CN103801912A - 燃气轮机压气机静叶环的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机压气机静叶环的加工方法：将静叶环坯料放在车床的永磁吸盘工作台上，由永磁吸盘工作台实现坯料的装夹，一次性车削加工出静叶环的外圆面、环形内锥面和上端面；再加工出底平面。再将车削过的静叶环坯料放于五轴数控线切割机的工作平台上，线切割机的切割斜度为0°-60°可调，坯料轴心与线切割机床身转台轴心重合；通过调整床身转台，使线切割机电极丝的切割部分与环形内锥面的一型线斜槽的位置相对，且使电极丝切割部分的倾斜角度与该型线斜槽的倾斜角度相同，加工该型线斜槽；再多次调整床身转台和电极丝，最终完成所有型线斜槽的加工。本发明加工成本低、加工速度快、热变形小、加工稳定性好、加工精度高。

Description

燃气轮机压气机静叶环的加工方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机压气机静叶环的加工工艺技术领域，特别是涉及一种燃气轮机压气机静叶环的加工方法。

背景技术

燃气轮机压气机静叶环是燃气轮机的核心部件之一，压气机静叶环质量的好坏直接影响燃气轮机压气机的压缩比，进而影响燃气轮机的燃烧质量和发电效率，因此对于保证压气机静叶环的加工质量至关重要。

由于燃气轮机压气机静叶环结构的特殊性，需要在环形内锥面上进行不等分型线斜槽的加工，如图1至图4所示，压气机静叶环的环形内锥面不等分型线斜槽的结构特点是：大型环类薄壁件、内锥面、大斜度、不等分、槽数多、复杂型线、多种类槽型。这完全不同于现有技术在环形外壁进行不等分型线斜槽的加工，采用普通机械加工即可实现。目前，对压气机静叶环的加工，只能采用龙门式数控设备，用成形铣刀铣削方式进行，特别是压气机静叶环的环形内锥面不等分型线斜槽的加工，需采用4把刀具，才能达到叶根槽尺寸精度要求：第一刀为带分屑槽的硬质合金粗立铣刀预铣直槽，第二刀为带分屑槽的高速钢成型粗铣刀预铣叶根槽型线，第三刀为硬质合金精立铣刀精铣叶根槽轴径尺寸，第四刀为高速钢成型精铣刀精铣叶根槽型线。这样的加工方法存在诸多弊端：造成使用四把刀具成本高（由于强力切削、圆弧切削、根部切削，使刀具损耗特别大）、设备成本高（必须采用数控龙门铣加工）、加工工序多（加工过程中要多次更换刀具）、加工复杂（不同叶根型的型线斜槽要配用不同刀具）、加工时间长（每槽加工需4把刀依次完成）、加工切削工件变形大（切削过程中热变形大、夹持过程中工件变形大）、加工精度差、加工质量差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种加工成本低、热变形小、加工速度快、加工精度高的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种燃气轮机压气机静叶环的加工方法，所述燃气轮机压气机静叶环的外侧面为圆柱面，内侧面为环形内锥面，所述环形内锥面上设有不等分、倾斜角度不同的多个型线斜槽；所述燃气轮机压气机静叶环的加工方法包括以下步骤：

A、将所述燃气轮机压气机静叶环的坯料放在车床的永磁吸盘工作台上，使所述永磁吸盘工作台吸住所述坯料的底平面，一次性车削加工出所述燃气轮机压气机静叶环的外圆面、环形内锥面和上端面；然后翻转所述坯料，使所述永磁吸盘工作台吸住已车削好的上端面，完成所述燃气轮机压气机静叶环的底平面加工；

B、将经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环的坯料放于五轴数控线切割机的工作平台上，所述五轴数控线切割机包括工作平台、运丝部件、线架部件、床身转台，所述运丝部件和线架部件安装于所述床身转台上，所述五轴数控线切割机的切割斜度为0°-60°可调，使经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环的坯料的环形内锥面的轴心与所述床身转台的轴心重合，并固定于所述五轴数控线切割机的工作平台上；

通过调整所述床身转台的旋转角度，使所述五轴数控线切割机的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该型线斜槽的倾斜角度相同，然后控制所述五轴数控线切割机加工出相应的型线斜槽；再次调整所述床身转台的旋转角度，使所述五轴数控线切割机的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的另一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该另一个型线斜槽的倾斜角度相同，再控制所述五轴数控线切割机加工出另一个型线斜槽；依次类推，通过多次调整所述床身转台的旋转角度及电极丝切割部分的倾斜角度，最终完成所述环形内锥面上所有型线斜槽的加工。

优选地，所述床身转台为高精密数控转台。

优选地，所述床身转台上设有相互垂直的X轴、Y轴和Z轴，所述Z轴为竖直设置，所述线架部件由所述X轴、Y轴和Z轴导向实现移动。

优选地，所述线架部件包括上线架和下线架，所述电极丝穿设于所述上线架和所述下线架之间，通过调整所述上线架与下线架的相对位置使所述电极丝切割部分的倾斜角度为0°-60°可调。

优选地，所述线架部件还包括副Y轴，所述上线架由所述副Y轴导向实现移动，使所述电极丝切割部分的倾斜角度0°-60°可调。

优选地，所述型线斜槽的种类包括洋葱形截面型线斜槽、圣诞树形截面型线斜槽、T形截面型线斜槽。

如上所述，本发明的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，具有以下有益效果：

1、通过车床车削和线切割两道工序即可完成所述燃气轮机压气机静叶环的加工，加工成本低、经济实用、加工速度快；在车床上由永磁吸盘工作台对静叶环的毛坯实现装夹，在线切割机上仅以少量压板压紧经过车削的静叶环坯料即可，与现有技术的铣削加工相比，使夹具的压紧程度得到弱化，从而在加工过程中静叶环坯料的热变形小，加工稳定性好，使所述燃气轮机压气机静叶环的加工精度高。

2、本发明的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，能够适用于任何不规则或规则的内锥面叶根型线的型线斜槽的产品零件的加工制造，能够适合0°-60°的大斜度叶根型线斜槽的加工，能够完全保证环形不等分内锥面型线斜槽所有形位公差要求，能够完全保证环形不等分内锥面型线斜槽的装配要求，使得燃气轮机压气机静叶环的加工质量达到最好状态。

附图说明

图1显示为本发明的燃气轮机压气机静叶环及五轴数控线切割机的结构示意图。

图2显示为本发明的燃气轮机压气机静叶环的洋葱形截面型线斜槽的截面示意图。

图3显示为本发明的燃气轮机压气机静叶环的圣诞树形截面型线斜槽的截面示意图。

图4显示为本发明的燃气轮机压气机静叶环的T形截面型线斜槽的截面示意图。

元件标号说明

100燃气轮机压气机静叶环  101洋葱形截面型线斜槽

102圣诞树形截面型线斜槽  103T形截面型线斜槽

200五轴数控线切割机      211工作平台

212工作平台支柱          213上水管道

214工件压紧压板          220运丝部件

231上线架                232下线架

233线架接水盘            240床身转台

241分度盘                242Z轴

243Y轴                   244副Y轴

245X轴

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

鉴于现有技术中，燃气轮机压气机静叶环结构的特殊性，需要在环形内锥面进行不等分型线斜槽的加工；而对燃气轮机压气机静叶环的加工，只能采用龙门式数控设备，用成形铣刀铣削方式进行，特别是燃气轮机压气机静叶环的环形内锥面不等分型线斜槽的加工，需采用4把刀具，才能达到叶根槽尺寸精度要求。这样的加工方法存在诸多弊端：造成使用四把刀具成本高、设备成本高、加工工序多、加工复杂、加工时间长、加工切削工件变形大、加工精度差、加工质量差。本发明的发明人提供一种燃气轮机压气机静叶环的加工方法，通过为车床配置永磁吸盘工作台，以及采用五轴数控线切割机，使燃气轮机压气机静叶环经过车床车削和线切割两道工序即可完成加工，不但加工成本低、经济实用、加工速度快；且使静叶环热变形小、加工稳定性好、加工精度高。

以下将通过具体实施例来对本发明的燃气轮机压气机静叶环的加工方法进行详细说明。

如图1所示，所述燃气轮机压气机静叶环100的外侧面为圆柱面，内侧面为环形内锥面，所述环形内锥面上设有不等分（沿圆周不均匀分布）、倾斜角度（相对于所述燃气轮机压气机静叶环100的上端面的夹角的余角角度）不同的型线斜槽。所述型线斜槽可以有多种形式，比如：图2所示的洋葱形截面型线斜槽101、图3所示的圣诞树形截面型线斜槽102、图4所示的T形截面型线斜槽103。

所述燃气轮机压气机静叶环100的加工方法，包括以下步骤：

A、将所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料放在车床的永磁吸盘工作台上，使所述永磁吸盘工作台吸住所述坯料的底平面，一次性车削加工出所述燃气轮机压气机静叶环100的外圆面、环形内锥面和上端面；然后翻转所述坯料，使所述永磁吸盘工作台吸住已车削好的上端面，完成所述燃气轮机压气机静叶环100的底平面加工；

B、将经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料放于五轴数控线切割机200的工作平台211上，所述五轴数控线切割机200包括工作平台211、运丝部件220、线架部件、床身转台240，所述运丝部件220和线架部件安装于所述床身转台240上，所述五轴数控线切割机200的切割斜度为0°-60°可调，使经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料的环形内锥面的轴心与所述床身转台240的轴心重合，并固定于所述五轴数控线切割机200的工作平台211上；

通过调整所述床身转台240的旋转角度，使所述五轴数控线切割机200的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该型线斜槽的倾斜角度相同，然后控制所述五轴数控线切割机200加工出相应的型线斜槽；再次调整所述床身转台240的旋转角度，使所述五轴数控线切割机200的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的另一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该另一个型线斜槽的倾斜角度相同，再控制所述五轴数控线切割机200加工出另一个型线斜槽；依次类推，通过多次调整所述床身转台240的旋转角度及电极丝切割部分的倾斜角度，最终完成所述环形内锥面上所有型线斜槽的加工。

在步骤A中，由于所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料为环形件，且该环形件具有侧壁薄、直径尺寸大的特点，在车床上装夹时，很容易发生大变形。所以本发明所用到的车床配有专门的永磁吸盘工作台，所述永磁吸盘工作台与车床的台面通过压板相连接（启动车床后，车床的台面做圆周旋转，带动永磁吸盘工作台旋转，永磁吸盘工作台又带动所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料绕轴心旋转），将所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料吸住，替换了常规车床夹紧工件侧壁的装夹方式。采用永磁吸盘工作台实现装夹所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料的优点在于，吸住所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料的底平面即可一次性车削外圆、内锥面、上平面，再吸住车削过的上平面，即可实现底平面的车削，不但工艺简单，使所述燃气轮机压气机静叶环100的加工速度快、加工成本低，还大大减少夹紧造成的压力变形，使所述燃气轮机压气机静叶环100的加工稳定性好、加工精度高。

在步骤B中，为了保证调整所述五轴数控线切割机200的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的一个型线斜槽的位置的一步到位，节约调整时间，避免重复调整；优选地，先调整所述电极丝切割部分的倾斜角度，使电极丝切割部分的倾斜角度与要切割的型线斜槽的倾斜角度相同，然后再调整所述床身转台240的旋转角度，使所述五轴数控线切割机200的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的要切割的型线斜槽的位置相对。

在步骤B中，针对所述燃气轮机压气机静叶环100的环形内锥面上不等分型线斜槽的加工，而专门采用五轴数控线切割机200。如图1所示，所述五轴数控线切割机200包括工作平台211、运丝部件220、线架部件、床身转台240以及数控系统，所述运丝部件220和线架部件安装于所述床身转台240上，所述线架部件包括上线架231和下线架232，所述电极丝穿设于所述上线架231和所述下线架232之间，通过调整所述上线架231与下线架232的相对位置使所述电极丝切割部分（即电极丝的用于切割工件的部分）的倾斜角度为0°-60°可调。所述工作平台211处于固定状态，在工作平台211的下方设有接水盘（图中未示出），所述工作平台211的下方设有多根工作平台支柱212，所述工作平台支柱212上固定有上水管道213，所述五轴数控线切割机200在线切割过程中所需的冷却水通过所述上水管道213输送。所述上线架231和所述下线架232的下方设有线架接水盘233，所述线架接水盘233位于所述接水盘的上方。

由于所述燃气轮机压气机静叶环100的环形内锥面上的型线斜槽可以有多种形式，比如：图2所示的洋葱形截面型线斜槽101、图3所示的圣诞树形截面型线斜槽102、图4所示的T形截面型线斜槽103；从而不但要求所述电极丝切割部分的倾斜角度要0°-60°可调，还要求所述电极丝能够随所述线架部件做水平方向的移动及升降移动，所以所述床身转台240上设有相互垂直的X轴245、Y轴243和Z轴242，所述Z轴242为竖直设置，所述线架部件由所述X轴245、Y轴243和Z轴242导向、在运丝部件220的驱动下实现空间移动；另外，所述运丝部件220还用来调整所述电极丝的拉紧程度，保证所述电极丝工作时始终处于拉直状态。而所述电极丝切割部分的倾斜角度的0°-60°可调可通过这样的结构实现：所述线架部件还包括副Y轴244，所述上线架231安装于副Y轴244上，并由所述副Y轴244导向实现移动，所述下线架232和副Y轴244相对于线架部件均为固定状态，从而通过上线架231位置的移动，使所述电极丝切割部分的倾斜角度0°-60°可调。

由于所述燃气轮机压气机静叶环100的环形内锥面上的型线斜槽不但形状不一致，且不等分；为了保证所述型线斜槽加工位置的精确度，所述床身转台240应采用高精密数控转台。所述高精密数控转台包括分度盘241，以达到高精度分度的目的。又由于型线斜槽是分布在整个环形内锥面上，因此在所述工作平台211的上方设有多个工件压紧压板214，通过所述工件压紧压板214使经过车削的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料的轴心（即所述燃气轮机压气机静叶环100的环形内锥面的轴心）与所述床身转台240的轴心重合，以精确达到五轴数控线切割机200的校调及旋转要求。

步骤B采用上述五轴数控线切割机200可以加工铣削刀具所不能加工的形状复杂的各种曲面、尖角、斜面、圆弧等状态，不但提高了所述燃气轮机压气机静叶环100的加工效率，还使所述燃气轮机压气机静叶环100的加工精度得到提高，从而提高了所述燃气轮机压气机静叶环100的加工质量。

在步骤B中，由于线切割加工没有切削力和热变形，从而可以弱化经过车削的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料的压紧程度，仅以少量压板压住即可。在压紧经过车削的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料之前，要对经过车削的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料进行定位校调：1、以线架部件作为校圆基准，对经过车削的所述燃气轮机压气机静叶环100的坯料实行平面及圆度的校准；2、对于所述燃气轮机压气机静叶环100指定的型线斜槽的倾斜度，要手动调整所述线架部件的上线架231，以满足电极丝切割部分倾斜角度要求；3、对于整个环形内锥面上的不等分型线斜槽，完全依靠高精密数控转台实现高精密分度的要求；4、对于高精度高质量要求的型线斜槽加工，一般采用一小块试料进行型线斜槽的试切割，然后经过检验，合格后再实行产品工件的正式加工。

步骤B中的线切割方法能够对环形内锥面上的各种复杂型线斜槽进行加工，只要编制相对应的型线斜槽加工程序，将编制好的加工程序输入所述五轴数控线切割机200的数控系统即可。在环形内锥面上型线斜槽的生产加工过程中，以每个型线斜槽为单位进行线切割加工，一次性完成单个型线斜槽尺寸精确加工成形。对于不等分多槽数型线斜槽加工，只需转动高精密数控转台到达相应位置，依次线切割加工出相应的型线斜槽，直致全部完成圆周上所有需要加工的型线斜槽。可见本发明不但适用于燃气轮机压气机静叶环100的加工，还可以用来加工各种环形内锥面上的等分或不等分型线斜槽，通用性广，方便实用。

综上所述，本发明的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，通过车床车削和线切割两道工序即可完成所述燃气轮机压气机静叶环的加工，加工成本低、经济实用、加工速度快；在车床上由永磁吸盘工作台对静叶环的毛坯实现装夹，在线切割机上仅以少量压板压紧经过车削的静叶环坯料即可，与现有技术的铣削加工相比，使夹具的压紧程度得到弱化，从而在加工过程中静叶环坯料的热变形小，加工稳定性好，使所述燃气轮机压气机静叶环的加工精度高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种燃气轮机压气机静叶环的加工方法，所述燃气轮机压气机静叶环（100）的外侧面为圆柱面，内侧面为环形内锥面，所述环形内锥面上设有不等分、倾斜角度不同的型线斜槽；其特征在于，包括以下步骤：

A、将所述燃气轮机压气机静叶环（100）的坯料放在车床的永磁吸盘工作台上，使所述永磁吸盘工作台吸住所述坯料的底平面，一次性车削加工出所述燃气轮机压气机静叶环（100）的外圆面、环形内锥面和上端面；然后翻转所述坯料，使所述永磁吸盘工作台吸住已车削好的上端面，完成所述燃气轮机压气机静叶环（100）的底平面加工；

B、将经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环（100）的坯料放于五轴数控线切割机（200）的工作平台（211）上，所述五轴数控线切割机包括工作平台（211）、运丝部件（220）、线架部件、床身转台（240），所述运丝部件（220）和线架部件安装于所述床身转台（240）上，所述五轴数控线切割机（200）的切割斜度为0°-60°可调，使经过车削加工的所述燃气轮机压气机静叶环（100）的坯料的环形内锥面的轴心与所述床身转台（240）的轴心重合，并固定于所述五轴数控线切割机（200）的工作平台（211）上；

通过调整所述床身转台（240）的旋转角度，使所述五轴数控线切割机（200）的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该型线斜槽的倾斜角度相同，然后控制所述五轴数控线切割机（200）加工出相应的型线斜槽；再次调整所述床身转台（240）的旋转角度，使所述五轴数控线切割机（200）的电极丝的切割部分与所述环形内锥面上的另一个型线斜槽的位置相对，且使所述电极丝切割部分的倾斜角度与该另一个型线斜槽的倾斜角度相同，再控制所述五轴数控线切割机（200）加工出另一个型线斜槽；依次类推，通过多次调整所述床身转台（240）的旋转角度及电极丝切割部分的倾斜角度，最终完成所述环形内锥面上所有型线斜槽的加工。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，其特征在于：所述床身转台（240）为高精密数控转台。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，其特征在于：所述床身转台（240）上设有相互垂直的X轴（245）、Y轴（243）和Z轴（242），所述Z轴（242）为竖直设置，所述线架部件由所述X轴（245）、Y轴（243）和Z轴（242）导向实现移动。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，其特征在于：所述线架部件包括上线架（231）和下线架（232），所述电极丝穿设于所述上线架（231）和所述下线架（232）之间，通过调整所述上线架（231）与下线架（232）的相对位置使所述电极丝切割部分的倾斜角度为0°-60°可调。5.根据权利要求4所述的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，其特征在于：所述线架部件还包括副Y轴（244），所述上线架（231）由所述副Y轴（244）导向实现移动，使所述电极丝切割部分的倾斜角度0°-60°可调。6.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环的加工方法，其特征在于：所述型线斜槽的种类包括洋葱形截面型线斜槽（101）、圣诞树形截面型线斜槽（102）、T形截面型线斜槽（103）。

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