢叶片采用单驱 加工。一般长叶 片采用双驱 加工 ，因为长叶片如果采用 单驱 ，一方面在叶片的长度方向 施加顶的力后， 会增加叶片 的变 形，另一方面叶片太长 ，如 果刀具加工到顶针这边时叶 片会发颤

44、，从而 影响叶片的 加工 质量。根据叶 片种 类不同有专 用夹具 和通 用夹 具，专 用夹具指根据特 定的某 级叶片而 设计的夹具 。通 用夹具是指先设计通用 的过 渡盘，然后其它叶片在通用 的过渡盘上分别 设计不同的 定位 框架， 而供 不同的 叶片 使用 。不管采 用哪 种方式 设计 夹具， 最终 设计指 导思 想是 以叶片 在转 子上的 装配 面作 为定 位基准 。如图 9.26 、 9.27 分别 为专用 和通 用夹 具上的 一个 定位 框架。鼻.HId I112 MOI4BAMlOZ35-BMm4As1# W s.CXiZr 卜卜帀 1:10肯*非才弭鼬削厂图9.26 通用传动盘上的

45、定位框架叶片型线叶片型线叶片型线图9.28 通用传动盘实物 图图9.27 专用传动盘如图9.28、9.29为两种传动盘的实物图：与机床接口的过渡盘 定位框架过渡盘底/ 平面用键连接处叶片型线叶片型线图9.29 专用传动盘实物图定位处不同叶片的定位框架定位键叶片型线叶片型线9.4.2 叶片数控加工中的典型刀具叶片数控加工过程 中使用的刀具如图9.30所示：a.lG32 刀具b.D25刀具C.K12刀具d.D20刀具e.R28刀具图9.30数控加工 过程中使用的刀具叶片型线叶片型线9. 5现代叶片型面加工方式现代汽 轮机机组叶 片的开发，由于加 工手段 的不断进步，开发叶片时 在加 工方面考虑的相

46、 对较少，而 主要考虑的 是机 组较高的效 率问题，因此现 代开发出的叶片 型面再难以见到 型线 有成型 规律 ，叶身 型面 部分 基本上 都是 由离 散点组 成的 扭曲 曲面， 因此 用传 统的加 工方 式已经 很难 加工出 来了 ，再加上 传统 的型 面加工 方式 由于 工艺 、夹 具 、刀具 、 量具等 的技 术准备 时间 长，而 且生产夹具、量具、刀具 的时间也需 要很 长。因而很 难适应现代 化快 节奏的 生产 要求。 现代的加工中很难见到传 统的加工方 式了 ，象三联叶 片型面是型 腔， 铣床铣 刀难 以伸入 ，它的型腔部分还在采用 电解加工外 ，传 统的叶身型 面加工方式 基本

47、已经淘 汰了 ，而且 型面为型腔的加工也在采 用数控电火 花加 工。现代汽 轮机叶片型 面的 加工采 用的 是数控 加工。数控加工的特点是 ：加工精度 高、 生产效率高 、改善劳动 条件 、有利 于生 产管理 、有利于向计算机控制和 管理发展。 下面 分别讨论叶 片型面数控 加工 的发展 。 两座标 半数 控机 床加工 叶片 型面两座标 半数 控加工 叶片 型面 ，即 数控 机床的 三个 方向 不能同 时联 动， 采用 球头 立铣 刀，铣 出一 个截面 然后 再沿汽 道高度方向平移一段距离 ，直到将整 个汽 道加工完。 内背弧的加 工都 采用同 样的 加工方 式，它的加工扫描轨迹为 平行移动， 主轴 不能偏转， 完全靠铣刀 球头 一点走 出型 线截面 的样条来，切削效率相对 较低，而且 在加 工汽道的时 候余量较大 ，因 此要求 铣刀 的直径 较大，而在加工型线与叶 根、叶冠的 交接 处时有过渡 圆角的限制 ，为 了满足 机组 的效率 通常过渡圆角设计的较小 。而两座标 半的 数控机床一 般不具有换 刀的 功能， 因此 在加工 过渡圆角时只能换另外一 台机床进行 。在 数控机床发 展的早期， 叶片 型面的 加工 采用的 是这种方式，由于它