CN114378362A - 燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺，采用变加速工艺拉削燃气轮机转子轮盘榫槽，采用变化的拉削速度完成整个刀盒行程进给过程，从进刀到出刀方向依次为低速进给区、变速进给区、高速进给区；所述低速进给区是匀速进给区，所述变速进给区是线性高加速度进给区，所述高速进给区是线性低加速度进给区。所述变速进给区起始点满足如下关系：A＝W+n×P+P÷2(n≥1)式中：A‑变速进给区起始点在拉刀上的位置高度；W‑轮盘榫槽拉削厚度；P‑拉刀的齿距；所述变速进给区的区间长度同时满足条件：(V_高‑V_低)÷B≤20‑‑①；B≤Min(L_单段、1.5W)‑‑‑②；式中：V_高—高速区拉削平均速度；V_低—低速区拉削速度；L_单段—单段拉刀长度。

Description

燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺

技术领域

本发明涉及燃气轮机转子的制造方法，具体涉及燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺。

背景技术

燃气轮机转子一般由轮盘叠装而成，为保证单件轮盘叶根装配用榫槽制造精度，业界普遍采用拉削的工艺方法进行榫槽加工，轮盘榫槽结构如图1所示。燃机轮盘材质大由合金钢、不锈钢或高温合金制备；榫槽多为燕尾型(压气机)或圣诞树型(透平)，榫槽在轮盘外圆以倾斜直线形式圆周均匀分布。

大型轮盘榫槽拉削加工普遍采用立式拉床。拉削时，轮盘通过夹具固定于拉床摇篮内，拉削刀具自上而下进行单自由度直线进给对轮盘实施成型加工。拉刀各段成套安装于刀盒内部，各段拉刀含多个切削刃，各切削刃刃口高度随拉削方向递增，以此实现刀具的持续进给。

轮盘榫槽拉削时，存在刀具刃口更替切入的特性，导致稳定拉削过程中伴随着切削力的规律变化，迫使拉削系统极易受激产生高频共振，严重影响拉削效率及质量。

发明内容

本发明的目的，为了克服现有技术的缺点，提供一种轮盘榫槽的变加速拉削工艺方法，其技术解决方案是：

一种燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺，采用变加速工艺拉削燃气轮机转子轮盘榫槽。

所述变加速工艺采用变化的拉削速度完成整个刀盒行程进给过程，从进刀到出刀方向依次为低速进给区、变速进给区、高速进给区；所述低速进给区是匀速进给区，所述变速进给区是线性高加速度进给区，所述高速进给区是线性低加速度进给区。

所述变速进给区起始点满足如下关系：

A＝W+n×P+P÷2(n≥1)

式中：A-变速进给区起始点；

W-轮盘榫槽拉削厚度；

P-拉刀的齿距。

所述变速进给区的区间长度同时满足条件：

(V_高-V_低)÷B≤20---------①

B≤Min(L_单段、1.5W)------②

式中：V_高—高速区拉削平均速度；

V_低—低速区拉削速度；

L_单段—单段拉刀长度。

本方法的有益效果:

(1)业界首创：轮盘榫槽变加速拉削工艺方法为业界首创，具有技术开拓性。

(2)通用性强：该工艺方法可覆盖全系列拉刀，包括直齿粗拉刀、半精拉刀及精拉刀，在现有条件下仅需调整拉削数控程序即可实现，方法通用，易操作、易实现。

(3)经济性好：该工艺方法可在不改变原有刀具方案及拉床配置的前提下，完成拉削效率提升和安全性提升，降低轮盘榫槽拉削周期及成本。

(4)加工效率高：使用该工艺方法后可提升平均拉削线速度1.5～2倍，轮盘榫槽拉削周期缩短40％以上，加工效率提升效果明显。

附图说明

图1是燃机轮盘榫槽结构示意图

图2是轮盘榫槽拉削系统示意图

图3是榫槽拉刀安装示意图

图4是拉刀变速拉削分区示意图

图5是变速区间起始点及长度示意图

图6是拉削速度与拉刀各区的对应关系示意图

图1中标号:1.轮盘本体，2.轮盘榫槽；

图2中标号:1.拉刀刀盒,2.拉刀，3.燃机轮盘，4.轮盘夹具，5.拉床工作台，6.拉床摇篮；

图3中标号:1.拉刀刀盒，2.拉刀；

图4中标号:1低速区，2变速区，3高速区；

图5中标号:W轮盘榫槽拉削厚度、P拉刀齿距、B(变速进给区)区间长度、A(变速进给区)起始点。

具体实施方式

轮盘榫槽通过拉床(立式或卧式)，采用拉刀进行加工。

(2)工艺方法适用条件

适合拉削加工轮盘燕尾型或圣诞树型榫槽。

(3)轮盘榫槽加工技术要求

为保证榫槽拉削加工的可操作性和高效性，该工艺方法须满足以下要求：

·实现方法简单，操作难度低、不需额外增加辅助工具及刀具；

·方法实施便捷，拉削加工过程可靠；

·通用性好，可满足不同规格榫槽型线拉削加工；

·柔性化程度高，可通过改变工艺参数，实现多材料轮盘榫槽拉削加工覆盖；

·可显著改善拉削振动、提高榫槽加工效率及质量；

·不存在任何具有风险性的操作，不影响工人的正常工作。

下面结合附图详细说明本发明轮盘榫槽变加速拉削工艺方法：

1、变速拉削工艺方法整体流程

轮盘榫槽拉削工艺过程如图2所示，拉削系统主要由拉削刀具(图2、图3，件1、2)、轮盘(图2，件3)、轮盘夹具(图2，件4)、拉床本体(图2，件5、6)共同组成。拉削刀具(图2、图3，件1、2)：各拉刀采用分段式，按一定顺序依次安装在拉刀盒内部、首尾相接。拉刀通过刀盒内部凹槽进行配合定位，并由凹槽侧楔形螺钉紧固。拉削时刀具自上而下直线进给，完成单槽拉削后快速回位，准备下次进给。

(1)轮盘夹具(图2，件4)：借由销钉及止口，通过压环将燃机产品轮盘进行夹紧及定位，其底部与拉床工作台刚性联接。

(2)拉床本体(图2，件5、6)：拉床工作台(图2，件5)安装在拉床摇篮(图2，件6)滑枕上，带动刚性联接于其上的夹具及轮盘实现不同榫槽间的角度分度旋转。拉床摇篮(图2，件6)安装于机床基础上，通过弧形滑枕带动燃机轮盘(图2，件3)、轮盘夹具(图2，件4)及拉床工作台(图2，件5)圆周滑动，进行榫槽斜度补偿，匹配拉削刀具的竖直往复进给。

2、刀具变速拉削分区说明，参见图4

轮盘榫槽变加速拉削方法的实施，首先需要对拉削刀具进行拉削速度的分区规划(如图4所示)。不同于常规的匀速拉削，该工艺方法采用变化的拉削速度完成整个刀盒行程进给过程，从进刀到出刀方向依次为低速进给区(图4，区域1)、变速进给区(图4，区域2)、高速进给区(图4，区域3)。

(1)低速进给区(图4，区域1)。拉刀刚切入工件区域。此时切削力呈阶跃式增长，其对拉削系统激振不明显，无需考虑异常振动；另一方面，为保证刀具的有效切入，采用了较低的切削参数。

(2)变速进给区(图4，区域2)。拉削参数快速变化区域。为提升拉削效率，待刀具完成稳定拉削后，需快速提升拉削速度；该区域具有区间长度短、速率变化大的特点。

(3)高速进给区(图4，区域3)。刀具主要拉削区域。此时切削力呈矩形波分布，其对拉削系统激振明显，重点考虑如何规避异常振动；故该区域采用低加速度的加速拉削，具有区间长度长、速率变化小的特点。

3、变速进给区起始点与区间长度设定，参见图5、图6

轮盘榫槽变加速拉削方法的实施，变速点及变速区间长度的设定是关键(如图5、图6所示)，变速点及变速区间长度的确定同轮盘拉削厚度及拉刀刃口齿距相关联：

(1)起始点(图5，图6的A)。变速进给区起始点同时也是低速进给区结束点，该起始点的确认需综合考虑轮盘拉削厚度及拉到人口齿距，计算公式为：

A＝W+n×P+P÷2(n≥1)

式中：A-变速进给区起始点；

W-轮盘榫槽拉削厚度；

P-拉刀的齿距。

(2)区间长度(图5，图6的B)。拉削速度从低速区到高速区的速率变化全部在变速区完成，变速加速度为线性，变速区间长度的设定主要由轮盘拉削厚度及高、低速区拉削速度变速比决定，区间长度的设定需同时满足条件：

①(V_高-V_低)÷B≤20

②B≤Min(L_单段、1.5W)

V_高——高速区拉削平均速度

V_低——低速区拉削速度

L_单段——单段拉刀长度

4、榫槽变加速拉削方法具体实施措施：

(1)轮盘榫槽(图1、件1)拉削前，首先根据前述相关内容，完成针对拉削刀具(图2、图3，件1、2)的分区规划，并将其编写进入拉削数控程序中；

(2)试块拉削。采用轮盘同材质、厚度试块，使用变加速拉削工艺方法，针对试块进行拉削试验，记录机床振动、拉削质量、刀具发热等情况；

(3)参数调整。根据记录数据，对拉削参数进行微调，并据此优化拉削数控程序；

(4)榫槽拉削。执行优化后的拉削数控程序，直至完成整件轮盘的榫槽加工。

Claims (3)

1.一种燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺，其特征在于，采用变加速工艺拉削燃气轮机转子轮盘榫槽。

2.如权利要求1所述的燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺，其特征在于，所述变加速工艺采用变化的拉削速度完成整个刀盒行程进给过程，从进刀到出刀方向依次为低速进给区、变速进给区、高速进给区；所述低速进给区是匀速进给区，所述变速进给区是线性高加速度进给区，所述高速进给区是线性低加速度进给区。

3.如权利要求1所述的燃气轮机转子轮盘榫槽的拉削工艺，其特征在于，所述变速进给区起始点满足如下关系：

A＝W+n×P+P÷2(n≥1)

式中：A-变速进给区起始点；

W-轮盘榫槽拉削厚度；

P-拉刀的齿距；

所述变速进给区的区间长度同时满足条件：

(V_高-V_低)÷B≤20---------①

B≤Min(L_单段、1.5W)------②

式中：V_高—高速区拉削平均速度；

V_低—低速区拉削速度；

L_单段—单段拉刀长度。

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