汽轮机静叶片内背弧型线模型构建

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

汽轮机静叶片装配内背弧型面的线切割至关重要，若线切割工艺技术选取不当，会给静叶片产品质量造成严重的后果，直接影响整个汽轮机叶轮的装配。文献唰 高速电火花线切割质量的影响做了大量研究；近年来，虽然中国特有的高速走丝线切割模式加工(wEDM-HS)在功能、性能、技术指标、外观、质量等方面有很大程度的提高；但是，制造产业对精度及表面质量不断提高要求，并且高速走丝线切割CAD/CAM系统单-化且已不能适应精密的制造要求131。

目前，常采用 DK77系列线切割机床对汽轮机高中压第五级静叶片进行加工。但是DK77系列机床系统不具备加工轨迹偏置功能，即自动补偿功能(直接补偿功能) ，所以汽轮机静叶片装配内背弧型线的设计尤为重要，必须有效保证其型线数学模型的正确。1991年，国际标准化组织(ISO)颁布的工业产品数据交换标准STEP中，把 NURBS作为定义工业产品几何形状的唯～数学方法[51。于是，从理论上针对汽轮机静叶片装配型线的内背虎外背弧型线特征参数，分别求得了这两条型线的控制顶点、节点矢量、权因子，分段验证其均为NURBS曲线的数学模型。故确定了汽轮机静叶片装配内背弧型线构建的准确性。

2静叶片的结构与内背弧型面加工工序汽轮机高中压第 5级静叶片结构，如图 1所示。包括了装配内背弧型面、静叶片内背弧面、静叶片的进出汽边 、铣削过渡面。

其中两个静叶片的装配，形成了喉1：3的结构，如图 1所示。

2.1装配内背弧型面加工工序线切割电极丝的相对运动轨迹，如图2所示。线切割静叶片内背弧型面-个工序的每-次线切割，电极丝的相对运动轨迹形成了静叶片的内外弧面。电极丝生成轨迹其实是由机床工作台的相对运动形成的，数控线切割机床在加工中，由于编程轨迹处理来稿日期：2012-06-11基金项目：IJ ml势技支撑计划项目(2010GZ0135)；西南科技大学研究生创新基金(12ycjj40)作者简介：毛鹏枭，(1987-)，男，四川简阳人，硕士研究生，主要研究方向：机械设计与制造，数控技术、线切割技术谌永祥，(1958-)，男，河南人，教授，硕士生导师，主要研究方向：数控技术，在线误差补偿264 毛鹏枭等：汽轮机静叶片内背弧型线模型构建 第4期不当、工艺过程处理不当等原因导致切削过量现象，称为过切”(欠量现象，称为欠切”)。所以为了保证电极丝的加工轨迹，通过对静叶片内背弧型面的型线数学模型确定，可得到哪种型线最匹配电极丝的轨迹，基于数控加工工艺、插补算法的基础上来拟合设计静叶片内背弧型线 ，这样可以有效的减小线切割电极丝轨迹误差，使之达到加工的精度。

1.进汽边 2.喉口部分 3.出汽边 4.过渡面5.汽道外弧面 6.装配背弧型面 7.装配内弧型面 8.汽道内弧图 1汽轮机高中压第五级静叶片结构示意Fig.1 The Structure of the Steam Turbine Static Blades22汽轮机静叶片内、外背弧型线通过线切割锻件工序 ，如图2所示。便可得到静叶片的毛坯。于是我们采用三坐标测量仪等工具测量静叶片毛坯得到叶片内背弧型线的数据云图，然后在 CAD软件中使用样条曲线功能，形成汽轮机静叶片内外背弧型线图(图略)∮着定义内弧型线为型线 (令：近似直线段为A ；任意曲线段为 ：)，同理定义外弧型线为型线 曰，(近似直线段为B.；任意曲线段为 )。

图 2锻件线切割-个工序Fig.2 The Forging wire Cutting Process in one Step3运用NURBS曲线的数学原理3.1 NURBS曲线数学模型表示- 条k次NURBS曲线可表示为-分殴有理多项式矢函数日：∑ . ( ) di)： - - (1)∑ . (u)/O这是 NURBS曲线的数学定义，也是有理的由来。其中， ( 0，1，2，，n， 为权或权因子，分别与控制顶点d 相联系。首末权因子W0.W，>0，其余 rIlc . 为节点矢量/t- 0，U -，M ，按德布尔-考克斯递推公式决定的k次规范日样条基函数 ：( ‰ (u) Uik 1-/Z，Ni 川 1 (2) 0 0.1' ，n由此可见，-条 NURBS曲线由3个参数定义：控制顶点，权因子和节点矢量。

3.2 NURBS曲线矩阵模型表示为了型线便于表达，引 1： .- ，记 ： - ，v3 ，-，，特另u垲vo O。 对于节点矢量 u，可生成D( ) ，V .-， 。

列干 ∈[ M ]，令： (-M。)/(H -u )(u-地)/ ，贝0t∈[0，1 o若曲线采用三次NURBS形式表示，即k3，则第 i段曲线可以写成下列矩阵形式 ：其中：㈩ 其中：： (1，t，t2，t3)N ：l1 n I2 nl3 n 14n2t n 22 n23 //'24/Z3l n 32 n33 /'34n4l rt42 /g43 P"44于是推导可得N 2 3 3 2 1- 3 o lV . Vl3V.2Vi33 2VmV 23( ，)3 2Vm m- - V3V.3)其中：Hi：((cJ di 09idil 2di2(cJ 3di3)rW， (c，。60 l(Oi2∞ 3)4静叶片内、外背弧型线模型构建型线模型重构的基本思路是：根据型线上的数据点确定对应的型值点，利用参数曲面方法反算控制顶点，再用参数反算型线的方法构造数学模型。参照 NU RBS曲线的 3个参数定义 ，计算出对应的型线特征参数(控制顶点，权因子和节点矢量)。

4.1型线数据的整合用三坐标测量仪获炔叶片试验毛坯某-截面内外背弧型线的型值点数据，由于数据点量大，对其进行有效整合，选取该截No.4Apr.2013 机 械 设计 与 制造 269