[發明專利]葉片雙面同步高效磨拋機床

無效

• 申請號: 200810050541.X
• 申請日: 2008-03-26
• 公開（公告）號: CN101244531A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 張雷;趙繼;王昕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B24B19/14
• 分類號: B24B19/14
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于機械制造領域。

背景技術

葉片是汽輪機、水輪機、航空發動機、航天推進系統、高速艦船推進系統的典型關鍵零件。以汽輪機為例，汽輪機中葉片數目往往多達幾千片，一方面葉片的結構設計十分復雜，影響著通流部分的氣動性能，另一方面汽輪機葉片長期工作在高溫、高壓、巨大的離心力、蒸汽力、腐蝕和振動以及水滴沖蝕的惡劣環境下，任何設計和制造中的缺陷都可能導致工作效率降低，甚至整個機組的損壞，帶來重大經濟損失。葉片型面的設計、制造水平和制造質量直接影響透平機械的性能、效率和可靠性。

近十幾年來，隨著計算機技術和現代控制理論等相關技術的迅猛發展，以多軸聯動數控加工為代表的柔性加工技術和設備日趨完善。多軸聯動數控加工技術已經成為葉片制造的主流成型方法。瑞士威力銘-馬科黛爾公司的TB系列五軸葉片加工中心、瑞士RIGID公司的NX系列五軸五聯動葉片型面加工機床、瑞士Starrag?Heckert公司的BX?151?Win-Win五軸加工中心、意大利C.B.Ferrari公司的五軸高速葉片銑床等一定程度上代表了目前世界上中、小型葉片加工技術的最高水平。隨著我國數控機床研發水平的不斷提高，近幾年來，我國機床制造企業和高等院校合作在葉片加工設備方面初步形成了自主研發能力，并為發電設備制造企業提供了我們國產的葉片加工設備。齊二機床集團有限公司與清華大學合作研制出了世界上首臺大型龍門式五軸混聯機床(XNZ2430)，該機床非常適合飛機螺旋槳、大型水輪機葉片等復雜曲面的加工。武漢重型機床集團有限公司與華中科技大學國家數控系統工程技術研究中心、鎮江船舶螺旋槳廠產學研相結合在國家“863”計劃支持下合作開發成功CKX5680數控重型七軸五聯動車銑復合加工機床，滿足了大艦螺旋槳的加工需求。東方汽輪機廠與北京機電院合作開發的XKH系列五軸聯動葉片加工中心采用X、Y、Z軸移動加A、B軸轉動的合成運動方式，通過使葉片繞A軸的連續回轉運動實現葉片雙面的順序加工，適合加工汽輪機、燃氣輪機的各類葉片及各類窄長形特殊曲面的零件(如直升機的槳葉等)。哈爾濱量具刃具集團有限責任公司與哈爾濱工業大學聯合研制七軸聯動并串聯機床，該機床主體為6-TPS型六軸并聯機床，通過在工作臺上串聯一個數控轉臺實現七軸聯動，用于加工中小型的動葉片和導葉片。北京航空航天大學突破了傳統的利用球頭銑刀加工復雜曲面的模式，采用圓環面刀具(以圓環面為有效工作表面的刀具，如圓環面銑刀、圓環面砂輪等)，以圓環面刀具與葉片表面之間的線接觸代替球頭銑刀的點接觸加工復雜曲面，并與陜西秦川機械發展股份有限公司合作研發了QMK001型五坐標葉片加工機床，實現了敞開式葉片的寬行距線接觸加工，提高了加工效率。

葉片型面的加工精度和表面質量直接影響整機的性能。目前采用多軸聯動數控機床加工葉片型面是一種主流趨勢，銑削加工后葉片表面呈現留有刀痕的扇貝面。為了保證葉片型面的表面質量，往往需要進行磨拋加工(這里的磨拋是指磨削和拋光)。目前葉片的磨拋加工還主要依賴工人的手工作業，工作環境惡劣，產生的微小顆粒危害工人的健康，同時人工磨拋效率低，磨拋時間占總加工時間的40％～50％左右，手工磨拋對工人的依賴程度較大，葉片磨拋效果往往隨工人的熟練程度不同而不同。手工磨拋加工對工人的操作技能要求較高，而熟練工人的生產技藝需要長時間的實踐摸索和積累才能形成，由于生產規模的不斷擴大，必然會面臨熟練工人短缺的問題。制造業正在逐漸由勞動密集型產業向技術密集型產業轉變，采用自動化磨拋技術，提高葉片磨拋的效率和表面質量成為迫切需要解決的問題。

國內外學者普遍采用砂帶作為磨拋工具，開展葉片復雜曲面磨拋加工自動化的研究。國外在葉片磨拋自動化方面的研究起步較早，具有代表性的是德國Metabo公司于1986年研制出的用于葉片磨拋加工的六軸數控砂帶磨床(型號MTS-600/CNC-6，MTS-800/CNC-6等)，該機床在傳統的X、Y、Z和A、B、C軸的基礎上還增加了一個壓力軸N，編程時需給N軸設定壓力的經驗值。意大利C.B.Ferrari公司近期開發了MY13型五軸高速葉片磨床，機床構型為五軸聯動葉片加工設備普遍采用的基本布局，以砂帶作為工具，通過A軸360°的連續回轉，配以X、Y、Z和B軸的合成運動實現葉片磨拋加工。