【正文】 第一章緒論自改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，社會對電力的需求可謂突飛猛進(jìn)，而電力生產(chǎn)的主要工具是汽輪機(jī)，因而汽輪機(jī)的相關(guān)技術(shù)也就成為電力工業(yè)的核心技術(shù)之一。汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)的關(guān)鍵零件，它起著將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用，汽輪機(jī)性能的優(yōu)劣和效率的高低，很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。因此，對汽輪機(jī)葉片制造技術(shù)的研究具有重要的戰(zhàn)略意義和廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。本論文針對汽輪機(jī)葉片形狀、材質(zhì)特點(diǎn)以及加工精度要求，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)和砂帶高效磨削的特點(diǎn)，在對汽輪機(jī)葉片砂帶磨削工藝和磨削運(yùn)動分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了汽輪機(jī)葉片數(shù)?？厣皫ゴ驳目傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對主要機(jī)械部件利用有限元分析軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)受力分析和優(yōu)化，進(jìn)行了機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，最終完成了汽輪機(jī)葉片數(shù)控砂帶磨床樣機(jī)的研制，并進(jìn)行了相關(guān)磨削性能試驗(yàn)，對所確定的葉片砂帶磨削工藝、機(jī)床結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證和改進(jìn)。第二章汽輪機(jī)葉片砂帶磨削工藝性研究砂帶磨削是一種古老而又新興的高效磨削工藝，由于其獨(dú)特的磨削性能，近二一三十年來在國內(nèi)外己被得到廣泛應(yīng)用，特別是在難加工以及復(fù)雜型面的加工方面，其優(yōu)勢尤為明顯陽3。為了進(jìn)行葉片數(shù)控砂床設(shè)計(jì)需要，本章在對砂帶磨削特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，首先對葉片砂帶工藝進(jìn)行了的研究。砂帶磨削特點(diǎn)及其應(yīng)用陽叫卯．1砂帶磨削特點(diǎn)砂帶是一種將磨料粘結(jié)在帶狀柔性基體上的涂附磨具，而砂帶磨削一種高效、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛的磨削工藝，有“萬能磨削”之稱。與砂削相比，砂帶磨削具有如下的特點(diǎn)：1)磨削效率高 由于砂帶磨削在工件磨削區(qū)同時(shí)投入磨削的磨粒多利，故砂帶磨削的材料磨除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砂輪，它是砂輪磨削效率的倍，能與車、銑切削效率相當(dāng)。2)磨削燒傷小 由于砂帶采用靜電植砂，故磨粒之間存在空隙且磨空氣接觸時(shí)間較長，易于磨削熱的擴(kuò)散，所以磨削溫度較低，這對工面磨削燒傷現(xiàn)象大大降少。因而，砂帶磨削又被稱之為冷態(tài)磨削。3)磨削質(zhì)量好 由于砂帶具有柔軟性且磨削速度穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn)高速性加工。實(shí)踐表明，砂帶磨削的加工精度達(dá)到、表面質(zhì)量優(yōu)于砂輪磨平，故砂帶磨削又被稱之為彈性磨削。)磨削適應(yīng)性強(qiáng) 砂帶磨削鈍化了就進(jìn)行更換，其磨削過程中不象削需要修整，所以砂帶磨床結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、操作輔助時(shí)間少。于砂帶柔曲性好，適用于各種材料、各種不同形狀零件以及異形復(fù)雜的磨削加工。5)磨削加工成本低 砂帶磨削設(shè)備以及砂帶自身的制造成本均較低，砂帶磨削加工成本也較低。2．1．2 砂帶磨削應(yīng)用在過去的二、三年內(nèi)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對制造業(yè)產(chǎn)品的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及勞動環(huán)境提出了越來越高的要求。由于砂帶磨削具有自身卓越的特點(diǎn)，導(dǎo)致砂帶磨削得到越來越廣泛的應(yīng)用，它不僅用于粗磨．、精磨、拋光等常規(guī)的磨削加工，還被用于去毛刺、無心磨、成形磨等等一些特殊的磨削加工工藝。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中，砂帶磨削技術(shù)已被當(dāng)作與砂輪磨削具有同等重要的一種不可缺少的加工工藝方法。隨著砂帶制造技術(shù)水平的提高以及新的高強(qiáng)度磨料的出現(xiàn)，砂帶磨削效率、磨削精度和使用壽命都得到了顯著的提高，而隨著數(shù)控技術(shù)的迅猛發(fā)展與應(yīng)用，又使這種多刀多刃連續(xù)切削的砂帶磨削技術(shù)如虎添翼，目前砂帶磨床的應(yīng)用范圍不僅遍及各行各業(yè)，而且可以對幾乎所有材料進(jìn)行磨削加工，包括難加工材料和復(fù)雜型面的加工，從而使砂帶磨削進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。 ．在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，砂帶磨削的應(yīng)用已十分普遍，各種高精度、高效率和高自動化程度的砂帶磨床被廣泛應(yīng)用于航天、航空、艦船、汽車、冶金、化工及能源設(shè)備等行業(yè)，并成為國際上名牌機(jī)床公司競爭的一個(gè)領(lǐng)域。目前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的砂帶磨床擁有量己逐步接近砂輪磨床數(shù)量，如美國、日本、德國、俄羅斯等國家早已采用先進(jìn)的數(shù)控砂帶磨削技術(shù)進(jìn)行磨削加工，大大地提高了磨削加工質(zhì)量和效率。目前，國內(nèi)外都非常重視砂帶磨削的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究，并出現(xiàn)了一些新的發(fā)展方向，如電解復(fù)合砂帶磨削、機(jī)器人砂帶磨削、超聲砂帶磨削以及電鍍金剛石金屬帶砂帶磨削等，使砂帶磨削技術(shù)繼續(xù)不斷地向新的方向發(fā)展，充分顯示了砂帶磨削在未來制造業(yè)中的強(qiáng)大生命力。2．2 汽輪機(jī)葉片砂帶磨削工藝分析與設(shè)計(jì)葉片是汽輪機(jī)上數(shù)量最多的零件，一臺汽輪機(jī)葉片的數(shù)量可達(dá)3000片左右，其制造工作量占整臺汽輪機(jī)制造工作量的25—40％。由于葉片型面多是復(fù)雜的空間自由曲面，所以葉片一直是汽輪機(jī)中最難加工的零件之一，葉片型面的加工質(zhì)量直接影響汽輪機(jī)整機(jī)的工作性能。葉片的傳統(tǒng)加工多用銑削加手工拋磨來完成，其中有近40％加工工作量是由熟練操作工在拋光機(jī)上用手工完成。在葉片手工拋磨過程中每拋磨一次都要經(jīng)過一次樣板透光檢查，對工人的技術(shù)要求較高，勞動強(qiáng)度較大。因此，改進(jìn)葉片加工工藝，運(yùn)用數(shù)控加工原理，研制葉片數(shù)控砂帶磨床，實(shí)現(xiàn)葉片型面磨削自動化，以提高葉片加工精度及加工效率，降低葉片生產(chǎn)成本，已成為葉片加工裝備制造業(yè)的努力方向。要實(shí)現(xiàn)對葉片進(jìn)行數(shù)控砂帶磨削，首先必須對葉片砂帶磨削工藝進(jìn)行分析，包括磨削方式、砂帶與工件的接觸形式、磨削工藝參數(shù)、砂帶及磨料的選用等。2．2．1砂帶磨削方式的選擇陽叫如圖2—1所示，砂帶磨削通常有開式砂帶磨削和閉式砂帶磨削兩種不同磨削方法。1)開式磨削(圖2一l a) 將砂帶兩端分別纏繞在兩個(gè)驅(qū)動輪上，兩驅(qū)動輪交替驅(qū)動砂帶作雙向往復(fù)緩慢的磨削運(yùn)動。砂帶通過接觸輪并以一定壓力與工件被加工面接觸，工件作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動，磨頭或工作臺作縱向及橫向進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)對工件的磨削。由于砂帶在磨削過程中作連續(xù)緩慢的移動，切削區(qū)域不斷出現(xiàn)新砂粒，所以磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定，磨削一致性好，但磨削效率不如閉式砂帶磨削，多用于精密或超精密磨削加工。2)閉式磨削(圖2一lb) 采用有接頭或無接頭的環(huán)形砂帶，通過張緊輪張緊，由主動輪高速旋轉(zhuǎn)帶動砂帶作單向的磨削運(yùn)動，同時(shí)工件回轉(zhuǎn)，磨頭或工作臺作縱向及橫向進(jìn)給運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)對工件的磨削。閉式砂帶磨削效率較高，但是噪聲大、易發(fā)熱，可用于粗加工、半精加工和精加工，其磨削精度不如開式磨削?？紤]葉片的結(jié)構(gòu)形狀，在磨削過程中無法作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，只有靠高的砂帶運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)葉片的磨削?！裕疚牟捎瞄]式砂帶磨削方式來對片進(jìn)行加工。．2．2砂帶與工件接觸方式的確定凹。1168。按砂帶與工件接觸方式來分，砂帶磨削也可分為接觸輪式、壓磨板輪)式和自由式幾種類型。1)接觸輪式砂帶磨削 如圖2—2所示，磨削過程中通過一接觸輪使件與砂帶接觸，產(chǎn)生磨削壓力。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較廣，適用于面、外圓、圓孔以及成形面的加工。2)壓磨板(輪)式砂帶磨削 如圖2—3所示，磨削過程是通過支承板(輪)來對工件起著加壓作用。這種磨削接觸方式一般多用于平面、內(nèi)孔或外圓加工。3)自由式砂帶磨削 如圖2—4所示，這種方式不用接觸輪或壓磨板(輪)，工件直接與柔性的砂帶接觸，多用于各種內(nèi)外成形表面的磨削加工。由于被加工葉片型面是扭曲的空間自由曲面，磨削時(shí)須通過一定大小接觸輪將砂帶壓向葉片表面，形成磨削壓力，以完成葉片型面的磨削。此，本文選擇了接觸輪式砂帶磨削方式來對葉片進(jìn)行磨削。為了不產(chǎn)生磨削干涉，接觸輪半徑的選擇應(yīng)小于或等于葉片型面的最曲率半徑。但接觸輪半徑也不能太小，否則會降低砂帶的使用壽命。．2。3葉片砂帶磨削走刀方式分析n168。如圖2—5所示，葉片砂帶磨削可采用縱向行距法和橫向行距法兩種同的走刀方法。1)縱向行距法 這種走刀方式是使砂帶沿著葉片軸線方向走刀，近于直線加工，磨削效率較高，但型面加工質(zhì)量較差，一般用于直葉片或扭曲葉片的粗加工。2)橫向行距法 該走刀方式是砂帶沿垂直于葉片軸線的橫向截面型線走刀，砂帶每沿葉片截面型線磨削一周，沿軸線方向移動一個(gè)行距再磨削下一條橫向截面線。這種磨削走刀方式效率相對較低，但可得到較好的表面粗糙度，常用于葉片的半精磨或精磨。2．2．4砂帶磨削工藝參數(shù)分析np2列砂帶磨削用量選擇合理與否，直接影響到工件的磨削精度和磨削效率。因而，須根據(jù)被磨削工件的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形狀要求，選擇合理的磨削工藝參數(shù)，以達(dá)到理想的磨削效果。此外，汽輪機(jī)葉片砂帶磨削的工藝參數(shù)確定也為砂帶磨床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。1)砂帶線速度 砂帶磨削的線速度越高，其磨削效率越高。在選擇磨削砂帶線速度時(shí)，應(yīng)盡可能選擇較高的砂帶線速度。但需綜合考慮被磨削工件材料、磨削工藝要求以及砂帶所能承受的負(fù)荷等因素。磨削韌性材料或難加工材料時(shí)，砂帶線速度應(yīng)比磨削普通材料的線速度要小一些。粗磨時(shí)磨削負(fù)荷較大，砂帶的線速度要低一些；而精磨時(shí)，可選擇較高的線速度。通常，粗磨時(shí)砂帶線速度一般為12～20m／s；而精磨時(shí)為25～30m／s‘1㈣引。2)工件速度 工件速度的增加可提高磨削量、減少表面燒傷，但會增6m／mi n范圍內(nèi)，而精磨時(shí)可選擇小一點(diǎn)168。168?！?。3)磨削深度 磨削深度增大會提高砂帶磨削的效率，但會降低磨削精度和砂帶壽命。通常，粗磨時(shí)磨削深度一般控制在0．05～O．1 Omm范圍內(nèi)；精磨時(shí)為0．01～0．05mm168。璣∞3。4)接觸壓力 接觸壓力直接影響磨削效率和砂帶壽命，可根據(jù)工件材料、所用砂帶、磨削余量和表面粗