中国石油大学华东现代远程教育论文格式标准范本.docx

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中国石油大学华东现代远程教育论文格式标准范本

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）

题目：

xxxxxxxxxxxxxxxxx

学习中心：

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年级专业：

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

导师单位：

中国石油大学（华东）

中国石油大学（华东）远程与继续教育学院

论文完成时间：

2015年12月29日

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）任务书

发给学员

1．设计（论文）题目：

2．学生完成设计（论文）期限：

年月日至年月日

3．设计（论文）课题要求：

4．实验（上机、调研）部分要求内容：

5．文献查阅要求：

6．发出日期：

年月日

7．学员完成日期：

年月日

指导教师签名：

学生签名：

摘要

燃气轮机动叶数控原理与数控加工技术，分析气道型面加工定位原理、夹具的结构及夹紧原理、加工运动轨迹。

在气道型面多轴数控加工质量需求。

关键词：

燃气轮机，动叶片，数控加工技术，PRO.E

目录

第1章前言1

1.1课题背景1

1.2燃气轮机叶片相关发展1

1.2.1燃气轮机叶片组成及其作用2

1.2.2燃气轮机叶片与叶轮的装配3

1.2.3动叶片毛坯制造相关发展4

第2章动叶片的机械加工工艺过程6

2.1动叶片工艺特点6

2.2动叶片加工工艺过程6

2.3动叶片加工工序内容8

第3章动叶片气道型面五轴数控加工工序设计19

3.1气道加工方法分类19

3.1.1等截面直叶片加工19

3.1.2有成型规律叶片气道加工19

3.1.3自由成型叶片加工20

3.2气道型面加工工序内容20

3.3气道型面加工定位原理分析21

3.4气道型面加工夹具的结构及夹紧工作原理22

3.5气道型面加工运动轨迹分析24

3.6气道型面加工编程及加工代码分析26

3.6.1气道型面加工编程27

3.6.2气道型面数控代码及分析30

结论37

参考文献38

致谢39

第1章前言

1.1课题背景

面对经济全球化、国际燃气轮机市场激烈竞争和国外高度垄断的新形势，国家对我国民族燃机产业的发展非常重视，国家发改委和科技部已经将我国燃气轮机市场发展的思路和对策纳入“十二五”及长期发展规划中，重型燃气轮机是国家优先发展的10项重大技术装备之一。

是国家装备制造业重点发展的领域，特别是燃气-蒸汽联合循环机组和整体煤气化燃气-蒸汽联合循环机组。

预计随着中国能源需求迅猛增长以及天然气资源进入大规模开发利用阶段，燃气轮机正在形成一个“爆发性增长”的市场。

到2020年，全国燃气轮机联合循环装机容量将达到5500万千瓦，是2000年之前50年已建成同类装机容量的25倍。

保守估计，仅中石油一家，每年需要的燃气轮机价值就达到了30亿元。

到2015年，国内燃气轮机的市场容量能达到300亿元，而国际市场容量则能达到2700亿元。

叶片广泛应用于燃气轮机、压缩机和气轮机等，起能量转换的作用，被认为是燃气轮机的“心脏”。

燃气轮机中使用最多的一种零件就是叶片，一台燃气轮机有数千件叶片，叶片的质量直接关系到燃气轮机的工作效率。

叶片制造的所需时间约占燃气轮机整机的1/3，夹具量占整机的1/2左右，成本占总机的20％～25％，因此叶片在燃气轮机中的重要性是不可言语。

提高叶片的设计水平和制造水平是一项重要的基础工作。

为了保证燃气轮机的效率以及叶片在使过程用中的安全性，叶片的材料都非常特殊，一般材料中含V、Ni、N等成分，硬度在360HB以上，强度S0.02为800MPa以上，加工性较差，同时叶片气道部分（通流部分）是一个光滑的空间曲面，其精度要求高，加工难度大。

特别是大型燃气轮机末级叶片，其结构更为复杂，叶型扭转接近90°角，叶身中部有两个空间的凸台，叶根圆角部分由几个变直半径圆弧构成，以往的普通的三轴或四轴铣床都不能满足加工要求。

目前叶片的加工一般使用五轴加工中心代替传统的加工方法,先进五轴机床可以加工一般三轴数控机床所不能加工或很难一次性装夹,完成加工的连续、平滑，这使得燃气轮机叶片的数控加工形成了新的飞越,使得拥有更多的加工手段加工复杂形状的叶片,同时叶片型面加工工艺也得到了相当大的提高,工艺方法更加方便，提高了叶片加工质量和生产效率,减轻了劳动强度。

1.2燃气轮机叶片相关发展

1.2.1燃气轮机叶片组成及其作用

燃气轮机叶片按功能作用的不同可分为静叶片（如图1-1所示）和动叶片（如图1-2所示）两种。

静叶片与燃气轮机轮壳相连接处于不动状态，作导向叶片，其作用是改变气流的方向，引导蒸汽进入下一列动叶片；动叶片安装在转子叶轮上，接受喷嘴叶栅射

图1-8叶轮结构图1-9动叶片的叶根与叶轮装配

1.2.3动叶片毛坯制造相关发展

燃气轮机叶片通常采用耐热合金加工。

60年代在铸造燃气轮机叶片上成功的使用了定向结晶技术。

浇铸后，将铸模放在可控制温度梯度的冷却装置内，使熔融金属依次逐渐凝固，可以得到沿叶高为柱状结晶的叶片。

定向结晶叶片的材料通常是Ni基合金，其中加入Cr、W、Co、Al、Ti并有1.5％～2.0％的Hf及0.05％～0.1％的Zr。

美、英发展的定向凝固合金的牌号有Mar-M200+Hf、Mar-M247、PWl422等。

70年代后期铸造单晶燃气轮机叶片得到了广泛的应用。

由于这种叶片材料中没有晶界，其热安全性与蠕变强度更高，使燃气轮机前的工作温度可以提高1200℃～1350℃至目前的更高。

单晶叶片的材料也是Ni基合金，内加入Cr、W、Co、Al、Ta等元素。

使用比较多的材料牌号有美国的PWAl480、PWAl484，英国的SRR99等。

我国也已研制成功DD3单晶合金，正待推广应用。

单晶叶片使用寿命可以比柱晶叶片提高2.4～3倍，但其制造成本为柱晶叶片的1.9～2倍，铸造废品率也很高。

据报道，无任何结构偏差的单晶叶片合格率仅为11～26％。

为适应复杂的冷却内腔的设计要求，正在研究一种用两个半片焊接而成的燃气轮机工作叶片。

叶盆与叶背每一个半片先用失腊法铸出，用机械加工或电解加工的方法在内腔的一面加工出内腔的凹槽。

然后在两个半片间放入一片厚仅0.05mm的与叶片材料相同的合金薄片，将叶片两半拼合。

将拼合件在保护气氛中加温到1100～1200℃，保温并施加0.35～1.05atm的压力，使之在接触压力下熔融扩散，将两个半片以扩散焊连接成为一整体。

第2章动叶片的机械加工工艺过程

2.1动叶片工艺特点

动叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。

动叶片还以很高的速度转动。

在大型燃气轮机中，动叶片顶端的线速度已超过600ｍ/ｓ，因此动叶片还要承受很大的离心应力。

动叶片的主要特点是：

材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。

动叶片的种类繁多，但各类动叶片均主要由两个主要部分组成，即气道部分和装配面部分。

因此动叶片的加工也分为装配面的加工和气道部分的加工。

装配面部分又叫叶根部分，它使动叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证气道部分的正常工作。

因此装配部分的结构和精度需按气道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。

由于各类动叶片气道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。

有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。

叶冠和拉筋也可归为装配面部分。

气道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成动叶片应起的作用，因此气道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。

由于叶片的形式、结构、种类、大小等的差异比较大，因此加工方式、机床、工艺流程也不同。

但从总体上来说，按叶片的毛坯形式来划分可分为：

方刚叶片加工工艺、模锻叶片加工工艺，精铸叶片加工工艺。

方刚叶片加工工艺主要是针对叶片气道长度在300mm以下的各种动叶片和静叶片。

模锻叶片加工工艺要是针对叶片气道长度在300mm以上的各种动叶片和静叶片。

精铸叶片加工工艺主要是针对一些静叶片和特殊叶片（如空心叶片）的加工方法。

2.2动叶片加工工艺过程

根据以上特点现制定出一下机械加工工艺过程卡片。

表2-1到表2-3。

2.3动叶片加工工序内容

本零件的加工十分复杂，总共42道工序，具体机械加工工序内容如下。

（1）下料

该叶片毛坯来料为六面体的方钢，来料时必须按工艺上要求检查方钢尺寸的长、宽、高和直线度，并根据同一级不同的种类叶片分开装入专门的转运箱中方可投入生产车间。

本工序中，必须保证方钢尺寸，如图2-1,长208mm，宽54.5mm，高44mm。

图2-1坯料尺寸

（2）铣一平面

该平面为叶片内背平面（方钢长宽形成的平面）中的任一面，用于叶片的内背平面是重要面，为了保证其加工余量均匀，所以粗基准选择叶片内背平面中的任一面。

因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。

来料由于是方刚毛面，六个面均带有黑皮，当加工一个面后的测量也是比较粗糙的，因此通常在该工序中要求光出表面不见黑皮即可。

加工毛坯时，将要加工的一面正对主轴，并与主轴垂直，以保证工件切削的精度及平面度。

因为是粗加工，所以切削用量可以选择大一点，刀具采用直径为Φ160的可转为面铣刀。

用于毛坯为方钢，所以工件的夹紧直接可以用机床自带的平口虎钳。

加工时主轴的转速保持在250—300r/min，进给率保持在F200左右。

加工完成之后，根据工序图（如图2-2，加粗的线为本工序加工面）的要求，采用刀口直尺检验平面度，游标卡尺检验尺寸。

图2-2铣一平面工序图

在已加工面上做标记：

采用标刻机在指定位置刻上产品的名称和流水作业号，叶片一但刻有编号后，既方便对叶片的识别也方便对叶片的追述（叶片在加工过程中需要按编号对尺寸等进行记录，叶片全部加工完成后如有出入可以追查问题出现的环节）。

（3）铣一侧面

第一平面加工完成之后，以该面为精基准，加工一侧面（方钢长宽方向形成的平面）。

同样因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。

加工毛坯时，将要加工的一面正对主轴，并与主轴垂直，以保证工件切削的精度以及与第一平面的垂直度。

切削用量和刀具同前一工序铣一平面相同。

加工完成之后，根据工序图（如图2-3）的要求，采用90度角尺检验垂直度，游标卡尺检验尺寸误差。

图2-3铣一侧面工序图

（4）铣另一侧面

本工序以前一工序（铣一侧面）加工的侧面作为定位基准，以保证工序卡片要求的两侧面的平行度要求。

同样因为加工面积比较大，所以用立式铣床X52进行铣削。

切削用量和刀具参数同上工序（铣一侧面）。

加工完成之后，根据工序图（如图2-4）的要求，采用游标卡尺检验尺寸误差和平行度要求。

图2-4铣另一侧面图

（5）磨两侧面

本工序是对前两道工序加工的两侧面进行精加工。

磨两侧面的作用主要是为了提高基准面的加工精度，因为后工序的加工都要以这两个面为基准。

先将已经加工过的一个面放在永磁吸盘上（永磁吸盘固定在平面磨床工作台面上），扭动开关，使工件固定在吸盘航，启动磨床，调整好高度对另一个已加工面进行磨削操作，直至整个面都平整光滑，没有凹点。

在加工另一个面时，要先对没有精加工的一个面进行试磨，然后测量尺寸，然后再调整磨床上的旋钮，以保证切削精度。

在完成本道工序的过程中要及时清洁永磁吸盘表面，否则就不能保证工件的切削精度和平面度，而且会留有压痕。

在调整磨床高度的过程中，每次进给量不超过0.03，要不定时的用游标卡尺检测尺寸，工序尺寸要求见图2-5。

图2-5磨两侧面工序图

（6）铣另一平面

本工