数控加工技术在汽轮机上的应用乔义明

数控加工技术在汽轮机上的应用乔义明

乔义明

(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046)

摘要：数控技术在汽轮机上发挥着越来越重要的作用。数控技术集计算机技术、自动控制和精密检测技术、网络通讯技术和信息处理技术于一体。利用其优势，将传统制造行业的整体水平提升到一个更高水平，使得我国机械制造产业在激烈的市场环境中处于领先优势。转子是汽轮机的心脏,其加工的精度决定着整个汽轮机的精度。由于转子的结构复杂、形式多样,而且尺寸精度、形状和位置精度要求很高,用普通车削加工方法加工,工作量大、周期长,对操作者的操作技能要求高,而且很难保证转子的精度和制造质量。本文对数控加工技术在汽轮机上的应用进行了分析。

关键词：数控加工技术；汽轮机；应用

1数控技术的基本概念

控制技术的基本理念即是利用传统的机械制造技术于计算机结合，以便控制设备的加工制造，它具有自动化、效率高和精密度高等优点，准确的程序编程控制是实现自动化控制的关键和核心技术，已成为机械设计制造程序的重要组成部分。数控技术原理。数控技术中的CNC系统是现代新型的数控加工技术控制系统，它主要依靠编程程序来实现不同的控制方法。这种装置的核心是一种专门的计算机系统，主要执行程序的软件操作进程，基本工作原理是：程序输入机械加工装置的各项指标，经核心装置分析处理后输出到驱动电路，实现实时控制和操作。数控技术的主要装置设备有以下几种：(1)机械设计和加工精密分析部分。机械加工的传动装备和机械元件结构成为数控机床结构的大部分，以保证数控机械制造中的高速运转和高的精密度要求。(2)传感技术的自动化和精密度控制。它在自动控制方面发挥重要作用，可以补偿精密度的缺陷，传感器在各种环境下都可以快速获得信息，是自动化控制的关键环节。

2转子数控加工工艺流程及分析

2.1转子数控加工工艺流程

粗车(转子上车找正→基准加工→转子调头找正→基准设置→转子余量检查→转子粗车)→半精车(基准面加工→抛光基准面→转子上车找正→基准设置→转子半精车)→精车(基准面加工→抛光基准面→转子上车找正→基准设置→转子精车→基准面加工→抛光基准面→转子调头找正→基准设置→剩余部分加工→轴颈加工→抛磨轴颈)。

2.2加工分析

上面列出了该转子数控加工总的工艺流程，为了能够充分提高转子精度，达到跳动要求，满足图纸各项标准等，必须多次做加工基准。现对加工过程进行具体分析。

2.2.1转子找正

转子上车，两顶尖顶紧(根据转子重量和顶尖角度合理选择)静压托架升至基准面处，两侧立柱贴附，尾座脱开一定距离(5~10mm)，然后开始找正:先找转子中心高(高低差)，再找转子外圆跳动(靠近床头外圆处)，最后找转子左右偏斜。

2.2.2转子基准加工

包括:支撑基准、找正基准及开档基准的加工。支撑基准亦即中心架托起处，它决定着整个转子的跳动和圆度，故精度要求很高。找正基准是在床头与床尾处各光出一段外圆和端面(宽度≤15mm)，方便转子的找正。开档基准即设计基准和工艺基准重合，为了转子加工过程中准确的开档和对刀。

2.2.3基准设置

每次转子调正后，运行程序加工前必须设定基准，即工件坐标系和机床坐标系重合的设定。基准设定原则上与设计基准重合，根据机床的系统(SIEMENS840D)从床头至床尾分别为G5~G57。

2.2.4余量检查

在基准设定后，要对转子进行余量检查(数控车床不需划线工序)。由于来料可能余量不均，所以在进行余量检查时需做一记录，然后根据记录借偏(与基准设置交叉进行)，最终确保整个加工过程中余量均匀。

2.2.5轮廓粗车

该工序是夹高压端托中压端，进行轮廓粗车。其中包括:叶轮外圆、叶轮端面、汽封外圆、推力盘、测量盘、法兰等。工步安排为:叶轮外圆→叶轮轮面→叶轮间汽封外圆→高压端轮廓→低压端轮廓。

2.2.6转子精车

该工序是夹高压端托中压端，进行转子精车。其中包括:叶轮外圆、叶轮端面、汽封外圆、汽封齿、推力盘、测量盘、法兰、止口、各种型线、平衡槽、燕尾槽等。工步安排为:叶轮外圆→叶轮轮面→叶轮间汽封外圆→轮槽型组粗车→轮槽型线精车→叶轮间汽封齿→高压端轮廓→低压端轮廓→各种平衡槽→基准面加工(下车研磨)→转子调头并找正→剩余部分加工→轴径加工→抛磨轴颈至RaO.4。

3数控刀具选择

目前用于转子数控加工刀具的刀夹采用了BT40刀具系统,其结构大多按转子的典型结构要素专门设计,如菌型轮槽加工刀具、叉型轮槽加工刀具、汽封齿加工刀具、平衡槽加工刀具等都是按相应的结构专门设计,刀片选用硬质合金涂镀刀片,刀片形状有三角形、棱形、R形等。数控刀具的选用取决于转子的质量要求和转子的结构要素,如在粗车外圆和叶轮轮面时,目的是去除余量,尽量选用R形刀片而不选用棱形刀片,在刀片R≤工件R前提下,刀片R越大越好,因为采用R刀可以大切深、大进给提高加工效率,且刀具磨损小、耐用度高、刀具费用低,但切削面大,容易产生振动,加工表面质量不高,还会出现让刀现象,不适合精加工。对外圆和端面精加工时,目的是保证转子的表面和尺寸精度,此时选用修光韧棱形刀片。

4刀具补偿功能

刀具补偿功能是用来补偿刀具实际安装位置(或实际刀尖圆半径)与理论编程位置(刀尖圆半径)之差的一种功能。刀具补偿功能是数控车床的一种主要功能,它分为刀具偏移补偿和刀尖圆弧半径补偿两种功能。

刀具偏移补偿刀具偏移是指车刀安装时,其实际刀尖的位置与编程位置(工件轮廓)的偏差值,这个偏差值可以通过刀具补偿值的设定,使刀具在X方向和Z方向获得相应的补偿量。

利用刀具半径补偿功能,在编程时不用计算刀尖半径中心轨迹,只要按工件轮廓编程即可,刀具半径补偿值可以通过手动输入方式,直接从控制面板上输入,数控系统便能自动地计算出刀具半径中心轨迹。在执行刀具半径补偿时刀具会自动地偏移一个刀具半径。当刀具磨损(或重磨),刀尖半径变小;刀具更换,刀尖半径变大(或小)时,只要通过更改输入的刀具半径补偿值,而不需要修改程序。当用同一把刀具进行粗、精加工时,也可以运用本功能。

5切削参数的选择

切削参数的选择与机床、刀具及工件的刚性,以及工件精度及表面粗糙度、工件的硬度及热处理状况等因数有关。合理的选择切削参数可有效地提高机械加工质量和产量。

5.1切削速度

切削速度是指单位时间内刀具从工件表面所切过的距离,通常用m/min或m/s表示。切削速度快慢直接影响切削效率,若切削速度过小,则切削时间会加长,刀具无法发挥其功能,若切削速度太快,虽然切削时间可以缩短,但是刀具容易产生高热,影响刀具的寿命。

5.2进给量

进给量S(mm/r)或进给量F(mm/min)要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料来选。最大进给量受机床刚度和进给驱动及数控系统的限制。

5.3切削深度

切削深度主要受机床和刀具刚度的制约,在刚度允许的情况下,尽可能大切深,减少走刀次数。但在精车时为保证加工质量,切深要小。

结束语

在汽轮机的运用中，数控技术得到了不断发展和应用，但与国外先进技术相比我国在数控技术的方面的核心竞争力仍处于薄弱地位，数控技术的积极创新和改革更会推动汽轮机的更高层次的发展。唯有这样，才能适应全球复杂多变的行业变化，才能降低制造成本，提高产品的市场竞争优势。

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