CN110026594B - 透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其步骤包括：以棕树槽端面为定位基准，以隔叶块轴向和径向转子定位面为打表找正基准，工装夹具装夹，确定加工基准0点，预警槽的粗加工和精加工，动叶片的基本尺寸的检验和测量。本发明提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，加工效率高且加工精度高。

Description

透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法

技术领域

本发明涉及膨胀机转子动叶片加工技术领域，特别涉及一种透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法。

背景技术

透平轴流膨胀机转子动叶片是整个膨胀机机组中的核心部件，其运转的稳定性对机组起到至关重要的作用，转子部件属于精密部件，其运转振幅一般小于15μm，当振幅大于额定值时会产生报警，生成连锁反应对机组停机，像这种停机的情况下，高速运转的转子动叶片会因为高速停机带来的振幅振动与定子机壳内部型面产生碰撞，从而给动叶片带来毁灭性的损坏。因此为避免叶片的损坏，在动叶片顶部斜面设计成预警槽的形式。

动叶片本体为三维扭曲型面，顶端面为8.76°斜面，在顶圆外侧设计成高度为0.2-0.5mm、宽度为1mm的预警槽，如图2所示。目前加工三维动叶片的主要工艺方法是五坐标加工中心的整体铣制，在整体铣制过程中叶片顶部需要留出夹头，并在此夹头位置加工出顶尖孔作为加工时的顶撑点、装夹基准。所以在五坐标加工中心上铣制叶片时，在同一基准的前提下无法保证按设计尺寸公差精度和强度将动叶片顶部的预警槽加工出来。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种加工效率高且加工精度高的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

以动叶片的棕树槽端面为定位基准，以动叶片的隔叶块轴向和径向转子定位面为打表找正基准，利用顶压式工装夹具将动叶片的棕树根压紧固定，同时将动叶片夹紧；

以隔叶块内侧轴向和径向平面相交处的顶点为基准点，作为数控编程起始点位置；

利用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动对动叶片顶圆平面上的预警槽进行粗加工，将外圆槽边与槽深留出0.2mm精加工余量，粗糙度达Ra1.6；

预警槽粗加工后对预警槽打表测量，保证加工误差须在±0.01mm范围之内；

利用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动对动叶片顶圆平面上的预警槽进行精加工，使高度尺寸公差在0.05mm，厚度尺寸公差在± 0.1mm，光洁度达到Ra1.6；

检验预警槽和对预警槽尺寸测量，确定加工的预警槽是否合格。

进一步地，所述粗加工采用φ6mm硬质合金高速精铣刀进行粗加工。

进一步地，所述对预警槽打表测量采用3D自动对刀仪进行打表测量。

进一步地，所述预警槽精加工是采用φ4mm硬质合金高速铣刀对预警槽进行12000r/min高速切削，切削时采用压力值高于15Bar的冷却液对铣刀高压冷却。

进一步地，所述检验预警槽采用首件检验法。

进一步地，所述首件检验法是一种对小批量生产的相同工件进行检验的方法，是先对生产出的第一件和第二件工件进行检测，如果工件合格，按加工数据继续小批量生产剩余工件，如果工件不合格，则修改加工数据再次加工。

进一步地，所述对预警槽尺寸测量是利用三坐标测量仪对预警槽X、Y、Z坐标点进行测量，测量点间距≤0.1mm。

本发明提供的一种透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，预警槽的粗加工与精加工均采用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动实现，由于龙门铣加工功率的提升，因此加工参数大幅度提高，这样缩短了加工时间，降低了操作者的劳动强度，简化了测量步骤，节约了测量的时间，保证了预警槽的加工精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中动叶片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法流程图；

图3为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中动叶片的棕树根端面基准示意图；

图4为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中动叶片的隔叶块轴向和径向基准示意图；

图5为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中动叶片装夹示意图；

图6为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中预警槽经过三坐标测量仪检验后的示意图；

图7为本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法中膨胀机转子动叶片上的预警槽在机壳内的尺寸图。

具体实施方式

参见图1，加工完成的透平轴流膨胀机转子的动叶片10本体为三维扭曲型面，动叶片10的棕树根20因形状与棕树形状类似，故按照机械领域的习惯叫法称之为棕树根，在动叶片10与棕树根20之间设有隔叶块30，隔叶块30可将透平轴流膨胀机转子的每一级动叶片10以设计好的固定尺寸和角度位置分割定位，是保证转子叶片均布和平衡的主要部件，动叶片10 的顶端面为8.76°斜面，现需要在加工好的动叶片10的顶端外侧加工高度为0.2-0.5mm、宽度为1mm的预警槽40。

参见图2，本发明实施例提供的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，包括如下步骤：

(1)以棕树根20端面为定位基准：棕树根20的端面201如图3所示，由于已经完成全部精加工工序的动叶片10的棕树根20的加工精度在 0.01mm范围内，光洁度在Ra0.8以上，所以以加工好的棕树根20端面201 为定位基准是最理想的位置。

(2)以隔叶块30的轴向和径向转子定位面为打表找正基准：隔叶块 30的轴向基准面301和径向基准面302如图4所示，隔叶块30轴向基准面301和径向基准面302的相对尺寸公差在0.01mm，粗糙度为Ra0.8，所以以隔叶块30的轴向基准面301和径向基准面302为打表找正基准，在利用百分表找正时，可以将精度控制在0.01mm范围内，能够确保避免找正误差的产生。

(3)工装夹具装夹：参见图5，利用顶压式工装夹具50对动叶片10 进行棕树根20压紧和顶撑式固定，同时将动叶片10夹紧，这样可以避免在加工过程中动叶片10出现大幅度的振动，因为精加工好的动叶片10属于薄壁件，加工时非常容易引起振动，振动会严重影响在动叶片10上加工预警槽40的加工精度和粗糙度，所以在动叶片10的两侧分别施加预紧力不仅有固定动叶片10的作用，还会有预防动叶片10振动的作用。

(4)确定加工基准0点：以隔叶块30内侧的轴向平面和径向平面相交处的顶点为基准点，并以此基准点设立为数控编程起始点位置，即加工基准0点，代码为0。

(5)预警槽40的粗加工和精加工：先采用数控龙门铣机床x轴、y 轴、Z轴三轴联动方式在动叶片10顶端平面上粗加工预警槽40，粗加工过程中，采用φ6mm硬质合金高速精铣刀具在动叶片10顶端平面上粗加工预警槽40，槽边单边和槽的深度按照设计图纸尺寸留出0.2mm的精加工余量，粗糙度达Ra1.6以上。粗加工完成后，对预警槽40采用3D自动对刀仪进行打表测量，使校正后的误差保持在±0.01mm范围之内。预警槽40校正合格后，再次采用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动的方式对动叶片10顶圆平面上的预警槽40进行精加工，精加工过程中，采用φ4mm硬质合金高速铣刀对预警槽40进行12000r/min高速切削，高速切削过程中，采用压力值高于15Bar的冷却液高压冲洗冷却，以确保高速切削时刀具能够迅速冷却和快速排除切削产生的渣粒，保证加工过程中不出现停刀和换刀情况。精加工完成后，使预警槽40的尺寸达到设计图纸要求的高度尺寸公差在0.05mm、厚度尺寸公差在±0.1mm的范围内，预警槽40的光洁度达到Ra1.6。

(6)由于预警槽40的尺寸有单独的尺寸公差要求，加工时必须满足，目的是为了控制动叶片10的叶顶与其配合的定子部件间的间隙尺寸。因为间隙尺寸过大，设计性能达不到，间隙尺寸过小，机械运转时，转子的振动额定值在未达到警戒值时叶片预警槽就与定子发生刮碰，产生预警，达不到预警目的。因此，在动叶片10上加工好预警槽40后，需要检验预警槽40和对预警槽40基本尺寸进行测量，用以确定加工的预警槽是否合格。加工好的预警槽40采用首件检验法，首件检验法是一种对小批量生产的相同工件进行检验的方法，其方法是先对生产出的第一件和第二件工件进行检测，如果第一件和第二件工件均合格，就按加工第一件和第二件工件的加工数据继续小批量生产剩余的工件，如果第一件和第二件工件不合格，则修改加工数据再次加工，直至加工得到的工件合格为止。如果检验预警槽40合格，接着对预警槽40基本尺寸进行测量，对预警槽40基本尺寸的测量是利用三坐标测量仪对预警槽40的X、Y、Z坐标点进行测量，三坐标测量仪测量的数据坐标点，可以连接绘制成条样线段，而检测出的数据坐标点越多越密集，那么所连成的条样线段的尺寸就越趋近于真实的加工尺寸，因此，在测量时要求测量点的间距≤0.1mm。然后利用测量点位置连接生成条样线段，最终汇总为实际测量尺寸图，最终汇总得到的实际测量尺寸图如图6所示。最后将最终汇总得到的实际测量尺寸图与电子版1:1 图纸尺寸进行对比，就可以得到加工得到的预警槽40的实际加工尺寸误差，从而可以进一步检验出加工的预警槽40是否合格。

动叶片10的顶端外侧加工的预警槽40检测合格后，将动叶片10安装在透平轴流膨胀机的转子上，动叶片10的预警槽40在膨胀机机壳内的相关尺寸如图7所示。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，

以动叶片的棕树根端面为定位基准，以动叶片的隔叶块轴向和径向转子定位面为打表找正基准，利用顶压式工装夹具将动叶片的棕树根压紧固定，同时将动叶片夹紧；其特征在于，包括如下步骤：

以隔叶块内侧轴向和径向平面相交处的顶点为基准点，作为数控编程起始点位置；

利用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动对动叶片顶圆平面上的预警槽进行粗加工，将外圆槽边与槽深留出0.2mm精加工余量，粗糙度达Ra1.6；

预警槽粗加工后对预警槽打表测量，保证加工误差须在±0.01mm范围之内；

利用数控龙门铣机床x轴、y轴、Z轴三轴联动对动叶片顶圆平面上的预警槽进行精加工，使高度尺寸公差在0.05mm，厚度尺寸公差在±0.1mm，光洁度达到Ra1.6；

检验预警槽和对预警槽尺寸测量，确定加工的预警槽是否合格。

2.根据权利要求1所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述粗加工采用φ6mm硬质合金高速精铣刀进行粗加工。

3.根据权利要求1所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述对预警槽打表测量采用3D自动对刀仪进行打表测量。

4.根据权利要求1所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述预警槽精加工是采用φ4mm硬质合金高速铣刀对预警槽进行12000r/min高速切削，切削时采用压力值高于15Bar的冷却液对铣刀高压冷却。

5.根据权利要求1所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述检验预警槽采用首件检验法。

6.根据权利要求5所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述首件检验法是一种对小批量生产的相同工件进行检验的方法，是先对生产出的第一件和第二件工件进行检测，如果工件合格，按加工数据继续小批量生产剩余工件，如果工件不合格，则修改加工数据再次加工。

7.根据权利要求1所述的透平轴流膨胀机转子动叶片预警槽的加工方法，其特征在于：所述对预警槽尺寸测量是利用三坐标测量仪对预警槽X、Y、Z坐标点进行测量，测量点间距≤0.1mm。

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