枞树型轮槽加工方法研究

刘扬

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

1 枞树型叶根轮槽结构

汽轮机动叶片通过叶根与转子连接，并传递载荷，叶根截面有各种形状，如T 型、三叉型、枞树型等。叶根纵向母线有直线型和圆弧型之分，其中枞树型叶根因其工作可靠，承载能力大，装配方便，在汽轮机中压和低压级长叶片上得到了广泛的应用。

图1为典型动叶片的叶根（包括中间体）与部分轮缘的示意图，AB为母线，叶根有3 个突缘，图2 是中间体与叶片联接处的剖面图。坐标L为转轴轴线，τ为切向指向旋转反方向，n为法线，ω为旋转速度（50Hz）。母线AB 通常为直线或圆弧。

图1 枞树型叶根轮槽示意图

图2 中间体与叶片联接处的剖面图

目前国内生产的大功率汽轮机组，其叶轮轮槽广泛采用枞树型轮槽，其尺寸大、精度高，加工难度较大，我厂采用数控铣床进行轮槽加工。

2 方案分析

2.1 机床选择

为保证加工工艺性，采用数控铣床加工枞树型叶根轮槽，经实际加工测定试件圆弧半径误差在0.01～0.04mm 之内，证明数控铣床符合枞树型叶根轮槽的加工精度要求。

2.2 分度选择

分度装置使用分度头，经测试，分度头装置的分度精度为±15″，基本上满足了转子枞树型轮槽加工精度。为保证分度精度，轮槽铣床设置了监测装置，在加工过程中复查转子实际分度与计算机指示的误差。

3 刀具选择

由于枞树型轮槽刀具切削刃长、型线复杂，并且刀齿端部直径较小，通常采用整体结构以保证铣刀的可靠性。

刀具材质选用高钴高速钢，并采用先进的涂层技术以提高刀具的切削效率和使用寿命。

图3 轮槽铣刀切削余量分配图

为了保证加工的顺利进行，对切削余量进行合理分配，综合考虑各方面因素确定采用6 把刀，包括粗铣刀、半粗铣刀、精铣刀及加深铣刀，其切削量见图3。

4 端铣刀直径及转子加工余量计算

4.1 母线为直线的枞树型轮槽计算

铣削工序完成后轮缘的外轮廓为多边形棱柱的状态，如图4 所示，理论上精车后的圆柱轮廓需将多边形棱柱包围，以保证铣削工序有足够的加工余量。

名义直径d0内切于铣削轮廓线。图中dn为铣削轮廓的包络圆柱面直径，精车直径d＞dn，并使加工部分Ⅰ和Ⅱ尽量小。从图中的几何关系可以计算出包络线直径dn。

铣刀直径dx大于多边形边长t

α＝180°/n；t＝d0×tanα；dn＝d0/cosα；d＞dn；

加工余量δ＝（d-d0）/2；

图4 母线为直线的枞树型轮槽

4.2 母线为斜线的枞树型轮槽计算

与直线型不同，斜线型叶根轮槽外轮廓，中间截面为正多边形，而两侧端面铣削后外轮廓则呈锯齿状。

错牙的偏移距离b 与截面位置有关，端面达到最大值bmax，在中间截面处b＝t/2。各截面边数n 与叶根数目相同，斜线型叶根轮槽端铣刀沿铣槽中心线铣削，铣槽中心线沿θ 角斜向布置，铣削后的平台两侧边界与铣刀弧段相切，与铣槽中心线平行。图示的理论状态中dx＝tcosθ，与直线型不同，理论上dx取略大于tcosθ 即可，而不宜过大，否则将破坏错牙导致无法正确铣出斜向平台，当dx取得过大之后，侧面的轮廓就将趋向正多变形的状态，中间体将无法与斜线型叶根紧密接触。

叶根的名义直径d0仍然内切于铣削轮廓线。图中dn为铣削轮廓的包络圆柱面直径，对于斜线型轮缘来说，包络线是铣削后形成的最大错牙多边形的外接圆。

精车直径d＞dn，在满足加工误差的情况下使图中加工部分Ⅰ和Ⅱ尽量小。

从图5 中的几何关系可以计算出截面包络线直径dn的数值，公式如下：β＝arctan［2×b/d0］；dn＝d0/cosβ；

dn随着b值的增加而增大，需要找出最大 的b 值bmax。根据几何关系计算如下：

4.3 枞树型叶根轮槽计算实例

图5 母线为斜线的枞树型轮槽

以哈汽生产的华能上安改造机组低压转子为例，计算典型的枞树型轮槽几何参数。

该机组低压正反向共12 级，其中6 级正向，6 级反向，正反向对称，叶根均为枞树型叶根，其中前3 级均为直线型，第4 级和第6 级为斜线型，第5 级为圆弧型。

叶根轮缘各参数见表1、表2，其中δmin为理论半径加工余量，δmin＝（dn-d0）/2；δ为精车后的半径加工余量，δ＝（dd0）/2。

表1 前3 级叶根轮缘各参数

表2 低压第4 级叶根轮缘各参数

5 结论

数控轮槽铣床符合枞树型叶根轮槽的加工精度要求，在加工过程中通过合理的刀具选择及切削量分配，精确的加工余量计算，有效地降低了加工成本，保证了加工质量，延长了刀具使用寿命。