1引言

　　汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的動(dòng)力部分，加工質(zhì)量的好壞將直接影響到整個(gè)汽輪機(jī)的性能，而輪槽的加工又是轉(zhuǎn)子加工中最為關(guān)鍵、最為困難的環(huán)節(jié)压储。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦機(jī)組和核電機(jī)組的輪槽結(jié)構(gòu)都采用的是普通樅樹型晋辆。這種結(jié)構(gòu)的輪槽增大了葉根與輪槽的接觸面積渠脉，使載荷分布更加均勻，但其尺寸精度要求高瓶佳，加工制造困難芋膘。由于大型樅樹型輪槽是圓弧槽，有4個(gè)承力面霸饲，其受力面角度大凡矿、強(qiáng)度高、輪槽深度大置芋，橫截面幾何尺寸大紊竹，普通銑床無(wú)法加工。國(guó)外加工此類輪槽多采用專用數(shù)控輪槽銑床栋湃，而大型的數(shù)控銑床加工大型樅樹型轉(zhuǎn)子輪槽也存在精度問題壹会。經(jīng)分析試驗(yàn)后，國(guó)內(nèi)在輪槽加工工藝上铲桑，采用數(shù)控銑床分7刀加工此類輪槽及键。

　　加工末級(jí)輪槽使用的輪槽銑刀比加工1～6級(jí)輪槽時(shí)多3倍以上，每一輪槽又需7刀才能加工完成掺薪，若購(gòu)買國(guó)外成品刀具胸胚，價(jià)格非常昂貴，因此非常必要進(jìn)行大規(guī)格輪槽銑刀的設(shè)計(jì)研制啤邑。由于輪槽銑刀屬于專用刀具垫嚣，設(shè)計(jì)時(shí)除考慮刀具結(jié)構(gòu)、材質(zhì)津函、切削余量分配等因素外肖粮，還要考慮銑刀制造的工藝性。輪槽銑刀尤其是輪槽精銑刀的設(shè)計(jì)與制造非常復(fù)雜尔苦。由于輪槽的形狀和尺寸實(shí)際上是通過成形法加工獲得涩馆，因此輪槽精銑刀廓形的精度決定著輪槽廓形的精度。為了保證輪槽銑刀的使用壽命和方便重磨蕉堰，輪槽精銑刀一般采用零度前角，鏟齒結(jié)構(gòu)悲龟，其廓形是在鏟齒車床上鏟磨完齒形后最終形成屋讶。隨著鏟齒刀具刃形的變化冰寻，需要不同的鏟磨工藝，相應(yīng)的鏟磨砂輪的截形也不同皿渗。鏟磨砂輪需要用金剛石滾輪或者用帶有金剛石筆的修整器進(jìn)行修整斩芭，鏟磨砂輪修整后的截形精度直接影響著輪槽精銑刀廓形的精度，進(jìn)而決定了輪槽廓形的精度乐疆。因?yàn)殓P磨齒形所用成形砂輪的截形設(shè)計(jì)計(jì)算相當(dāng)繁瑣划乖，所以生產(chǎn)中常采用一些近似計(jì)算，但其精度往往達(dá)不到要求挤土。此外阶庆，鏟磨過程中砂輪截形還會(huì)因鏟磨工藝、斜鏟角度巧杰、砂輪直徑铺享、刀具幾何參數(shù)等的變化而發(fā)生一些變化。因此谈嚣，如何對(duì)輪槽銑刀進(jìn)行精密鏟磨潘乖，是制造合格的輪槽銑刀，保證樅樹型輪槽加工精度的關(guān)鍵所在琅沟。

　　2鏟磨工藝分析

　　近十幾年來毛龟，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于鏟齒刀具精度保持性的研究從未間斷過，提高刀具齒側(cè)面的鏟磨精度一直是機(jī)床刀具行業(yè)亟待解決的重要課題区基。究其原因胡撩，主要是在刀具設(shè)計(jì)、鏟磨工藝等方面都存在著一系列的問題和誤差京嗽。輪槽銑刀的齒形鏟磨加工分徑向鏟磨和斜向鏟磨兩部分镰对。徑向鏟磨時(shí)，鏟磨機(jī)理誤差較心选止毕；斜向鏟磨時(shí)，砂輪既有鏟背運(yùn)動(dòng)(阿基米德螺旋運(yùn)動(dòng))漠趁，又有斜向分運(yùn)動(dòng)扁凛，此時(shí)砂輪截形同時(shí)受到斜鏟角度、砂輪直徑闯传、工件幾何參數(shù)等多種因素的影響谨朝，因此鏟磨機(jī)理誤差較大。

　　樅樹型輪槽甥绿、輪槽銑刀字币、鏟磨砂輪及砂輪磙子四者之間的關(guān)系如圖2所示。目前國(guó)內(nèi)工具生產(chǎn)廠家一般采用機(jī)床局部改造結(jié)合優(yōu)化鏟床工藝參數(shù)的方法來提高輪槽鏟磨精度。鏟床的設(shè)計(jì)原理是以徑向鏟車為基礎(chǔ)的洗出，若將其用于斜向鏟磨則存在著原理誤差士复。在鏟床現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)關(guān)系下，樅樹型輪槽刀具理論齒側(cè)面具有不可鏟磨性翩活。目前采用的鏟磨方法阱洪，都沒有從鏟磨機(jī)理上根本解決鏟磨畸變問題，因而鏟磨效果并不十分理想倒恭。這些方法還在不同程度上存在著砂輪廓形計(jì)算復(fù)雜弱豹、優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)很難實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)。實(shí)際的廓形最終要由修形獲得棠岭，然而即使采用數(shù)控修形履婆，重復(fù)修形精度也很難達(dá)到0.01mm。修形誤差對(duì)刀具齒形誤差的影響很大僧逞，甚至?xí)档偷毒叩闹圃炀群褪褂脡勖陀觥＜仁股鲜鏊姓`差均被克服，鏟磨過程中仍存在砂輪安裝杏蟋、砂輪磨損等誤差驳芙，這些誤差都將產(chǎn)生鏟磨畸變問題。因此震崎，想找到一種理想的砂輪廓形掰闯，一次鏟磨出樅樹型輪槽銑刀的正確齒形非常困難。經(jīng)過多年研究汉锡，我們利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法結(jié)合傳統(tǒng)加工經(jīng)驗(yàn)的钞，綜合鏟磨機(jī)理、砂輪的修形扰肌、安裝及磨損等因素抛寝，將鏟磨砂輪的試湊原理及誤差影響分析演變?yōu)閷＜蚁到y(tǒng)的推理規(guī)則，形成了基于知識(shí)的精密鏟磨系統(tǒng)曙旭，開發(fā)出一種較為理想的樅樹型輪槽銑刀鏟磨方法盗舰。

　　3基于知識(shí)的精密鏟磨方法

　　通過以上分析，可以看出輪槽銑刀的鏟磨過程主要有以下特點(diǎn)：

　　鏟磨中用到的知識(shí)是生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)桂躏。有些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)可以通過圖表钻趋、公式等形式總結(jié)出來，供使用參考剂习，但大部分經(jīng)驗(yàn)知識(shí)無(wú)法用數(shù)學(xué)模型來表示蛮位。因此鏟磨過程是一個(gè)與領(lǐng)域知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)積累密切相關(guān)的過程。

　　鏟磨過程是數(shù)值計(jì)算鳞绕、圖形處理失仁、優(yōu)化設(shè)計(jì)等知識(shí)的綜合尸曼。方案的選擇應(yīng)兼顧設(shè)計(jì)的技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性原則。

　　輪槽銑刀的鏟磨是一個(gè)創(chuàng)造性勞動(dòng)過程萄焦。曲面不同协包，成型刀具不同，鏟磨過程則不同忠牛。因此要充分發(fā)揮創(chuàng)造力。

　　根據(jù)某企業(yè)制造輪槽銑刀多年積累的經(jīng)驗(yàn)司报，我們將知識(shí)技術(shù)引入刀具鏟磨過程克鼠，把專家知識(shí)經(jīng)識(shí)別、概念化及形式化等處理偎洋，匯集成知識(shí)庫(kù)來解決鏟磨成形問題滚尼，從而實(shí)現(xiàn)鏟磨砂輪的準(zhǔn)確修整，保證了輪槽銑刀的制造精度睁奶。圖3是基于知識(shí)的鏟磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖鉴吕。

　　鏟磨砂輪實(shí)際上是輪槽加工的二次工具。鏟磨過程可以分解為幾類任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)爵蝠，如輪槽刀具設(shè)計(jì)捌唾、鏟磨砂輪設(shè)計(jì)、鏟磨工藝設(shè)計(jì)揩墓、性能分析等吆视。每一類任務(wù)又可分解為若干子任務(wù)，如鏟磨砂輪設(shè)計(jì)可分為砂輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)酥宴、砂輪廓形設(shè)計(jì)等啦吧。每一類任務(wù)所用到的知識(shí)，既與其它部分的知識(shí)有一定程度上的關(guān)聯(lián)拙寡，又表現(xiàn)出很大的獨(dú)立性授滓。為了克服產(chǎn)生式規(guī)則表示設(shè)計(jì)知識(shí)存在的形式單一，知識(shí)的組織肆糕、管理般堆、維護(hù)都很困難的缺點(diǎn)，我們采用面向?qū)ο蟮乃枷霕?gòu)造知識(shí)庫(kù)擎宝，即按鏟磨砂輪設(shè)計(jì)的對(duì)象類層次結(jié)構(gòu)對(duì)知識(shí)進(jìn)行劃分郁妈，將知識(shí)分布地存放于各對(duì)象類知識(shí)中。這樣能夠避免相同信息的重復(fù)存儲(chǔ)绍申，節(jié)省了存儲(chǔ)空間噩咪。對(duì)象的獨(dú)立性、知識(shí)重用性以及對(duì)象類之間的分解极阅、繼承關(guān)系明確胃碾，使得知識(shí)庫(kù)能根據(jù)用戶的要求進(jìn)行擴(kuò)充與修改。

　　在系統(tǒng)中，采用C++及UGⅡ提供的二次開發(fā)工具包UG/Open API定義特征提取類样京，通過遍歷產(chǎn)品的特征生成樹涯贝，將砂輪模型與預(yù)定義的特征進(jìn)行比較，確定特征的工藝類型及尺寸品痕、方位及關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)跃呛，為系統(tǒng)提供所需的柔性幾何數(shù)據(jù)；并讀出特征所附的屬性府贰，存入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)中秦砌，作為砂輪截形設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。根據(jù)工藝特征提取出的工藝特征信息窑岖，在知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行規(guī)則匹配经聊，確定導(dǎo)向類型，最終確定砂輪截形并進(jìn)行精密鏟磨匹惊。

　　因?yàn)橐话銛?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不具有運(yùn)用啟發(fā)性知識(shí)作邏輯推理的功能守譬，為此建造了一個(gè)“砂輪截形修整專家系統(tǒng)”(WMES)，它作為一個(gè)子系統(tǒng)被調(diào)用凛忿。砂輪截形修整知識(shí)庫(kù)含有刀具材料澈灼、廓形、幾何參數(shù)店溢、鏟背量和砂輪材料蕉汪、形狀、幾何參數(shù)逞怨、安裝角度者疤、修形精度、砂輪磨損以及機(jī)床參數(shù)叠赦、鏟磨角度等性能知識(shí)驹马，對(duì)砂輪廓形性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

　　實(shí)際生產(chǎn)中除秀，我們針對(duì)不同的刀具糯累，采用若干個(gè)廓形不同的成形砂輪，配合不同的工藝參數(shù)册踩，進(jìn)行若干次的鏟磨泳姐，最終獲得輪槽精銑刀廓形并保證其精度。輪槽精銑刀的重磨囤檐，也是采用這樣的方法進(jìn)行门烧。這若干個(gè)成形砂輪的廓形，則是通過基于知識(shí)的鏟磨系統(tǒng)最終獲得膊护。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　提高刀具齒側(cè)面的鏟磨精度一直是機(jī)床刀具行業(yè)研究的重要課題鹅棺。將鏟磨過程的數(shù)值計(jì)算兜充、圖形處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)脂性、誤差分析雄睦、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)結(jié)合起來，開發(fā)出的基于知識(shí)的鏟磨系統(tǒng)汹振，為輪槽銑刀的精密鏟磨娇裁、輪槽的精密加工提供了保障，并對(duì)其它刀具的鏟磨及復(fù)雜曲面的精密加工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)沼津。

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