径向锻造叶片毛坯自动编程方法

1.本发明涉及锻造压机的技术领域，尤其涉及一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法。


背景技术：

2.随着制造技术自动化的发展趋势，汽轮机叶片毛坯的成形质量直接影响汽轮机叶片质量以及能量转换效率。国内的叶片毛坯成形技术主要依靠挤压镦头成形，成形质量具有较大的随机性，生产加工效率无法满足现在的企业需求，叶片毛坯的设计过程需耗费大量的人力与时间，增加了叶片生产周期及企业制造成本。
3.同时，叶片毛坯的锻造成形过程中，需要根据每个叶片图纸，根据其特征参数，对叶根、叶型等进行三维造型，选择设计锻造头、根据叶片毛坯尺寸设计加工路径，最后生成加工程序由锻造机床执行，整个过程需要cnc编程师耗费数个小时的时间去完善。
4.叶片由于设计要求与工况的差异，其形状和尺寸大小相差悬殊，从而用于终锻成形的叶片毛坯结构和尺寸也有所不同。在叶片毛坯径锻成形过程中，由于毛坯结构以及尺寸的差异，用于坯料击打成形的锤头结构及参数也需与毛坯相对应，同时，根据锤头和毛坯结构参数，其径向热锻成形工艺流程也会有所变化，需要按实际工况调整。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明解决的技术问题是：现有技术中工件加工程序的编程过程中编写加工程序比较复杂繁琐，消耗大量模型准备时间以及人工处理投入的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法，包括：获取叶片毛坯的类型信息记录其锻造数据和特征数据；根据所述特征数据自动生成锻造过程方案；输入所述锻造过程方案，实现叶片毛坯的自动锻造。
9.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：所述毛坯的类型信息，包括：对毛坯图样进行识别，分为已知类型和未知类型。
10.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：当所述叶片毛坯为所述未知类型时，对其进行标识并记录锻造数据。
11.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：所述叶片毛坯锻造数据，包括：叶片类型，所述叶片类型分为圆坯、扁坯以及圆扁坯；对圆扁坯来说，通常被选做制造大型叶片的预制坯料，圆扁坯的叶根部位设计为扁形，叶身处坯料的形
状以阻尼台为分隔点，阻尼台以上选用扁形，以下设计为圆柱形。其中，所述的特征数据为叶片毛坯各项几何元素的具体数据，诸如各个线、面、转角r等的尺寸、角度、半径等数据。
12.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：所述叶片毛坯特征数据，包括：将叶片毛坯的位置、形状的特征数据，以特征参数进行标识，获得特征参数表；所述特征数据通过字母进行标识，如叶根压扁圆截面积转换为圆直径定义为特征参数d1，叶身扁方坯处宽度定义为特征参数b1，叶顶搁料棒处扁方坯截面形状的高度定义为特征参数h6
……
，所有的定义的特征参数以及特征数据，集合为参数表，即d1=50mm，b1=60mm，
……
作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：基于所述特征参数表中，特征参数对应的特征数据，构造三维实体模型；作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：基于所述三维实体模型制定标准的径向锻造加工过程方案，包括：锻造锤头的选取、锻造锤头径向进给量和路径规划。
13.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：基于特征参数表，以及制定的径向锻造加工过程方案，生成数控锻造加工程序，并由数控径向锻造机床执行具体的锻造加工过程。
14.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：记录所述未知类型毛坯的锻造方案，并更新至特征参数表。
15.作为本发明所述的径向锻造叶片毛坯自动编程方法的一种优选方案，其中：当所述叶片毛坯为所述已知类型时，自动识别叶片毛坯特征数据，调用现有的锻造加工过程方案，生成数控锻造加工程序并执行。
16.本发明的有益效果：本发明针对汽轮机叶片数量多，形状大致相同，批量小的特点，利用已知类型的叶片毛坯类型信息，以及对应的标准锻造加工工序数据，通过更新叶片毛坯的特征信息，便可自动生成相应的锻造加工程序，大大减少工程师的重复性劳动，提高了人员的工作效率，减少了人工成本，并且大大减少了人为错误所导致的产品报废率，节约了叶片整体的生产成本，提高在同行业的竞争优势。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的整体流程图；图2为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的汽轮机典型圆柱台阶式毛坯结构；图3为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的径向锻造工艺对叶片坯料进行径向锻造的原理示意图；图4为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的圆角大下
压量锻打模式示意图；图5为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的径向锻造毛坯成形过程示意图；图6为本发明一个实施例提供的一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法的汽轮机叶片毛坯的工步简图。
具体实施方式
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
19.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
20.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
21.本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
22.同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例1参照图1~5，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法，包括：s1：获取叶片毛坯的类型信息记录其锻造数据和特征数据；更进一步的，毛坯的类型信息，包括：对毛坯图样进行识别，分为已知类型和未知类型。
25.更进一步的，当叶片毛坯为未知类型时，对其进行标识并记录锻造数据。
26.应说明的是，叶片毛坯锻造数据，包括：叶片类型分为圆坯、扁坯以及圆扁坯，对圆扁坯来说，通常被选做制造大型叶片的预制坯料，圆扁坯的叶根部位设计为扁形，叶身处坯料的形状以阻尼台为分隔点，阻尼台以上选用扁形，以下设计为圆柱形。其中，所述的特征
数据为叶片毛坯各项几何元素的具体数据，诸如各个线、面、转角r等的尺寸、角度、半径等数据。
27.s2：根据所述特征数据自动生成锻造过程方案；更进一步的，叶片毛坯特征数据，包括：将叶片毛坯的位置、形状的特征数据，以特征参数进行标识，获得特征参数表；所述特征数据通过字母进行标识，如叶根压扁圆截面积转换为圆直径定义为特征参数d1，叶身扁方坯处宽度定义为特征参数b1，叶顶搁料棒处扁方坯截面形状的高度定义为特征参数h6
……
，所有的定义的特征参数以及特征数据，集合为参数表，即d1=50mm，b1=60mm，
……
更进一步的，基于所述特征参数表中，特征参数对应的特征数据，构造三维实体模型；基于所述三维实体模型制定标准的径向锻造加工过程方案，包括：锻造锤头的选取、锻造锤头径向进给量和路径规划。
28.应说明的是，径向锻造加工过程方案中，锻造锤头的选取应当基于当前叶片毛坯类型下，锻造加工具体特征参数表中指定的一个或者几个特征参数，选定的锤头类型或尺寸，类型可划分为：平面、凹圆柱面、v型面、样条曲面以及万能锤头五种，所述万能锤头即是由上述的锤头型面相互结合构成的，适用于不同结构的锻件径向锻造成形，具有普适性；如对于圆柱坯料的成形，考虑尺寸精度，可选取凹圆柱面锤头，具体选取根据段锻坯的制造要求来选取，应使锤头的型面曲率半径适当大于目标工件半径尺寸等等，保证高质量的锻后叶片毛坯。
29.其中典型件中存在大圆角过渡的结构，对于大圆角结构的锻打，根据压下量的不同，可以设计两种不同的圆角锻打模式。总下压量较大：在工艺编制中，需要控制锻锤的单道次压下量范围，按照道次逐步锻打，将图4（a）中粗实线所示圆棒料锻打成虚线所示形状。图4(b)中，锻锤在圆角处锻打一圈后，坯料进行轴向进给，锻打出粗实线所示形状，之后由机械手夹持坯料回到圆角锻打位置，如图4(c)所示，锻锤沿锻件大圆角的预设轨迹，以下一道次的压下量进行锻打，锻件被进一步拔长。此后，按照图4中(d)、(e)的锻打轨迹继续对锻件进行拔长，最终锻打成形(f)所示的预设形状。总下压量较小：锻压锤头直接沿大圆角轨迹进行锻打，并在圆角结束后直接进给，完成该道次的拔长，这样具有更高的生产效率。对圆柱台阶式毛坯来说，各台阶逐段成形，变形过程主要就是各台阶的成形顺序。编制毛坯径向锻造成形工艺，实质上就是确定径向锻造机的自动控制过程，如图5所示，利用径锻机在坯料周围对称分布的锤头，对金属棒料沿径向进行高频率往复锻打，同时利用夹具带动金属棒料进行旋转运动做轴向进给运动，使棒料坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，最终达到理想的最终叶片毛坯件。径向锻造机夹头和锻锤的进给位移构成了程序自动控制的循环过程，就是确定夹头和锤头的送进动作参数。
30.s3：输入所述锻造过程方案，实现叶片毛坯的自动锻造。
31.更进一步的，基于特征参数表，以及制定的径向锻造加工过程方案，生成数控锻造加工程序，并由数控径向锻造机床执行具体的锻造加工过程。通过记录未知类型毛坯的锻造方案，更新特征参数表。
32.应说明的是，径向锻机的运动主要由锻机参数、工步结构参数、坯料参数以及锻造工艺参数决定。夹持端长度和初始距离决定着夹头在锻造开始时的位置，锤头安全距离确定锤头进给时与坯料相对位置和锻后回退距离，锻造位置、直径差（即径向进给）及成形段
长度等共同规划着坯料成形时锤头及夹头的位移，同时，夹头的旋转、锤头循环进给由角度分量和周向锻打次数决定。叶片毛坯在径向锻造击打成形时，锤头中间部位锻后区域毛坯的等效塑性应变最大，因此在锻造成形时，可以采用轴向适当小进给量多次进给径向热锻成形。根据此类参数值可以计算得到锻打时夹头的轴向和旋转位移、行走步长、附加行程及回程量以及锤头的位移，从而得到径向锻造过程方案。
33.更进一步的，当叶片毛坯为已知类型时，自动识别叶片毛坯特征数据，调用现有的锻造加工过程方案，生成数控锻造加工程序并执行。
34.应说明的是，径向锻造的主要工艺参数包括：变形程度、夹头轴向角度进给、周向锻打次数、锤头径向进给量。叶片毛坯实心轴棒料径向热锻的变形程度取30%~50%，角度进给和锻打次数在保证生产节拍的同时尽量使锻件上径向圆弧搭接面数多，锤头径向进给量应在保证锻件不会出现端部缺陷以及表面螺旋脊椎纹的前提下，采用较大的进给。
35.叶片毛坯的径锻变形工艺步骤的实质就是对径向锻机夹头和径锻锤头的运动编制逻辑，二者构成程序自动控制的循环过程，工艺的编制主要依据毛坯锻造工作循环图，通过对比数据库中包含的工艺步骤，结合工作人员的经验辅助，充分考虑一次压入量和锻机的锻打能力，尽量减少锻机空行程，最终确定夹头和锤头的每一次的进给的位移，自动完成数控锻造过程工艺方案，并记录进入辅助加工数据库。
36.实施例2参照图6，为本发明的一个实施例，提供了一种径向锻造叶片毛坯自动编程方法，为了验证本发明的有益效果，通过对比传统工艺进行科学论证。
37.如图6所示，毛坯主要有五节经受锻压成形，其中由于中间部分的叶身部分结构直径与坯料直径相差较大，结合工厂经验选用两次径向进给，第一次5-6单边进给部分进给量，第二次9-10锻打成形。根据毛坯中间圆角过渡部分选择锤头的两端结构，通过计算可知锤头长度，依据锤痕重叠部位不应小于锤头长度的1/3可计算出锻造操作机每次轴向进给量，输入夹头和锤头的初始位置、安全距离、夹持长度、旋转角度进给次数及角度分量，即可得每工步结束后夹头和锤头的位置，得到叶片毛坯径锻工艺控制参数。
38.传统的加工方式为：设计师需要根据每个叶片毛坯图纸，依据特征参数，对叶根、叶型、围带进行三维造型、选择锻造锤具、根据叶片毛坯尺寸设计锤具加工运动路径，最后生成加工程序由机床执行，整个过程会耗费cnc编程工程师将近6个小时的时间，大大降低了叶片的制造效率。采用本发明编程方法后，仅仅只需要设计师导入叶片毛坯图纸信息，本发明通过根据叶片毛坯类型信息自动调用对应的锻造加工过程方案，通过更新特征参数信息，自动生成相应的锻造加工程序，直接将工作量缩短至不到0.5小时，效率提高了数十倍；并且最大程度的避免了人为失误所导致的叶片坯料报废；同时还为叶片的自动化制造过程的实现提供了新的思路，具有极大经济效益和社会效益。
39.通过对比前后所需的工作量以及所需工作时间对比，可以明显看出本发明的优越性和实用性。
40.应说明的是，以上对本发明所提供的径向锻造叶片毛坯自动编程方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方法进行了详细的阐述，同时需要说明的是，以上实施例的说明只是为了帮助理解本发明的方法以及其核心思想，示例性的阐述了利用数控径向锻造机床锻造加工汽轮机叶片毛坯的方法，同时，对于本领域的一般
技术人员，依据本发明的思想，实现其他各类工件的加工，以及再具体实施方式以及应用范围上均会有一些改动之处，综上所述，本说明书的内容不应理解为对本发明的限制。