水輪機轉輪葉片數（shù）控加工工（gōng）藝（yì）的關鍵環節
2013-5-12 來源： 作者：
水輪機轉輪葉片是水（shuǐ）輪機關鍵部（bù）件，其製造（zào）精度對機組的效率等水力性能有直接（jiē）的影響，型麵加工精度高，使水（shuǐ）輪機出力效率提高（gāo）一個百分點，都將帶來長遠和巨大的效益。由於葉片型（xíng）麵的數控加工對水輪機製造（zào）質量的優越性，已成（chéng）為對機組訂貨的關鍵技術要求。數控加（jiā）工的水輪（lún）機（jī）葉（yè）片，能夠有效地保證葉片型麵的加工精度及光順（shùn）性（xìng），從而提高水輪機的穩定性（xìng）、效率及空化性。采用數控加工或模壓結合數控加工的方法是目前國際（jì）上解決水輪機葉片（piàn）加工製造最（zuì）有效、最先進的方法（fǎ），它是水輪機製造業的（de）發展方向。
1、葉（yè）片的測量
1.1測量的（de）目的
對葉片型麵進行準確測（cè）量（liàng），是水（shuǐ）輪機葉片數（shù）控加工中必不可（kě）少的重要環節。在加工前，必須了解葉片毛坯加工餘量的分布情況，以便確定最合（hé）理的編程加工位置。所以，在加工前對葉片（piàn）型麵進行測量的（de）目的主（zhǔ）要有兩個（gè）。一是將對葉片毛坯（pī）測量的數據送到計算機中，和葉片的理論造（zào）型進行比較、調整，把理論造型和毛坯（pī）型麵調整到一個加（jiā）工餘量分布最合理的相對位（wèi）置。二是在（zài）測量後的毛坯上，標定三個找正（zhèng）點，以便在葉片上機床裝卡找正時，以這三點為基（jī）準，進行三（sān）點找（zhǎo）正，把編程用的（de）葉（yè）片理（lǐ）論造型調整到和毛坯實際加工位置完全符合於測量時調好的最合理的相（xiàng）對位置（zhì）上進行編程加工。在加工過程中（zhōng），也須用機床所配備的測量係統，對（duì）葉片加工的中間結果進（jìn）行測量（liàng），以（yǐ）檢查加工的效果及所剩餘量，是否和編程時預期的效（xiào）果一致。同（tóng）時，也可檢查加工中葉片的變形情（qíng）況及葉（yè）片是否發生意外的移動，以便及時進行（háng）調整。在加工（gōng）完成（chéng）後，也必須用相應的測（cè）量裝置對葉片的加工結果進行測量檢查，以（yǐ）便（biàn）獲（huò）取加工（gōng）的最終結果數據，確定（dìng）其是否符合設計（jì）要求，並為（wéi）下序轉輪的裝焊提供實際的數據依據。
1.2測量的原理及方法
水輪機（jī）葉片的主要工作（zuò）麵是複雜的三維雕塑曲麵，對這（zhè）種曲（qǔ）麵測量的主要（yào）目的是要獲取曲麵上測點的實際位置到理論曲麵的法向距（jù）離。要完成這種測量，一般的（de）測量儀器（qì）是無法承擔的。目前，國內外通常采用兩種方法進行，一種是（shì）直接（jiē）測量法（fǎ），另一種是間接測量法。
2、機（jī）床選擇
國內外比較（jiào）先進的水輪（lún）機葉（yè）片數控加工的機床多（duō）為（wéi）五軸（zhóu）聯（lián）動數控銑床。比（bǐ）如德國（guó）的數控龍門銑床（chuáng）主機功率LOOKW，工作台尺寸4.5X13M，配置（zhì）了目前世界功率（lǜ）最大的數（shù）控萬能銑頭（tóu），數控係統（tǒng）采用SIEMENS840C，該（gāi）機床具有X、Y、Z、W、U五坐標數控和A、C二旋轉軸數控銑頭。
3、葉片的裝卡找正
水輪機葉片（piàn）是不（bú）規則的（de），特別是混流式葉片是沒有（yǒu）任何基準的自（zì）由曲麵，裝卡找正（zhèng）更為困難。建議（yì）用數控機床銑軸測量裝在胎具上的葉（yè）片3個定位基準點的（de）坐標值，並在胎具上設定參照點進行找正。解決好葉片的裝卡找正問（wèn）題是保證葉片的加工（gōng）位置和編程位置相吻合的一項重要工作（zuò）。德國VOITH公司對軸流式葉片采用軸外徑和法蘭定位、立式裝夾（jiá）方式，混流式葉片采用可調（diào）轉向頭千斤頂定位、真空（kōng）吸盤（pán）夾緊方式。真空吸盤夾緊需對吸附部位磨光預處理，其係統部件占據麵積大。我們提出采（cǎi）用正、背麵（miàn）胎具定位、焊塊搭焊和螺釘把合的夾緊方式，具有經濟、高效、操作簡（jiǎn）便的（de）特點，據悉挪威GE公司等也采用此（cǐ）方式。裝夾定位方式對確定工件參考點、實施找正，對解決葉（yè）片正、背型麵的錯位這一技術難點效果良（liáng）好。
3.1葉片胎卡具的設計原則
鑒於水輪機葉片的形狀特點，葉片胎卡具的設計必須遵循下幾條（tiáo）原則：（1）由於葉片的重量大，所以胎卡（kǎ）具必需有足夠的強度。（2）胎卡具的支承位置必需保證葉片重心擺（bǎi）放穩定，葉片曲麵（miàn）的各個被（bèi）加工部位必須在機床的有效行（háng）程之內。（3）必須（xū）有足夠的（de）支承點以確保加工時葉片不發生大的變形。把合位置牢靠。並且在把（bǎ）合時不易引起葉片（piàn）的變形。把合位置要避免在加工時和刀具及銑頭發生幹涉。（4）采取減振措施盡量減少加工中的振動。（5）裝卡靈活方（fāng）便。
3.2葉片找正的原理及方法
到目前為止世界上所有加工水輪（lún）機葉片的廠家均采用胎具找正的方法。即把葉片放到胎具的固（gù）定位置，胎具放到機床的固定位（wèi）置。這（zhè）種方法的好處是一套程序加工一台機組的葉片。但由於混流式水輪機（jī）葉片（piàn）形狀的（de）特殊性，這（zhè）種方法找正非常困（kùn）難（nán），必須占用大（dà）量的機床時間，同時及易造成葉片翻麵加（jiā）工時的正、背麵（miàn）錯位。而且作為找正基準的胎具造價極高。由於這種找正方法的第一麵（miàn）的找（zhǎo）正隻是一個粗找正，為保證整個葉片都能被加工到（dào）。要求毛（máo）坯（pī）餘量相對大很多，這就（jiù）造成葉片加工成本太高。我公司也曾經用這種方法進行裝夾找（zhǎo）正，結果造成（chéng）正、背麵錯位（wèi），從（cóng）而使（shǐ）加工（gōng）半途（tú）而廢。采用計算機自動三點找（zhǎo）正法來解（jiě）決上述找正問題。
4、加工刀具的選擇
水輪機葉（yè）片通常都采用（yòng）不鏽鋼材料製造，加工比較困難，為了保證加工的效率和質量必須選擇適合的刀具進行加工。從刀具的（de）類型上，應選擇硬質合金機卡刀。這（zhè）種刀具耐磨、抗衝擊（jī）性能好（hǎo）。尺寸準確，刀片可以更換，比（bǐ）較適（shì）合水（shuǐ）輪機葉片的加工。刀具形狀的選擇要根據加工的部位來確（què）定。刀具（jù）的尺寸（cùn）（刀具直（zhí）徑、刃高、刀杆長度）由被加（jiā）工曲麵的形狀來決定。形狀比較平緩、曲率小的曲麵，可采用直徑較（jiào）大的刀具，以提高（gāo）加工效率。形狀起伏變化（huà）大、曲率較大的曲（qǔ）麵。可（kě）采用直徑較小的刀具，以避免刀具幹涉和過（guò）切。總的（de）原則是（shì）在不發生刀具幹涉的前提下。盡量采用直徑較大的（de）刀具進行加工。對於（yú）加工（gōng）餘（yú）量分布很不均（jun1）勻的葉片可考慮采用側刃較高的刀（dāo）具，以避免加工中，局部位置發生吃刀深度超過刃高的現象。對於被（bèi）加工曲麵或其他曲麵和數控銑頭發生幹（gàn）涉時，可（kě）考慮采用較長刀杆的刀具進行加工（gōng）。刀具尺寸的（de）選擇（zé）可在計算機上通過模擬加工進行幹涉檢查予（yǔ）以確定（dìng）。加工（gōng）葉片的常用刀具（jù）有：Ø200MM、Ø160MM、Ø125MM、Ø100MM的端麵（miàn）銑刀，Ø63MM、Ø80MM的棒銑刀，Ø50MM的球頭刀。刀片的（de）形（xíng）狀可根據刀具的不同及粗銑精銑的要求采用三（sān）角形、菱形、方形、圓形（xíng）等不同形狀的刀片。
5、刀位計算
刀位計算的主要任務是：首先選定加工坐標係，然後用（yòng）三點（diǎn）找（zhǎo）正法對葉片（piàn）的理論造型進行找正定位。在此基礎上。以提高加工效率、保證（zhèng）加工精度和（hé）型麵質量為原則，選定刀具、確定走刀方式和刀軸控製方（fāng）式，設定走刀方向（xiàng）和排刀方向的精（jīng）度，進行刀位軌跡的計算和刀（dāo）具幹涉檢查，最終生成為（wéi）後置處理用的刀位軌跡數據文件
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