汽轮机数控加工技术探讨

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摘要：叶片的工作条件较为复杂，且需要长时间运作，因此在进行叶片加工时不仅要重点把握叶片的质量，同时也在生产过程中考虑到生产企业自身经济效益。传统叶片加工工艺不仅繁琐，且需要人力财力较多，而数控加工技术的出现不仅能够有效解决这一问题，同时也有利于提升我国工业产业整体科技水平。本文对汽轮机中的叶片及其特点进行分析，同时基于并联机床对数控加工技术在汽轮机中的应用进行研究。

关键词：数控加工技术；汽轮机；叶片；有效应用

汽轮机上的叶片能够在运作过程中将蒸汽转换为机械能，并通过不断旋转的形式为汽轮机提供动力，使其能够产生电力并不断运行，由此可见，叶片作为汽轮机中的重要组成部分，在整个能量转换过程中有着至关重要的作用。近年来我国工业科技水平不断受到国际化、科技化的推动而提升，而全球工业的进步也对汽轮机的设计提出了新要求，其中最重要的就是对叶片的型面设计。由于传统工艺加工技术已经无法满足工业生产需要，因此必须在传统技术的基础上融入数控加工等计算机科技手段并不断对其优化，在确保能够提高其加工工艺水平的同时促进工业工厂生产效率，促进我国工业实力的进步与发展。

1汽轮机叶片结构的特点及运作分析

叶片作为汽轮机中的重要组成部分，不仅是使风轮机转换能量的重要前提，同时其质量也决定着风轮机的运作效率，是决定汽轮机是否能够正常运作的基本条件，叶片在通常情况下分为动叶片与静叶片两种。就动叶片而言，其主要由叶身、叶根、拉筋以及型面、叶冠和中间体几个部分构成。其中，中间叶身的结构是最繁琐的，平常见到的多数为扭转型的自由曲面。通常情况下，可将叶身型面划分成叶根圆角、进气边圆角、背弧、拉筋以及叶冠圆角、出气边圆角和内弧几个部分。叶身型面均由不一样的截面型线拟合而成的曲面，叶身型面是由一组间距不一致的截面型线所形成的一种空间扭曲面，通常情况下，将叶身部分的该部分横截面称作叶型，将每个横截面的边缘叫做型线，在通常，一条型线均由三个部分构成，即背弧、进气边圆弧以及内弧与出气边圆弧，型线对叶片的具体工作有着直接性的作用和影响，许多型面均属于一种弯扭变截面与等截面弯扭曲面。在通常情况下，叶根形式有菱形、T形以及枞树形与叉形四种。与动叶片不同的是，静叶片被固定在汽轮机中的气缸里的叶片。而气缸中具有许多静叶片，每一个静叶片都与一个动叶片进行组合形成一级，而当热蒸汽进入汽缸并进入到第一个叶片级时，静叶片就将蒸汽倒入动叶片处，并使其产生推力推动动叶片旋转，而随着热蒸汽的不断进入，每一级叶片都因受到上一级的推动而转动起来，并且随着蒸汽总量与速度进入的增加，动叶片旋转的速度也不断加快，最终使每一级的动叶片都不断运行，并产生机械能，为汽轮机提供动力。

2叶片的数控加工工艺

传统叶片加工工艺已无法满足现代工业企业生产需要，而数控技工技术与叶片加工工艺的结合完美地解决了这一问题。其中叶片在运作时产生的气道对汽轮机所产生的功率有直接影响作用，因此在进行叶片加工时需要将叶片气道作为保证叶片质量的重要指标之一。国外发达国家已经能够熟练地运用先进数控加工技术来进行叶片加工，而现如今我国仍属于起步阶段，在叶片数控加工方面略显不足。因此，我国相关科研人员正不断地研究该技术并创新，以期为促进我国工业发展奠定基础。数控加工叶片技术不仅具有先进的科学性，同时也具备其它优势。首先，数控机加工技术在一定基础上能够通过智能化加工及管理有效提高叶片的质量，在降低叶片型线误差值的同时也为提高汽轮机整体质量提供保障；其次，数控加工叶片技术的投入大量节省人力，并且有效地提高加工工作效率，为工业生产企业节省成本的同时增加经济效益。由于受到其工作性质影响，加工企业在选择叶片材料时通常采用1Crl3与2Crl3等不锈材料，以确保能够提高叶片的使用寿命，增加汽轮机的能量转换率及机械利用率。但由于这两种材料具有高强度、易变形等特点，因此在加工过程中增加了一定难度。

3基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工应用

并联机床是近年才出现的一种有效结合了科技与工艺的新概念加工机床，该机床通过利用CAD/CAM软件等先进科学技术将机器人结构与机床完美结合，不仅具有低成本、高效率以及结构简单等特点，同时也因其寿命长、加工精度较高等优势受到全世界工业产业的关注。通常情况下，基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工程序由以下几个部分进行实现：第一，CAD技术的处理流程；第二，并联机床的加工流程。并联机床的加工内容着重包括叶身型面、叶冠、叶根和叶身以及叶片的叶根和叶冠的交接面。基于UG的叶片数控加工的编制程序着重涵盖了以下几个方面的内容：a.叶片零部件的三维造型；b.对叶片数控加工的工艺程序、加工的工具进行确认；c.刀位的精确计算和所生成的刀具的运动轨道；d.对刀具的运动轨迹进行科学的校验以及仿真与编辑，同时形成相应的刀位文件；e.以后置处理流程为依据，将刀位文件变成数控机床可以读取的NC代码。运用UG软件对叶片进行数控加工，在通常情况下，其数控加工的编制程序均是在UG/CAM中形成了刀具的轨迹后，在进行NT仿真与校验，可将加工数据与信息输出视为刀位源的一种具体文件。在刀位源文件中着重包括刀具信息、加工坐标系信息、刀具位置以及所有的加工辅助命令信息和姿态信息，需要通过一定的后置处理器，把它转换成数控机床可以接受的一些数控程序，同样，也可择取并联机床自身所有的后处理程序进行相应的后处理工作。在UG软件中，供应了在形式上抽象、繁琐的各种零件的粗精加工，广大用户可按照各种零件架构、加工精度以及加工表面形状等方面的一些具体要求，对加工类型进行科学、合理的选择，在所有的加工类型中都涵盖了多种形式的加工模块。运用加工模块能迅速的建立加工操作。在交互操作中，在图形方式之下对编辑刀具路径进行交互，进而形成适合于机床的数控加工流程。

4结束语

综上所述，数控加工叶片工艺技术不仅能够将传统加工工艺中的不足进行完善，同时也能够提升叶片的整体质量。此外，由于在进行加工设计时，将传统工艺中的去毛坯余量的步骤放在普通机床中进行，而具体加工则采用并联机床，不仅大大节省了加工时间，同时也能够利用并联机床的先进性与智能性，在提高叶片的加工精度、降低加工误差值的同时大量节省人力财力，从根本上提高了生产效益，对促进我国工业科技水平的提高起到重要作用。

作者:程汇添 单位:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司

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