柳叶刀加工叶片程序优化

■ 无锡透平叶片有限公司 （江苏无锡 214174） 庄绪华 张家军 褚春祥

目前公司柳叶刀（见图1）主要加工叶根、叶冠转接部位，刀具消耗量大，并且由于柳叶刀价格较高，每年柳叶刀消耗约占公司总刀具成本的20%。受目前加工成本压力，用柳叶刀加工叶片的程序进行优化迫在眉睫。

1. 试验准备

（1）试验设备及刀具 加工设备为瑞士斯达拉格五轴立式加工中心HX151，设备行程X轴1 200mm ，Y轴390mm ，Z轴300mm ，A轴360°，B轴50°，机床有效行程700mm。

加工刀具有R20、R16及R10柳叶刀（见图2）；40R6、25R6仿形铣刀（见图3）； 20R10 球头刀（见图4）。

（2）试验叶片 试验叶片为锻件毛坯，带黑色氧化皮，如图5所示，叶片长度约640mm，叶片材料为X10CrNiMoV12-2，柳叶刀主要加工部位为叶片叶根及叶冠转接部位，图中方框内的部位为柳叶刀加工位置。

2. 原加工程序

图1 柳叶刀

图2 柳叶刀

图3 仿形铣刀

图4 球头刀

（1）叶冠转接粗铣 在叶片氧化皮状态下直接采用R16 柳叶刀对叶冠转接部位进行粗铣（见图6），由于氧化皮硬度高，且铣削过程中柳叶刀同叶片的接触面加大，导致加工时机床负载加大，加工声音大，刀具寿命较短，并且加工过程中刀具发生烧刀的风险大。

图5 叶片毛坯

（2）叶冠转接半精铣及精铣 在R16 柳叶刀将叶片黑色氧化皮去掉以后，采用R10 柳叶刀进行叶冠转接的半精铣及精铣，由于此时氧化皮已被R16 柳叶刀去除，因此采用R10 柳叶刀加工时，机床负载较小，但通过图7发现，R10 柳叶刀的加工刀轨较多，因此加工时间相对较长，根据统计R10 柳叶刀的总加工时间为9.84min，平均加工一片叶片需要0.2粒刀片。

图6 粗铣叶冠转接部位

图7 粗铣到精铣过程

（3）叶根转接加工 叶根转接加工，采用R20 柳叶刀直接加工到位，如图8所示。R20 柳叶刀在叶根转接烟花皮状态下，直接进行加工，由于氧化皮硬度较高，加工时机床负载较大，加工时声音大，刀片寿命短，烧刀的风险大，实际加工过程中也经常发生烧刀现象。加工叶根转接位置，R20 柳叶刀加工时间为20.54min，平均加工一片叶片需要0.2粒刀片。

3. 优化后的加工程序

图8 加工叶根

（1）叶冠转接粗铣一 优化后的程序，采用40R6 仿形铣刀逐层进行铣削（见图9）叶片叶冠转接带黑皮氧化皮的部位。由于叶冠转接面背弧宽度较内弧宽度大，因此，首先将叶冠转接背弧面逐层切削使内背弧的宽度基本一致，然后采用40R6 仿形铣刀进行回转铣。

（2）叶冠转接粗铣二 通过前一步的叶冠转接背弧面的粗铣，使叶冠转接内、背弧面的宽度基本一致，然后使用40R6 仿形铣刀采用回转铣方式加工氧化皮状态转接部位，如图10所示，相对柳叶刀，40R6 仿形铣刀加工时，其刀片可以选用价格较低或者磨损较轻的旧刀片，成本可以进一步节省。

图9 40R6 仿形铣刀铣削

（3）叶冠转接半精铣 叶冠转接半精铣，首先，采用25R6 仿形铣刀，进一步加工叶冠转接面并去除转接位置R角的余量，如图11a所示；然后，采用R10 柳叶刀进一步去除叶冠转接R角的余量，如图11b、图11c所示，相对原程序，优化后的R10柳叶刀的加工轨迹明显减少，加工时间缩短。

（4）叶冠转接精铣 采用25R6 仿形铣刀对叶冠转接内、背弧面分别逐层进行精加工（见图12），然后，采用20R10 球头刀对叶冠转接R角进行最终的精铣（见图13），将R角加工到位。使用20R10 球头刀对叶冠转接部位进行最终的精加工，减少了R10 柳叶刀的加工时间。并且，20R10 球头刀为整体硬质合金刀具，可多次修磨，综合成本相对较低。

（5）叶根转接粗铣 如图14所示，优化后的程序，叶根转接的粗加工，首先，采用40R6仿形铣刀对叶根转接（带黑色氧化皮）进行加工，相对柳叶刀，40R6 仿形铣刀加工时，其刀片可以选用价格较低的或者磨损较轻的旧刀片，因此，成本方面可以进一步节省；然后，采用25R6仿形铣刀进一步去除转接部位及R角的余量。

（6）叶根转接精铣 叶根转接部位的精铣采用R20 柳叶刀，从图15中能够看出，相对原程序的柳叶刀加工轨迹，优化后的R20 柳叶刀的加工刀轨明显减少，由于R20柳叶刀未直接加工叶片氧化皮，因此，刀具加工时磨损较轻，刀具寿命相对原程序有所增加，刀具发生烧刀的风险大幅降低。

图10 40R6 仿形铣刀加工转接部位

图11 叶冠转接半精铣

图12 25R6 仿形铣刀精加工

图13 20R10球头刀精加工

图14 叶根转接的粗加工

4. 加工时间及刀具消耗

原程序转接位置加工时间及刀具消耗见表1，优化程序转接位置加工时间及刀具消耗见表2。

从表1、表2中能够发现，优化后的程序总共71步，加工时间为166 min，原程序总共61步，程序时间165min，优化程序时间基本同原程序一致，未明显增加。

原程序转接位置加工刀具的成本为99元，其中R20、R16 以及R10 柳叶刀的平均刀具消耗为0.2粒/片。优化程序转接位置加工刀具的成本为68.5元，其中R16柳叶刀替换不用，R10 柳叶刀消耗降低25%，新增加40R6 仿形铣刀、25R6 仿形铣刀以及20R10 球头刀三把刀具。

图15 精铣叶根转接部位

表1 原程序转接位置加工时间及刀具成本

表2 优化程序转接位置加工时间及刀具成本

通过计算，优化程序转接位置加工刀具成本相对原程序降低30%左右，叶片总的机加工刀具成本降低10%左右，叶片机加工刀具成本降低较为明显。

5. 结语

本文针对叶片加工过程中，柳叶刀消耗较高、加工成本高的问题，开展了柳叶刀加工程序优化试验，主要结论如下：

1）在优化过程中，通过采用40R6 +25R6 +柳叶刀+球头铣刀的组合方式代替柳叶刀对叶根、叶冠转接部位进行加工，在加工时间略微增加的情况下，能够较好的完成叶根及叶冠转接位置的加工。

2）优化程序转接位置的加工，柳叶刀及其他刀具成本相对原程序降低30%左右，叶片总的机加工刀具成本降低10%左右，大大节省了柳叶刀的用量。

3）此种方法已在多种叶片上应用，降低了相关产品的加工刀具成本。