水輪機轉輪葉片數（shù）控加工（gōng）工藝的關鍵環節
2013-5-12 來源： 作者：
水輪機轉輪葉片是水輪機關鍵部件，其製造精度對機組的效（xiào）率等水力性（xìng）能有直接的影響，型麵加工精度高，使水輪機出力效率提高一個百分（fèn）點，都將（jiāng）帶來長（zhǎng）遠和巨大的效益。由於葉（yè）片型麵的數控加工對（duì）水輪機製造質量的優越性，已成為對機組訂貨的關鍵技術要求。數控加（jiā）工的水輪機（jī）葉片，能夠有效地保證葉片型麵的加（jiā）工精度（dù）及光順性，從而提高水輪機（jī）的穩定性、效率及空化性。采用（yòng）數控（kòng）加工或模壓結合（hé）數控加工的方法是目前國際上解決水輪機葉片加工製造（zào）最有（yǒu）效、最先進的方（fāng）法（fǎ），它是水輪機製造業（yè）的發展方向（xiàng）。
1、葉片的測量
1.1測量的目的
對葉片型麵進行準確測（cè）量，是水輪機葉片數控加工中必不可（kě）少的重（chóng）要環節。在（zài）加工前，必（bì）須了解葉片毛坯加工餘量的（de）分布情況，以便確定最合理的編程（chéng）加工位置。所以，在加工前對葉片型麵進行測量的目的主要有兩個。一是將對葉片毛坯測量的數據送到計算機中，和葉片的理論造型進行比較、調整，把理（lǐ）論造（zào）型和毛坯型麵調整（zhěng）到一個加工（gōng）餘量分布（bù）最合理的相對位置。二是在（zài）測量（liàng）後的毛坯上（shàng），標定三個找正點，以便在葉片上機床裝卡（kǎ）找正時，以這三點為基準（zhǔn），進行三點找正，把編（biān）程（chéng）用的葉片（piàn）理論造型調（diào）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對位置上進行編程加工。在加工過程中，也須用機床所配備的測量係統，對葉片加工的中間結果進（jìn）行（háng）測量，以檢查加工的效果及所剩餘量，是（shì）否和（hé）編程時預期的效果一致。同時，也（yě）可檢查加工（gōng）中葉片的變形情況及葉片是否發生意外的移動，以（yǐ）便及時進行調整。在加工完成後，也必須用相應的測量裝置對葉片的加工結果進行測量檢查，以便獲取加工的最終結果數據，確定（dìng）其是否符合設計要求，並為下序轉輪的裝（zhuāng）焊提供實際的數據依據。
1.2測量的原理及（jí）方（fāng）法
水輪機葉片的主要（yào）工作麵是複雜的三維雕塑曲麵，對這種曲（qǔ）麵測量的主要目的是要獲取曲麵上測（cè）點的實際（jì）位置到理論曲麵的法向距離。要完成這種測（cè）量，一般的測量儀器是無法承擔的。目前，國內外通常采（cǎi）用兩（liǎng）種方法進行，一種是直接測量（liàng）法，另一種是間（jiān）接測量法。
2、機（jī）床選擇
國內外比較先進的水輪機（jī）葉片數控加工的機床多為（wéi）五軸聯動數控銑床。比（bǐ）如德國的數控龍門銑床主機功率（lǜ）LOOKW，工作台尺寸4.5X13M，配置（zhì）了目前（qián）世界功率最大的數控萬能銑頭，數控係統采用SIEMENS840C，該機床具有X、Y、Z、W、U五坐標數控和A、C二旋（xuán）轉軸數控銑頭。
3、葉片的裝卡（kǎ）找正
水輪機葉片是不規（guī）則的，特別是混流（liú）式（shì）葉片是沒有任何（hé）基準的自由（yóu）曲（qǔ）麵，裝卡找正更為困難。建議用數控機床銑軸測量裝在胎（tāi）具上的葉片3個定位（wèi）基準點的坐標值，並在胎具上設定參照點（diǎn）進行找正。解決好葉片的裝卡找正（zhèng）問題是保證葉片的加工位置和編程位置相吻合的一項重要工作。德國VOITH公司對軸流式葉片采用（yòng）軸外徑和法蘭（lán）定位、立式裝夾方式，混流式（shì）葉片采用可調轉向頭千斤頂定位、真空吸盤夾緊方式。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。我們提出采用正、背麵胎具定位、焊塊搭焊和螺釘把（bǎ）合的夾緊方式，具有經濟、高效、操作簡便（biàn）的特點，據悉挪威GE公（gōng）司（sī）等也采用（yòng）此方式。裝夾定位方式對確定工件參考點、實施找正，對解決葉片正、背型麵的錯位這一技術（shù）難點效果良好。
3.1葉片胎卡具的設計原（yuán）則
鑒於水輪機葉片的形狀特點，葉片（piàn）胎卡具的設計必須遵循下幾（jǐ）條原則：（1）由於葉片的重（chóng）量大，所以胎卡具必需有（yǒu）足夠的（de）強度。（2）胎卡具的支承位置必需保證（zhèng）葉片重（chóng）心擺放穩定，葉片曲麵的各個被加工部位必（bì）須在機床的有效行程之內。（3）必須有足夠的支承點以確（què）保加工時葉片不發生大的變形。把合（hé）位置牢靠。並且在把（bǎ）合時（shí）不易引起葉（yè）片的變（biàn）形。把合位置要避免在加工（gōng）時和（hé）刀具及銑頭發生幹（gàn）涉。（4）采取減振措施盡量減少加工中的振動。（5）裝卡靈活方便。
3.2葉片找（zhǎo）正（zhèng）的原理及方法
到目（mù）前為止世界上所有加工水輪機葉片的廠（chǎng）家均采（cǎi）用胎具找正的方法。即把葉片放到胎具（jù）的固定位置，胎具放到機床的固定位置。這種方法的好處是一套程序加工一台機組的葉片。但（dàn）由於混流式水輪機葉（yè）片形狀（zhuàng）的特殊性，這種方法找正（zhèng）非常困難，必須占用大量的（de）機床時間，同時及易（yì）造成葉片翻麵加工時的正（zhèng）、背麵錯位。而且（qiě）作為找正基準的胎具（jù）造價極高。由於這種找正（zhèng）方法的第一麵的找（zhǎo）正隻是一個粗找正，為（wéi）保證整個葉片都能被加工到。要求毛坯餘量相對大很多，這就造成（chéng）葉片加工成本太高。我公司也曾經用這種方法進行裝夾找正，結果造（zào）成正、背麵錯位，從而使加工半（bàn）途而廢。采用計算機自動三（sān）點找正法來解決上述找正問題。
4、加（jiā）工刀具的選擇
水輪（lún）機葉片通常都采用不鏽鋼材料製造，加（jiā）工比較困難，為了保證加工的效率和質量必須選（xuǎn）擇適合的刀具進行加工。從刀具的類型上，應選擇硬質合金機卡刀。這種（zhǒng）刀具耐磨、抗衝擊性能好。尺寸準確，刀片可以（yǐ）更換，比較（jiào）適合水輪機葉（yè）片的加工。刀具形狀的選擇要根（gēn）據加工（gōng）的部位來確定。刀具的尺寸（刀具直徑、刃高、刀杆長度）由被加工（gōng）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，以提高加工效率。形狀起（qǐ）伏（fú）變化大、曲（qǔ）率較大的曲麵。可采用直徑較小的刀具，以避免刀具幹涉（shè）和過（guò）切。總的原則是在不發生刀具幹涉的前提下。盡量采用直徑較大（dà）的刀具進行加工。對於加工餘（yú）量（liàng）分布（bù）很不均勻的葉片可考慮采用側刃較高的刀具，以避免加工中，局部位置發（fā）生吃刀深度超過刃高的現象。對於被加工曲麵或其他曲（qǔ）麵和數控銑頭發生幹涉時（shí），可考慮采用較長刀杆的刀具進行加工。刀具（jù）尺寸的選（xuǎn）擇可在計算機上通過模擬加工進行幹（gàn）涉檢查予以確定。加工葉片的常用刀具有：Ø200MM、Ø160MM、Ø125MM、Ø100MM的端（duān）麵銑刀，Ø63MM、Ø80MM的棒銑刀，Ø50MM的球（qiú）頭刀。刀片的形（xíng）狀可根（gēn）據刀具的不同及粗銑（xǐ）精銑的要求采用三角形、菱形、方形、圓形等不同形狀的刀片。
5、刀位計算（suàn）
刀位計算的主（zhǔ）要任務（wù）是：首先選定加工坐標係，然後用（yòng）三點找（zhǎo）正法對葉片的理論（lùn）造型進行找正定位。在此（cǐ）基（jī）礎上。以提高加工效率、保證加工（gōng）精度和型麵質量為原則，選定刀具（jù）、確定走刀方式和刀軸控（kòng）製方式，設定走刀方向和排刀方向的（de）精度，進行刀位軌跡的計算和（hé）刀具幹涉檢查（chá），最終生成為後置（zhì）處（chù）理（lǐ）用的刀位軌跡數據（jù）文（wén）件
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如果您有機床行（háng）業、企業相關（guān）新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網（wǎng）編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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