在大型汽輪機(jī)組中，動(dòng)、導(dǎo)葉片屬于重要且關(guān)鍵的零部件，因?yàn)閯?dòng)、導(dǎo)葉片級(jí)別多、數(shù)量大，而自帶冠導(dǎo)葉片作為圍帶和汽道的整體形式，通過有限元方法、動(dòng)態(tài)特性分析以及相關(guān)的試驗(yàn)研究表明，在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)有著很好的機(jī)械性能；并且采用扭曲梁單元模型，推導(dǎo)了阻尼圍帶的剛度和阻尼矩陣，建立了阻尼圍帶長葉片振動(dòng)分析模型，在分析阻尼圍帶葉片整圈節(jié)徑振動(dòng)時(shí)，采用了波傳遞方法進(jìn)行降階，以提高計(jì)算效率。360mm阻尼圍帶葉片的分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，因此被廣泛使用在導(dǎo)葉片的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
因?yàn)榫哂辛己玫慕?jīng)濟(jì)性和相對(duì)較短的生產(chǎn)周期，近年來首先用熔模鑄造生產(chǎn)毛坯，然后再用機(jī)械加工生產(chǎn)成品的工藝方法被越來越多地采用。
1 原加工工藝過程
原來使用三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑熔模鑄造的自帶冠導(dǎo)葉片內(nèi)弧的時(shí)，為了裝夾簡單、拆卸方便，將自帶冠導(dǎo)葉片水平擺放，內(nèi)弧正面朝上，R立銑刀沿葉片進(jìn)出汽側(cè)方向往復(fù)行進(jìn)對(duì)內(nèi)弧進(jìn)行切削加工。當(dāng)R立銑刀走到葉片最低點(diǎn)時(shí)，由于銑刀直徑D大于葉片內(nèi)弧的曲率半徑ρ，因此，最低點(diǎn)處總是銑不著剩余部分殘留量，并且長時(shí)間的加工不但容易損壞機(jī)床主軸的滾珠絲杠，R立銑刀的磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，而且還給下序的半精加工帶來很大麻煩（如圖1）。
2 優(yōu)化加工工藝后的生產(chǎn)應(yīng)用
為了進(jìn)一步優(yōu)化加工內(nèi)弧的工藝方案，以提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率，我們采用了轉(zhuǎn)角的方法，將自帶冠導(dǎo)葉片旋轉(zhuǎn)至出汽邊沖下，進(jìn)汽邊朝上讓R立銑刀從出汽側(cè)行進(jìn)到進(jìn)汽側(cè)，形成一個(gè)爬坡的趨勢(shì)讓R立銑刀切削葉片內(nèi)弧。通過這樣轉(zhuǎn)角可有效地避免葉片內(nèi)弧在加工過程中的剩余殘留量，并且在切削過程當(dāng)中R立銑刀的R角部分充分接觸葉片切削余量，使得R角切削應(yīng)力分散，切削刃磨損均勻（如圖2）。
還根據(jù)立銑刀刀齒漸進(jìn)磨損過程中主軸電機(jī)功率信號(hào)的變化特點(diǎn)，分析了主軸電機(jī)功率與刀齒后刀面磨損帶面積（AVB）間模型 的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性，提取了反映刀具磨損狀態(tài)的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)。
為提高加工精度，對(duì)立銑刀的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了有限元分析。通過銑削力試驗(yàn)，對(duì)不同切削參數(shù)下立銑刀的銑削力進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，利用UG中的建模模塊進(jìn)行立銑刀實(shí)體建模，根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了邊界條件，在立銑刀有限元模型上進(jìn)行加載，利用UG有限元分析模塊，獲得了立銑刀切削過程中切入、切出的瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)云圖，顯示了切削中銑刀應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律，這就為優(yōu)化工藝提供了很好的理論依據(jù)。
3 轉(zhuǎn)角后建立的數(shù)學(xué)模型
自帶冠導(dǎo)葉片按照徑向角的不同大致可以分為3類：內(nèi)徑向面與端面垂直；背徑向面與端面垂直；內(nèi)、背徑向面與端面均不垂直。而在實(shí)際加工時(shí)，背徑向面與端面垂直的自帶冠導(dǎo)葉片可以沿輻射線方向轉(zhuǎn)角后在背徑向側(cè)做相應(yīng)角度的墊塊即可；內(nèi)、背徑向與端面均不垂直的自帶冠導(dǎo)葉片考慮到后序加工的方便性，在蠟?zāi)Ｄ＞咴O(shè)計(jì)時(shí)就沿輻射線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使其在加工完端面后達(dá)到背徑向面與端面垂直，然后再用上述辦法進(jìn)行加工。本文重點(diǎn)介紹內(nèi)徑向面與端面垂直的自帶冠導(dǎo)葉片的加工方法。
因?yàn)閮?nèi)徑向面和兩端面垂直（如圖3），因此∠HGF=90°和∠DFG=90°，且α+β=90°。為了便于加工，將葉片以A點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，以豎直方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸沿順時(shí)針方向水平旋轉(zhuǎn)α，使DH與機(jī)床X軸平行；然后再以A點(diǎn)為基點(diǎn)，以AT為旋轉(zhuǎn)軸沿順時(shí)針方向水平旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，以平面ABC為水平面平行于機(jī)床工作臺(tái)平面，此時(shí)自帶冠導(dǎo)葉片內(nèi)弧形成圖3所示的加工狀態(tài)。δ為大頭端面ADF與水平面ABC所在的角，而γ即為背徑向面（即面ADH）和水平面ABC所形成的二面角。
那么，當(dāng)δ=γ時(shí)，ε=0°，即為背徑向面垂直于兩端面的自帶冠導(dǎo)葉片；
當(dāng)δ∝γ，且δ≠γ時(shí)，ε趨近于0°但不等于0°，此種情況即為我們所重點(diǎn)探討的內(nèi)徑向垂直于兩端面的自帶冠導(dǎo)葉片。
因?yàn)樵谧詭Ч趯?dǎo)葉片的設(shè)計(jì)當(dāng)中一般α＜8°，在以A點(diǎn)為基點(diǎn)，以AT為旋轉(zhuǎn)軸沿順時(shí)針方向水平旋轉(zhuǎn)的角度就很小。因此在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中往往就忽視了這兩個(gè)角度的關(guān)系，或者以為γ=δ，從而產(chǎn)生一定誤差，加工出來的葉片就會(huì)在出汽側(cè)加工不到位而進(jìn)汽側(cè)總是過切，并且找不到具體原因，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)徑向面與兩頭端面垂直的自帶冠導(dǎo)葉片加工的不合格。
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