一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具及其使用方法

摘要

本发明公开了一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具，包括底座、定位齿块、支架、压板和压紧螺钉、定位销，底座与成型机工作台连接，设有多个倾斜凹槽和倾斜斜面，每个倾斜凹槽和倾斜斜面倾斜角α均与叶片榫齿倾斜角一致；定位齿块设于底座倾斜凹槽前端，与底座固接，前端设有第一定位齿，与叶片背弧端榫齿配合；支架设于底座倾斜凹槽后端，与底座固接，前端开设有槽口；压板设置于定位齿块和支架上方，穿入支架槽口通过销轴与支架连接，前端设有第二定位齿，与叶片内弧端榫齿配合；压紧螺钉设置于压板后端，与压板螺接，带动压板上下移动，夹紧或松开叶片；定位销设于底座倾斜斜面，与叶片榫齿接触，限制叶片左右移动；本发明还公开了电火花工具的使用方法。

说明书

技术领域

本发明属于涡轮叶片电火花加工技术领域，涉及一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具及其使用方法。

背景技术

涡轮转子是蒸汽压缩机、曝气式鼓风机、增压器等机器的最主要的回转零件，利用热回收系统产生的蒸汽通过压缩作用推动其运转而做功。涡轮叶片是涡轮转子上把高温燃气的能量转变为转子机械功的重要零件，具体方式是：高温燃气冲击涡轮叶片，驱动涡轮转子高速旋转，燃气温度越高，做功越多，但在工作时，涡轮叶片不仅要承受高温燃气引起的腐蚀和侵蚀，还需要承受高速旋转产生的巨大离心力、气体力和振动负荷。为保证涡轮转子的工作稳定性，需要在涡轮叶片前端加工一拉筋孔，通过拉筋丝使叶片之间连接成组，增强叶片强度同时调整叶片的自振动频率，改善共振情况。

因此，涡轮叶片拉筋孔加工制造质量的保证尤为重要。但由于涡轮叶片工作环境十分恶劣，因此需要采用在高温环境下具有较高持久强度和足够的韧性，良好的抗热疲劳和机械疲劳性能，以及较高的抗高温氧化和抗热腐蚀能力的特殊合金材料，材料加工难度大，通过现场调查，详细了解了VTR304机型涡轮叶片的加工流程，了解到在现有涡轮叶片拉筋孔的加工工艺中，现有的电火花工具存在以下问题：

1、在使用该工具加工涡轮叶片拉筋孔时，一次只能装夹一枚叶片进行加工，并且需经过电火花机打预孔和线切割割成孔两步工序，加工效率低，不能满足企业实际发展需求；

2、拉筋孔在加工过程中易出现锥孔的情况，可能导致拉筋丝穿过受阻甚至无法穿过；

3、现有的电火花工具没有锁紧装置，工具在使用一段时间后由于零部件磨损，会产生涡轮叶片装夹不稳的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具及其使用方法，用于加工涡轮叶片拉筋孔，此工具可同时装夹5枚叶片进行加工，并能结合电火花成型机床使用，将原始拉筋孔加工工艺中的两步工序(电火花打预孔+线切割割成孔)缩短为一步工序(电火花一次性成型拉筋孔)，在提高加工效率的同时也解决了原始拉筋孔的加工过程中会产生锥孔的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具，放置于电火花成型机的工作台上，用于批量加工涡轮叶片的拉筋孔，包括底座，与工作台连接，所述底座顶部沿前后方向设有多个倾斜凹槽和多个倾斜斜面，每个倾斜凹槽和倾斜斜面与水平面的倾斜角度α均与涡轮叶片的榫齿倾斜角度一致，使涡轮叶片呈α角度装夹于电火花工具；定位齿块，设置于底座倾斜凹槽前端，与底座螺钉紧固连接，定位齿块的前端设有第一定位齿，与涡轮叶片背弧端的榫齿配合，对涡轮叶片的装夹位置定位；支架，设置于底座倾斜凹槽后端，与底座通过螺钉紧固连接，所述支架的前端开设有槽口；压板，设置于定位齿块和支架上方，穿入支架槽口并通过销轴与支架连接，所述压板的前端设有第二定位齿，与涡轮叶片内弧端的榫齿配合，所述压板与定位齿块配合使用，在定位齿块对涡轮叶片装夹定位后，压板的第二定位齿向下压紧涡轮叶片的榫齿，对涡轮叶片紧固定位，限制涡轮叶片上下运动；压紧螺钉，设置于压板后端，与压板螺纹连接，通过旋转压紧螺钉带动压板上下移动，压板第二定位齿进而夹紧或松开涡轮叶片；定位销，设置于底座的每个倾斜斜面上，与底座紧配合连接，所述定位销设有球型头部，与涡轮叶片榫齿的一侧型面接触，限制涡轮叶片在左右方向上的移动，提高涡轮叶片的装夹位置精度；所述电火花工具对涡轮叶片装夹定位后，安装于电火花成型机竖直方向上的电极棒正对涡轮叶片的拉筋孔加工位置。

进一步的，所述底座的倾斜凹槽和倾斜斜面各设置五个，每个倾斜凹槽均安装有定位齿块、支架、压板和压紧螺钉。

进一步的，所述定位齿块的第一定位齿设有两个，定位齿块对涡轮叶片装夹时，位于前端的第一定位齿与涡轮叶片背弧端的第四榫齿配合定位，位于后端的第一定位齿与涡轮叶片背弧端的第二榫齿配合定位。

进一步的，所述压板对涡轮叶片压紧时，压板的第二定位齿与涡轮叶片内弧端的第三榫齿配合定位，所述压板的中部设有销孔和让位槽，所述销孔用于穿设销轴，让位槽与支架前端的支耳配合安装，使压板中部卡装在支架的槽口内。

进一步的，所述压紧螺钉可根据电火花工具中零件的磨损量增减旋转圈数，自由调节对压板的夹紧力大小，实现压板对涡轮叶片的锁紧。

进一步的，所述定位齿块与底座倾斜凹槽之间、支架与底座倾斜凹槽之间均设有圆柱销，定位齿块通过圆柱销、螺钉和底座倾斜凹槽对定位齿块可靠定位，支架通过螺钉和圆柱销与底座可靠定位安装。

一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具的使用方法，包括以下步骤：

步骤1:组装前述所述的一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具，首先将定位齿块、支架放置在底座的每个倾斜凹槽内并用螺钉和圆柱销固定安装，通过圆柱销、螺钉以及卡入底座倾斜凹槽，确保定位齿块和支架在底座上安装到位，然后将压板与支架通过销轴连接，将压紧螺钉拧入压板后端的螺纹孔内,最后将定位销安装在底座的每个倾斜斜面上；

步骤2：清理电火花成型机工作台面，然后放置电火花工具，放置后需找正电火花工具的上平面与工作台平面的平行度和电火花工具侧面与工作台平面的垂直度在设计范围内，再通过工作台上的电磁铁吸住底座，将电火花工具可靠固定；

步骤3：将定位量棒装夹在电火花工具上，通过找正定位量棒，确定每个涡轮叶片上拉筋孔的待加工位置，并在数控程序中输入各孔对应的坐标值；

步骤4：取下定位量棒，在电火花工具上装夹涡轮叶片，将涡轮叶片的内弧端朝上，涡轮叶片背弧端上的第四榫齿、第二榫齿分别与定位齿块上前、后端的第一定位齿配合定位，确定涡轮叶片的装夹位置，在定位齿块对涡轮叶片定位后，旋转压紧螺钉带动压板向下运动，压板前端的第二定位齿向下压紧涡轮叶片内弧端的第三榫齿，将涡轮叶片定位夹紧，涡轮叶片榫齿一侧型面与定位销头部接触，对涡轮叶片左右方向限位；

步骤5：依次加工拉筋孔，在加工拉筋孔前，需校正电极棒垂直度≤0.01mm。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、通过本发明的电火花工具一次可以批量装夹多个涡轮叶片。

2、本发明电火花工具的应用，精简了加工工艺，由原来的电火花打预孔+线切割割成孔，缩短为电火花一次成孔。

3、缩短了加工时间，提升了加工效率。经过实验验证，加工200枚叶片，按原始的加工方式加工完成共计2189分钟，采用新型电火花工具后，精简了加工工艺，将加工时间缩短为1513分钟。提升了约30％的加工效率。

4、通过本发明的电火花工具一次性电火花加工拉筋孔至成孔，解决了原始加工方式会导致形成锥孔的问题，改善了加工质量。

5、在电火花工具上一次性装夹5片涡轮叶片进行加工，一枚叶片的加工时间约为7分钟，共计约35分钟。降低了工人更换叶片进行装夹的频率，减轻了工人的劳动强度。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是图1中A-A剖视图；

图4是底座的主视图；

图5是底座的俯视图；

图6是定位齿块的主视图；

图7是定位齿块的俯视图；

图8是压板的主视图；

图9是压板的俯视图；

图10是压紧螺钉的结构示意图；

图11是支架的主视图；

图12是支架的俯视图；

图13是支架的左视图；

图14是定位销的结构示意图；

图15a是定位量棒的主视图；

图15b是图15a的B-B剖视图；

图15c是图15b中A向旋转视图；

图16a是涡轮叶片榫齿部分的结构示意图；

图16b是涡轮叶片背弧端和内弧端部分的结构示意图。

附图标记

附图中，1为底座，2为螺钉，3为定位齿块，4为压板，5为销轴，6为挡圈，7为压紧螺钉，8为支架，9为圆柱销，10为定位销，11为涡轮叶片，12为定位量棒，

101为倾斜凹槽，102为倾斜斜面，301为第一定位齿，401为第二定位齿，402为销孔，403为让位槽，801为槽口，802为支耳，1001为球型头部，1101为涡轮叶片背弧端，1102为涡轮叶片内弧端，1103为第四榫齿，1104为第二榫齿，1105为第三榫齿,1106为榫齿一侧型面,1107为拉筋孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图1-图16b所示，一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具，放置于电火花成型机的工作台上，用于批量加工涡轮叶片11的拉筋孔1107，包括底座1、定位齿块3、支架8、压板4、压紧螺钉7和定位销10，所述底座1与工作台连接，底座1顶部沿前后方向设有多个倾斜凹槽101和多个倾斜斜面102，由于本发明中的涡轮叶片11是采用斜齿的榫齿形状，因此每个倾斜凹槽101和倾斜斜面102与水平面的倾斜角度α均与涡轮叶片11的榫齿倾斜角度一致，本发明中涡轮叶片11的榫齿的倾斜角度为17°，因此将底座1顶部设计为倾斜形状，使涡轮叶片11呈一定角度(17°)装夹于电火花工具，从而使安装于电火花成型机竖直方向上的电极棒能正对涡轮叶片的拉筋孔1107加工位置。

如图4、图5所示，本实施例中底座的倾斜凹槽101和倾斜斜面102各设置五个，每个倾斜凹槽101均安装有定位齿块3、支架8、压板4和压紧螺钉7，相邻两个倾斜凹槽101之间设置安全间距，确保涡轮叶片11顺利安装并且相互间不发生干涉。

如图1、图6、图7所示，所述定位齿块3设置于底座倾斜凹槽101前端，与底座1通过螺钉2紧固连接，定位齿块3的前端设有第一定位齿301，与涡轮叶片背弧端1101的榫齿配合，对涡轮叶片11的装夹位置定位；定位齿块的第一定位齿301设有两个，定位齿块3对涡轮叶片装夹时，涡轮叶片的内弧端1102朝上，位于前端的第一定位齿301与涡轮叶片背弧端的第四榫齿1103配合定位，位于后端的第一定位齿301与涡轮叶片背弧端的第二榫齿1104配合定位，定位齿块3与底座的倾斜凹槽101之间还设有圆柱销9，每一个定位齿块3均通过M6螺钉2与底座1连接，通过圆柱销9以及卡入底座的倾斜凹槽101的方式，确保定位齿块3在底座上安装到位。

如图1、图11-图13所示，所述支架8设置于底座倾斜凹槽101后端，与底座1通过螺钉2紧固连接，所述支架8的前端开设有槽口801，支架8与底座倾斜凹槽101之间还设有圆柱销9，支架8通过M8螺钉2和圆柱销9与底座可靠定位安装。

如图1、图8、图9所示，所述压板4设置于定位齿块3和支架8上方，穿入支架槽口801并通过销轴5和挡圈6与支架8连接，销轴5限制了压板4在轴向和径向上的移动，使其只能绕销轴5中心转动，压板4与底座1之间通过支架8相连，从而构成一个整体，所述压板4的前端设有第二定位齿401，与涡轮叶片内弧端1102的榫齿配合，所述压板4与定位齿块3配合使用，在定位齿块3对涡轮叶片11装夹定位后，压板的第二定位齿401向下压紧涡轮叶片的榫齿，对涡轮叶片紧固定位，限制涡轮叶片11上下运动；压板4对涡轮叶片11压紧时，压板的第二定位齿401与涡轮叶片内弧端的第三榫齿1105配合定位，压板4的中部设有销孔402和让位槽403，销孔402用于穿设销轴5，让位槽403与支架前端的支耳802配合安装，使压板4中部卡装在支架的槽口801内。

如图1、图10所示，所述压紧螺钉7设置于压板4后端，压紧螺钉7设有螺纹段，与压板4螺纹连接，压紧螺钉7拧进压板4后端的螺纹孔后，由于支架8和销轴5固定了压板4的位置，此时通过旋转压紧螺钉7带动压板4上下移动，压板第二定位齿401进而夹紧或松开涡轮叶片11；压紧螺钉7顺时针旋转时，压板4下移，压板的第二定位齿401夹紧涡轮叶片11，压紧螺钉7逆时针旋转时，压板4上移，压板的第二定位齿401松开涡轮叶片11；

压紧螺钉7可根据电火花工具中零件的磨损量增减旋转圈数，自由调节对压板4的夹紧力大小，实现压板4对涡轮叶片11的锁紧，解决了原始电火花工具在使用后因为零部件磨损，导致涡轮叶片装夹不稳的问题。

如图1、图14所示，所述定位销10设置于底座的每个倾斜斜面102上，与底座1紧配合连接，定位销10设有球型头部1001，与涡轮叶片榫齿的一侧型面1106接触，由于定位齿块3和压板4限制了涡轮叶片11上下方向的移动，因此设计定位销10用于限制涡轮叶片11在左右方向上的移动，提高涡轮叶片11的装夹位置精度。

本发明的一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具的使用方法，包括以下步骤：

步骤1:组装前述所述的一种批量装夹涡轮叶片的电火花工具，首先将定位齿块、支架放置在底座的每个倾斜凹槽内并用螺钉和圆柱销固定安装，通过圆柱销、螺钉以及卡入底座倾斜凹槽，确保定位齿块和支架在底座上安装到位，然后将压板与支架通过销轴连接，将压紧螺钉拧入压板后端的螺纹孔内,最后将定位销安装在底座的每个倾斜斜面上；

步骤2：清理电火花成型机工作台面，然后放置电火花工具，放置后需找正电火花工具的水平面与工作台平面的平行度和电火花工具竖直面与工作台平面的垂直度在设计范围内，再通过工作台上的电磁铁吸住底座，将电火花工具可靠固定；

步骤3：将定位量棒12装夹在电火花工具上，通过找正定位量棒12，确定每个涡轮叶片上拉筋孔1107的待加工位置，并在数控程序中输入各孔对应的坐标值；

如图15a至图15c所示，定位量棒的作用相当于一个标准块，定位量棒一端具有与涡轮叶片的榫齿形状相同的齿形，涡轮叶片加工前，先将定位量棒安装在电火花工具上，定位量棒上的孔的位置就是涡轮叶片上待加工的拉筋孔的位置。拉筋孔未加工前，找正了定位量棒上的孔位置，就可以确认涡轮叶片上拉筋孔的待加工位置，涡轮叶片加工后，通过将实际加工后的拉筋孔和定位量棒上孔位置用仪表进行检测对比，用于判断涡轮叶片拉筋孔加工是否合格。

步骤4：取下定位量棒，在电火花工具上装夹涡轮叶片，将涡轮叶片的内弧端朝上，涡轮叶片背弧端上的第四榫齿、第二榫齿分别与定位齿块上前、后端的第一定位齿配合定位，确定涡轮叶片的装夹位置，在定位齿块对涡轮叶片定位后，旋转压紧螺钉带动压板向下运动，压板前端的第二定位齿向下压紧涡轮叶片内弧端的第三榫齿，将涡轮叶片定位夹紧，涡轮叶片榫齿一侧型面与定位销头部接触，对涡轮叶片左右方向限位；

步骤5：依次加工拉筋孔，在加工拉筋孔前，需校正电极棒垂直度≤

0.01mm。

为保证拉筋孔位置度及内孔粗糙度，在电火花工具放置在成型机工作台之前，需进行步骤2清理电火花成型机工作台面并进行工具端面找正，保证叶片安装在电火花工具上后，叶片上的拉筋孔处于同一高度和同一直线上。

由于本实施例中的电火花工具一次装夹后要连续加工五枚涡轮叶片，为了保证各拉筋孔位置度均满足设计要求，在新型电火花工具找正并固定后需要进行步骤3装夹定位量棒，通过找正定位量棒的形式，确定每个涡轮叶片拉筋孔的位置。

为保证拉筋孔的加工质量，需进行步骤5操作，将电极棒垂直度校正至≤0.01mm，每次更换电极棒需重新校正垂直度。

本发明的新型电火花工具配合公司现有的AF50电火花成型机使用，加工前先确定最左边第一块叶片拉筋孔的加工位置，再依次向右加工各块叶片的拉筋孔，本发明可将原有打预控孔、割成孔两步工序整合成一步电火花工序，并且一次装夹后可连续加工五枚涡轮叶片，提高了加工效率的同时也能解决拉筋孔加工过程中出现锥孔的情况。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。