CN115284130A - 一种转子叶片叶尖磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种转子叶片叶尖磨削方法，属于机械加工技术领域，具体包括：检查涡轮转子叶片，校准机床测量系统；涡轮转子组件安装到机床；坐标系设定；磨削前测量，测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径；砂轮修整，将砂轮设定在坐标系原点；磨削，依次按照粗磨、半精磨和精磨的顺序对涡轮转子各级叶片进行磨削；去毛刺及清洁，使涡轮转子叶片的表面粗糙度达到设计要求，并测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径。通过本申请的处理方案，提高了叶尖磨削的精度、可靠性、效率和加工质量。
Description
技术领域
本申请涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种转子叶片叶尖磨削方法。
背景技术
随着国产燃气轮机技术的迅猛发展，现阶段各组件的结构设计越来越复杂，其中燃气轮机涡轮转子的设计与装配结构复杂，转速高，对转子叶片叶尖磨削也提出了更高的要求。虽然现在整体加工工艺得到了较大的提升，但与国际先进发动机制造企业相比，其发动机的高压涡轮转子组件中叶片叶尖的磨削工艺仍存在较大差距。以前大多使用普通卧式机床通过设备改造在较低转速对各级盘叶片进行磨削的工艺方法，不但生产效率低，而且质量不稳定，无法很好的满足设计工作状态时转子叶尖与机匣间隙的要求。
发明内容
有鉴于此，为了解决燃气轮机中涡轮转子组件中叶片叶尖的磨削工艺与方法问题，本申请实施例提供一种转子叶片叶尖磨削方法，从而使叶尖磨削具有精度高、可靠性好、效率高、加工质量稳定等特点。
本申请实施例提供一种转子叶片叶尖磨削方法，包括：
步骤1、检查涡轮转子叶片，校准机床测量系统；
步骤2、将涡轮转子组件安装到机床，机床主轴跳动值不大于0.025mm；
步骤3、进行坐标系设定；
步骤4、磨削前测量，测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径；
步骤5、砂轮修整，检查砂轮表面是否有缺陷，将砂轮设定在坐标系原点；
步骤6、磨削，依次按照粗磨、半精磨和精磨的顺序对涡轮转子各级叶片进行磨削，粗磨、半精磨和精磨的砂轮线速度相同，粗磨、半精磨和精磨的磨削深度逐渐降低，粗磨、半精磨和精磨的砂轮进给量逐渐降低；
步骤7、去毛刺及清洁，使涡轮转子叶片的表面粗糙度达到设计要求，并测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述将涡轮转子组件安装到机床的步骤包括：
安装主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具并进行夹紧，轻上螺钉；
调整夹具中心，对夹具外圆进行找正，使跳动值不大于0.03mm；
吊装芯轴检棒到夹具内，并同步锁紧主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具，打表调整芯轴检棒的外圆跳动值不大于0.02mm；
移出芯轴检棒，将涡轮转子组件两端支撑放置于机床上，调整两个夹具至合适的支撑尺寸并固定两端支撑；
将涡轮转子组件吊装至机床，平稳放置于两端支撑上，并将主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具靠紧贴实至涡轮转子组件的各基准面上并夹紧，调整各基准面的跳动值不大于0.025mm。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述夹具外圆进行找正，使跳动值不大于0.03mm的步骤中，以及在所述打表调整芯轴检棒的外圆跳动值不大于0.02mm的步骤中，均使用百分表进行测量；在所述调整各基准面的跳动值不大于0.025mm的步骤中，使用千分表进行测量。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述步骤1中，所述检查涡轮转子叶片包括：检查固定螺栓的力矩和平衡记录是否齐全，检查封严安装边是否符合要求。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述步骤4中，所述测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径的步骤之前还包括：
检查涡轮转子组件与设备和工装有无碰撞；
关闭机床防护门，启动机床，机床主轴转速逐渐提升，提升至设计转速后保持五分钟；
正式测量叶尖尺寸前，在静止状态下验证测量程序是否正确，以及测试测头与转子叶片叶尖是否产生干涉，及时调整。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述机床主轴转速逐渐提升的步骤中，转速提升梯度为200r/min。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述粗磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.2mm-0.5mm，进给量为0.04mm。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述半精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.05mm-0.08mm，进给量为0.02mm。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.025mm，进给量为0.01mm。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，在去毛刺的步骤中，涡轮转子组件的转速为-100r/min，抛光轮转速为900r/min，抛光轮移动到涡轮转子叶片-1.2mm深位置处进给，进给量为0.2mm/min。
有益效果
本申请实施例中的转子叶片叶尖磨削方法，首先通过专用芯轴检棒调整主动端外夹式夹具与从动端内涨式夹具的同轴度，然后将转子组件装配到夹具内再次检查调整主轴跳动值，精度高；在转子叶尖磨削时可以高速旋转，叶尖处于工作状态磨削，保证了转子叶尖磨削尺寸的一致性，降低了叶尖与机匣间隙的控制难度，提高了发动机工作的效率和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明一实施例的转子叶片叶尖磨削方法中的装夹示意图；
图2为根据本发明一实施例的涡轮转子组件支撑示意图；
图3为根据本发明一实施例的涡轮转子组件装夹找正示意图；
图4为根据本发明一实施例的机床坐标设定示意图；
图5为根据本发明一实施例的磨削参数图；
图6为根据本发明一实施例的抛光参数图。
图中：1-机床主轴，2-主动端外夹式夹具，3-从动端内涨式夹具，4-涡轮转子组件，5-过渡板，6-顶丝，7-夹具外圆，8-固定螺栓，9-封严安装边。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种转子叶片叶尖磨削方法，目前国内的设备大多采用普通车床改制，使用普通车床的床身、主轴、尾座，在机床刀架溜板上改造增加磨头，实现转子叶尖磨削的目的。这种工艺的缺点是叶片叶尖磨削时车床主轴只能以低速旋转，叶尖处于非工作状态磨削，为应对叶尖磨削时的磨削力，采取橡胶带对成排叶片进行捆扎，最终结果导致转子叶尖磨削尺寸一致性差，叶尖与机匣间隙控制难度较大，严重影响发动机工作的效率和可靠性。
因此，本申请提出一种新的转子叶片叶尖磨削方法，该方法是以首台的国产机床高速叶尖磨削设备KBTG 900为依附，本申请的涡轮转子组件的装夹示意图参照图1，涡轮转子组件4的两端分别通过主动端外夹式夹具2和从动端内涨式夹具3夹紧，主动端外夹式夹具2和从动端内涨式夹具3分别通过过渡板5安装到机床主轴1上，主动端外夹式夹具2和从动端内涨式夹具3与过渡板之间分别设有顶丝6，通过调节顶丝6可以调节夹具的中心位置。
下面参照图1至图4对本申请的转子叶片叶尖磨削方法进行详细描述，主要包括以下步骤：
步骤1、检查涡轮转子叶片，校准机床测量系统。本步骤中，主要检查固定螺栓8的力矩及平衡记录是否齐全，检查封严安装边9是否符合要求，参照图2。
步骤2、将涡轮转子组件4安装到机床，机床主轴1跳动值不大于0.025mm。本步骤包括：
步骤2.1、安装主动端外涨式夹具2和从动端内涨式夹具3并进行夹紧，轻上螺钉；
步骤2.2、通过机床过渡板5、顶丝6调整夹具中心，利用百分表对两个夹具的夹具外圆7进行找正，使跳动值不大于0.03mm；
步骤2.3、吊装芯轴检棒到夹具内，并同步锁紧主动端外涨式夹具2和从动端内涨式夹具3，打表调整芯轴检棒的外圆跳动值不大于0.02mm；
步骤2.4、移出芯轴检棒，将涡轮转子组件4两端支撑放置于机床上，调整两个夹具至合适的支撑尺寸并固定两端支撑，支撑时可采用微型支架进行支撑；
步骤2.5、将涡轮转子组件4吊装至机床，平稳放置于两端支撑上，并将主动端外涨式夹具2和从动端内涨式夹具3靠紧贴实至涡轮转子组件4的各基准面上并夹紧，利用千分表调整各基准面的跳动值不大于0.025mm，参照图3，基准面包括A基准面和B基准面。
在本步骤中，首先通过专用芯轴检棒调整主动端外涨式夹具2和从动端内涨式夹具3的同轴度，然后将涡轮转子组件4装配到如图1所示的主动端外涨式夹具2和从动端内涨式夹具3内，再次检查调整机床主轴1跳动值，精度较高。
步骤3、进行坐标系设定，此步骤中需要拆除涡轮转子组件4的两端支撑，参照图4，设置磨削坐标系G54：X0，Y0，Z0。
步骤4、磨削前测量，测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径。包括：
步骤4.1、检查涡轮转子组件4是否装夹紧固，检查涡轮转子组件4与设备和工装有无碰撞；
步骤4.2、关闭机床防护门，启动机床，机床主轴1转速逐渐提升，提升至设计转速后保持五分钟；
步骤4.3、正式测量涡轮转子叶尖尺寸前，在静止状态下验证测量程序是否正确，以及测试测头与转子叶片叶尖是否产生干涉，及时调整。
步骤4.4、测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径，并进行记录。考虑到高速旋转的机床会通过离心力的作用将叶片与叶片安装位置的间隙消除掉，存在叶片长度的设计数据与真实加工数据存在一定的偏差，通过在线激光测头可实时监控到转子叶片上叶尖的最高点，结果准确反馈，可以准确的明确机床的进给量及剩余量，做到准确加工。
步骤5、砂轮修整，目视检查砂轮表面是否有缺陷，将砂轮设定在坐标系原点，即加工前设定砂轮在G54加工坐标系中的X0点，每次加工零件前先修整一次砂轮。
步骤6、磨削，依次按照粗磨、半精磨和精磨的顺序对涡轮转子各级叶片进行磨削，粗磨、半精磨和精磨的砂轮线速度相同，粗磨、半精磨和精磨的磨削深度逐渐降低，粗磨、半精磨和精磨的砂轮进给量逐渐降低。本步骤中，通过粗磨→测量→半精磨→测量→精磨→测量→完成，实现闭环控制。
步骤7、去毛刺及清洁，利用抛光轮进行抛光，使涡轮转子叶片的表面粗糙度达到设计要求，通过在线测量系统测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径，并进行记录。清洁时，需要清除转子零件上磨削后的污物，质量检验无问题，完成涡轮转子组件4中叶片叶尖的磨削。
在一个实施例中，在所述机床主轴1转速逐渐提升的步骤中，转速提升梯度为200r/min，例如，机床主轴1转速以300r/min的转速开始，并以梯度为200r/min的转速逐渐提升。
在一个实施例中，所述粗磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.2mm-0.5mm，进给量为0.04mm；半精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.05mm-0.08mm，进给量为0.02mm；精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.025mm，进给量为0.01mm，具体的磨削参数设置参照图5。
在一个实施例中，在去毛刺的步骤中，涡轮转子组件4的转速为-100r/min，抛光轮转速为900r/min，抛光轮移动到涡轮转子叶片-1.2mm深位置处进给，进给量为0.2mm/min，具体的抛光参数参照图6所示。
本申请的转子叶片叶尖磨削方法，叶片叶尖磨削时车床主轴可以高速旋转，叶尖处于工作状态磨削，保证了转子叶尖磨削尺寸的一致性，降低了叶尖与机匣间隙的控制难度，提高了发动机工作的效率和可靠性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，包括：
步骤1、检查涡轮转子叶片，校准机床测量系统；
步骤2、将涡轮转子组件安装到机床，机床主轴跳动值不大于0.025mm；
步骤3、进行坐标系设定；
步骤4、磨削前测量，测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径；
步骤5、砂轮修整，检查砂轮表面是否有缺陷，将砂轮设定在坐标系原点；
步骤6、磨削，依次按照粗磨、半精磨和精磨的顺序对涡轮转子各级叶片进行磨削，粗磨、半精磨和精磨的砂轮线速度相同，粗磨、半精磨和精磨的磨削深度逐渐降低，粗磨、半精磨和精磨的砂轮进给量逐渐降低；
步骤7、去毛刺及清洁，使涡轮转子叶片的表面粗糙度达到设计要求，并测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径。
2.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，所述将涡轮转子组件安装到机床的步骤包括：
安装主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具并进行夹紧，轻上螺钉；
调整夹具中心，对夹具外圆进行找正，使跳动值不大于0.03mm；
吊装芯轴检棒到夹具内，并同步锁紧主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具，打表调整芯轴检棒的外圆跳动值不大于0.02mm；
移出芯轴检棒，将涡轮转子组件两端支撑放置于机床上，调整两个夹具至合适的支撑尺寸并固定两端支撑；
将涡轮转子组件吊装至机床，平稳放置于两端支撑上，并将主动端外涨式夹具和从动端内涨式夹具靠紧贴实至涡轮转子组件的各基准面上并夹紧，调整各基准面的跳动值不大于0.025mm。
3.根据权利要求2所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，在所述夹具外圆进行找正，使跳动值不大于0.03mm的步骤中，以及在所述打表调整芯轴检棒的外圆跳动值不大于0.02mm的步骤中，均使用百分表进行测量；在所述调整各基准面的跳动值不大于0.025mm的步骤中，使用千分表进行测量。
4.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述检查涡轮转子叶片包括：检查固定螺栓的力矩和平衡记录是否齐全，检查封严安装边是否符合要求。
5.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述测量涡轮转子各级叶片在设计转速时的最大半径和最小半径的步骤之前还包括：
检查涡轮转子组件与设备和工装有无碰撞；
关闭机床防护门，启动机床，机床主轴转速逐渐提升，提升至设计转速后保持五分钟；
正式测量叶尖尺寸前，在静止状态下验证测量程序是否正确，以及测试测头与转子叶片叶尖是否产生干涉，及时调整。
6.根据权利要求5所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，在所述机床主轴转速逐渐提升的步骤中，转速提升梯度为200r/min。
7.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，所述粗磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.2mm-0.5mm，进给量为0.04mm。
8.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，所述半精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.05mm-0.08mm，进给量为0.02mm。
9.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，所述精磨的砂轮线速度为48m/s，磨削深度为0.025mm，进给量为0.01mm。
10.根据权利要求1所述的转子叶片叶尖磨削方法，其特征在于，在去毛刺的步骤中，涡轮转子组件的转速为-100r/min，抛光轮转速为900r/min，抛光轮移动到涡轮转子叶片-1.2mm深位置处进给，进给量为0.2mm/min。
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