水輪機轉輪葉片數控（kòng）加工工藝的關鍵環節
2013-5-12 來源： 作者：
水輪機轉（zhuǎn）輪（lún）葉片是水輪機關鍵部件，其製造精度對機組（zǔ）的效率等水力性能有直接的影響，型麵加工精度高（gāo），使水輪機出力效率提高一個百分點，都將（jiāng）帶（dài）來長遠和巨大的效益。由於（yú）葉片型麵的數控加（jiā）工對水輪機製造（zào）質量的優越性，已成為對機組訂貨的關鍵技術要求。數控加工的水輪機葉片，能夠有效地保證葉片型麵的加工精度及光順（shùn）性，從而提（tí）高水輪機（jī）的穩定性、效率及空（kōng）化性。采用數控（kòng）加工或模壓結合數控加工的方法（fǎ）是目前國際上解決水輪機葉片加（jiā）工製造最有效、最先進的方法，它（tā）是（shì）水輪機製造業的發展方向。
1、葉片的測（cè）量
1.1測量的目的
對葉片型（xíng）麵進行準確測量，是水輪機葉片數控加工中必不可少的重要環節。在加工前，必須了解葉片毛（máo）坯加工餘量的分布情（qíng）況，以便確定（dìng）最（zuì）合理的編程加工位置。所（suǒ）以，在加工前（qián）對（duì）葉片型麵進行測量的目的主要有（yǒu）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（zào）型進行比較、調整，把理論造型和毛坯型麵（miàn）調整到一個加工餘量分布最合（hé）理的相對位置。二是在測量後的毛坯上，標定三個找正點，以便在葉片上機床裝卡找正時（shí），以這三點（diǎn）為（wéi）基（jī）準，進行三點找正，把（bǎ）編程（chéng）用的（de）葉片理（lǐ）論造型調整到和毛坯實際加工位（wèi）置（zhì）完全（quán）符合於測量時調好的最合理（lǐ）的相對位置上進行編程加工。在加工過程中，也須用機床所（suǒ）配備（bèi）的測量（liàng）係（xì）統，對葉片加工的中間結果（guǒ）進行（háng）測量，以檢查加工的效果及所剩餘量，是否和編程時預（yù）期的效果一致。同（tóng）時，也（yě）可（kě）檢查加工中葉（yè）片的變形情（qíng）況及葉片是否發生意外的（de）移動，以便及時進行調整。在加工完成後，也必須用相應的測量裝置對葉片的（de）加工（gōng）結果進行測量檢（jiǎn）查，以（yǐ）便獲取加工的最（zuì）終結果數據，確定（dìng）其是否符合設計要求，並為（wéi）下序轉輪的（de）裝焊提供實際的（de）數據依據。
1.2測量的原理及方法
水輪機葉片的主（zhǔ）要工作麵是複雜（zá）的三維雕塑曲麵，對這種曲麵（miàn）測量的主要目的是要獲取曲麵上測（cè）點的實（shí）際位置到理論曲麵的法向距離。要（yào）完（wán）成這種測量，一般的測量儀器是無法承擔的。目前，國內（nèi）外通常采（cǎi）用兩種方法進行，一種是直接測量法，另一種是間接（jiē）測量法。
2、機床選（xuǎn）擇（zé）
國內外比較先進的（de）水輪機（jī）葉片數控加工的（de）機床多為（wéi）五軸聯動數（shù）控銑床。比如（rú）德國的數（shù）控龍門銑床主機功（gōng）率LOOKW，工作台尺寸4.5X13M，配置（zhì）了（le）目前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（kòng）和A、C二旋轉軸數控銑頭。
3、葉片（piàn）的（de）裝卡找正
水輪機葉片（piàn）是不規則的，特別（bié）是混（hún）流式葉片是沒有任何基準的（de）自由曲麵，裝卡找（zhǎo）正更為困難。建議用數控機床銑軸測量裝在胎具上的葉片3個定（dìng）位基準點的坐標值，並在胎具上設定參照點進行找正。解決好葉（yè）片的裝卡找正問題是保證葉片的加（jiā）工位置和（hé）編程位置相吻合的一項（xiàng）重要工作。德（dé）國VOITH公司對軸流式葉片采用軸外徑和法（fǎ）蘭定位、立式裝夾方式，混流式葉片采用可調轉向頭千斤頂定位、真空吸盤（pán）夾緊方式（shì）。真空吸盤夾緊需對吸（xī）附部位磨光預處理，其係統部件占據麵積大（dà）。我們提出采用（yòng）正、背（bèi）麵胎具定（dìng）位、焊塊搭焊和螺釘（dìng）把合的夾緊方式，具有經濟、高效、操作簡便的特（tè）點，據悉挪（nuó）威GE公司（sī）等（děng）也采用此方式。裝夾定位方式對確定工件參考點、實施找正，對解決葉片正（zhèng）、背型麵的錯位這一技術難點效果良好。
3.1葉片胎卡具的設計原則
鑒於水輪機葉片的形狀特（tè）點，葉片胎卡具的設計必須遵循下（xià）幾條原則：（1）由於葉片的重量大，所以胎卡具必（bì）需有足夠的強度。（2）胎卡具的支（zhī）承位置必需保證葉（yè）片重心擺放穩定，葉片曲（qǔ）麵的各個被加（jiā）工部位必須（xū）在機床（chuáng）的有效行程之內。（3）必須（xū）有足夠的支承點（diǎn）以確保加工時葉片不發生大的變形。把合位置牢靠。並且在（zài）把合時不易引起葉片的變形。把合位（wèi）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（zhuāng）卡（kǎ）靈活方便。
3.2葉片找正的原理及方法
到目（mù）前為止世界上所有加工水輪機葉片的廠家均采用胎具找正的方法。即把葉片放到胎具的固定位置，胎具放到機床的固定位置。這種方法的好處是（shì）一套程序加工一台機組的葉片。但由於混流式水輪機葉片形狀的特殊性，這種方法找（zhǎo）正非常困難，必須占用大量的機床時間，同時及易造成葉片翻麵加工（gōng）時的正、背麵錯位。而且作為找（zhǎo）正基準的胎（tāi）具造價極高。由於這（zhè）種找正方法的（de）第一麵的找正隻是一個粗找正，為保證（zhèng）整個葉片都能被加工到。要求毛坯餘量相（xiàng）對大很多，這就造成葉片加工成（chéng）本太高。我公司也曾經用這種方法進行裝夾找正，結果造成正、背麵（miàn）錯位，從而使加工半途而廢。采用計算機自動（dòng）三點找正法（fǎ）來解決上述找正問題。
4、加工刀具的選擇
水輪機葉片通常都采用不鏽鋼材料製造（zào），加工比較困難，為了保證加工的效率和質量必須選（xuǎn）擇適（shì）合的刀具進行加工。從刀具的類型上，應選擇硬質合（hé）金機卡刀（dāo）。這種（zhǒng）刀具（jù）耐磨、抗衝擊性能好。尺（chǐ）寸準確，刀片可以更換，比較適合水輪機葉片的加工。刀（dāo）具形狀的選擇要根據加（jiā）工的部位來確定（dìng）。刀具的尺寸（刀具（jù）直徑、刃高（gāo）、刀杆長度）由被加工曲麵的形狀來（lái）決定。形狀比較平緩、曲率小的曲（qǔ）麵，可（kě）采用直徑較大的刀（dāo）具，以提高加工效率。形狀起伏變化大、曲率較大的曲麵。可采（cǎi）用直徑較小的（de）刀具，以避免刀具幹涉和（hé）過切。總的原則是在不發生（shēng）刀（dāo）具幹涉的前提下。盡量采用（yòng）直徑較大的刀具進行（háng）加工。對於加工餘量分布很不均勻的葉片可考（kǎo）慮采用側刃較高的刀具，以避免加工中，局部（bù）位置發生吃刀深（shēn）度（dù）超（chāo）過刃高的現象（xiàng）。對於（yú）被（bèi）加工曲麵或其他曲麵和數控銑頭發（fā）生幹涉時，可考慮采用較長刀杆的刀具進行加工。刀具尺寸的選擇可在計算機上通過（guò）模擬加工進行（háng）幹（gàn）涉檢（jiǎn）查予以確定。加工葉片的常用刀具（jù）有：Ø200MM、Ø160MM、Ø125MM、Ø100MM的端麵銑刀，Ø63MM、Ø80MM的（de）棒銑刀，Ø50MM的球頭刀。刀片的形狀可根據刀具（jù）的不同及粗銑精（jīng）銑的要求采用三角形、菱形、方形、圓形等不（bú）同形狀的刀（dāo）片。
5、刀位（wèi）計算
刀位計算的主要任務是：首先（xiān）選定加工坐標係，然後用三點找正法對葉片（piàn）的（de）理論造型進（jìn）行找正定位。在此基礎上。以提高加工效率（lǜ）、保證加工精度和型（xíng）麵質（zhì）量為原則，選定刀具（jù）、確定走刀方式和刀軸控製方式，設定走刀方向和排刀方向的精度，進行刀位軌跡的計算和刀具幹涉檢查，最終生成為後置處理用的刀位軌跡（jì）數據（jù）文件
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