工過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)，分析了可能出現(xiàn)的問(wèn)題，給出了相應(yīng)的對(duì)策，對(duì)實(shí)際數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)和加工過(guò)程都具有指導(dǎo)意義。采用的計(jì)算機(jī)三點(diǎn)自動(dòng)找正法在防止了正、背面錯(cuò)位同時(shí)保證了毛坯余量的盡可能均勻。
1、前言
水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片是水輪機(jī)關(guān)鍵部件，其制造精度對(duì)機(jī)組的效率等水力性能有直接的影響，型面加工精度高，使水輪機(jī)出力效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，都將帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)和巨大的效益。由于葉片型面的數(shù)控加工對(duì)水輪機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)越性，已成為對(duì)機(jī)組訂貨的關(guān)鍵技術(shù)要求。數(shù)控加工的水輪機(jī)葉片，能夠有效地保證葉片型面的加工精度及光順性，從而提高水輪機(jī)的穩(wěn)定性、效率及空化性。采用數(shù)控加工或模壓結(jié)合數(shù)控加工的方法是目前上解決水輪機(jī)葉片加工制造zui有效、的方法，它是水輪機(jī)制造業(yè)的發(fā)展方向。
2、葉片的測(cè)量
2.1 測(cè)量的目的
對(duì)葉片型面進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，是水輪機(jī)葉片數(shù)控加工中*的重要環(huán)節(jié)。在加工前，必須了解葉片毛坯加工余量的分布情況，以便確定zui合理的編程加工位置。所以，在加工前對(duì)葉片型面進(jìn)行測(cè)量的目的主要有兩個(gè)。一是將對(duì)葉片毛坯測(cè)量的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中，和葉片的理論造型進(jìn)行比較、調(diào)整，把理論造型和毛坯型面調(diào)整到一個(gè)加工余量分布zui合理的相對(duì)位置。二是在測(cè)量后的毛坯上，標(biāo)定三個(gè)找正點(diǎn)，以便在葉片上機(jī)床裝卡找正時(shí)，以這三點(diǎn)為基準(zhǔn)，進(jìn)行三點(diǎn)找正，把編程用的葉片理論造型調(diào)整到和毛坯實(shí)際加工位置*符合于測(cè)量時(shí)調(diào)好的zui合理的相對(duì)位置上進(jìn)行編程加工。在加工過(guò)程中，也須用機(jī)床所配備的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)葉片加工的中間結(jié)果進(jìn)行測(cè)量，以檢查加工的效果及所剩余量，是否和編程時(shí)預(yù)期的效果一致。同時(shí)，也可檢查加工中葉片的變形情況及葉片是否發(fā)生意外的移動(dòng)，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在加工完成后，也必須用相應(yīng)的測(cè)量裝置對(duì)葉片的加工結(jié)果進(jìn)行測(cè)量檢查，以便獲取加工的zui終結(jié)果數(shù)據(jù)，確定其是否符合設(shè)計(jì)要求，并為下序轉(zhuǎn)輪的裝焊提供實(shí)際的數(shù)據(jù)依據(jù)。
2.2 測(cè)量的原理及方法
水輪機(jī)葉片的主要工作面是復(fù)雜的三維雕塑曲面，對(duì)這種曲面測(cè)量的主要目的是要獲取曲面上測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置到理論曲面的法向距離。要完成這種測(cè)量，一般的測(cè)量?jī)x器是無(wú)法承擔(dān)的。目前，國(guó)內(nèi)外通常采用兩種方法進(jìn)行，一種是直接測(cè)量法，另一種是間接測(cè)量法。
3、機(jī)床選擇
國(guó)內(nèi)外比較*的水輪機(jī)葉片數(shù)控加工的機(jī)床多為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床。比如德國(guó)的數(shù)控龍門銑床主機(jī)功率lookw，工作臺(tái)尺寸4.5x13m，配置了目前世界功率zui大的數(shù)控銑頭，數(shù)控系統(tǒng)采用siemens840c，該機(jī)床具有x、y、z、w、u五坐標(biāo)數(shù)控和a、c二旋轉(zhuǎn)軸數(shù)控銑頭。
4、葉片的裝卡找正
水輪機(jī)葉片是不規(guī)則的，特別是混流式葉片是沒(méi)有任何基準(zhǔn)的自由曲面，裝卡找正更為困難。建議用數(shù)控機(jī)床銑軸測(cè)量裝在胎具上的葉片3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，并在胎具上設(shè)定參照點(diǎn)進(jìn)行找正。解決好葉片的裝卡找正問(wèn)題是保證葉片的加工位置和編程位置相吻合的一項(xiàng)重要工作。德國(guó)voith公司對(duì)軸流式葉片采用軸外徑和法蘭定位、立式裝夾方式，混流式葉片采用可調(diào)轉(zhuǎn)向頭千斤頂定位、真空吸盤夾緊方式。真空吸盤夾緊需對(duì)吸附部位磨光預(yù)處理，其系統(tǒng)部件占據(jù)面積大。我們提出采用正、背面胎具定位、焊塊搭焊和螺釘把合的夾緊方式，具有經(jīng)濟(jì)、、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，據(jù)悉挪威ge公司等也采用此方式。裝夾定位方式對(duì)確定工件參考點(diǎn)、實(shí)施找正，對(duì)解決葉片正、背型面的錯(cuò)位這一技術(shù)難點(diǎn)效果良好。
4.1 葉片胎卡具的設(shè)計(jì)原則
鑒于水輪機(jī)葉片的形狀特點(diǎn)，葉片胎卡具的設(shè)計(jì)必須遵循下幾條原則：（1）由于葉片的重量大，所以胎卡具必需有足夠的強(qiáng)度。（2）胎卡具的支承位置必需保證葉片重心擺放穩(wěn)定，葉片曲面的各個(gè)被加工部位必須在機(jī)床的有效行程之內(nèi)。（3）必須有足夠的支承點(diǎn)以確保加工時(shí)葉片不發(fā)生大的變形。把合位置牢靠。并且在把合時(shí)不易引起葉片的變形。把合位置要避免在加工時(shí)和刀具及銑頭發(fā)生干涉。（4）采取減振措施盡量減少加工中的振動(dòng)。（5）裝卡靈活方便。
4.2 葉片找正的原理及方法
到目前為止世界上所有加工水輪機(jī)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(jī)床的固定位置。這種方法的好處是一套程序加工一臺(tái)機(jī)組的葉片。但由于混流式水輪機(jī)葉片形狀的特殊性，這種方法找正非常困難，必須占用大量的機(jī)床時(shí)間，同時(shí)及易造成葉片翻面加工時(shí)的正、背面錯(cuò)位。而且作為找正基準(zhǔn)的胎具造價(jià)*。由于這種找正方法的*面的找正只是一個(gè)粗找正，為保證整個(gè)葉片都能被加工到.要求毛坯余量相對(duì)大很多，這就造成葉片加工成本太高。我公司也曾經(jīng)用這種方法進(jìn)行裝夾找正，結(jié)果造成正、背面錯(cuò)位，從而使加工半途而廢。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)三點(diǎn)找正法來(lái)解決上述找正問(wèn)題。
5、加工刀具的選擇
水輪機(jī)葉片通常都采用不銹鋼材料制造，加工比較困難，為了保證加工的效率和質(zhì)量必須選擇適合的刀具進(jìn)行加工。從刀具的類型上，應(yīng)選擇硬質(zhì)合金機(jī)卡刀。這種刀具耐磨、抗沖擊性能好。尺寸準(zhǔn)確，刀片可以更換，比較適合水輪機(jī)葉片的加工。刀具形狀的選擇要根據(jù)加工的部位來(lái)確定。刀具的尺寸（刀具直徑、刃高、刀桿長(zhǎng)度）由被加工曲面的形狀來(lái)決定。形狀比較平緩、曲率小的曲面，可采用直徑較大的刀具，以提高加工效率。形狀起伏變化大、曲率較大的曲面?？刹捎弥睆捷^小的刀具，以避免刀具干涉和過(guò)切?？偟脑瓌t是在不發(fā)生刀具干涉的前提下。盡量采用直徑較大的刀具進(jìn)行加工。對(duì)于加工余量分布很不均勻的葉片可考慮采用側(cè)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(guò)刃高的現(xiàn)象。對(duì)于被加工曲面或其他曲面和數(shù)控銑頭發(fā)生干涉時(shí)，可考慮采用較長(zhǎng)刀桿的刀具進(jìn)行加工。刀具尺寸的選擇可在計(jì)算機(jī)上通過(guò)模擬加工進(jìn)行干涉檢查予以確定。加工葉片的常用刀具有：ø200mm、ø160mm、ø125mm、ø100mm的端面銑刀，ø63mm、ø80mm的棒銑刀，ø50mm的球頭刀。刀片的形狀可根據(jù)刀具的不同及粗銑精銑的要求采用三角形、菱形、方形、圓形等不同形狀的刀片。
6、刀位計(jì)算
刀位計(jì)算的主要任務(wù)是：首先選定加工坐標(biāo)系，然后用三點(diǎn)找正法對(duì)葉片的理論造型進(jìn)行找正定位。在此基礎(chǔ)上。以提高加工效率、保證加工精度和型面質(zhì)量為原則，選定刀具、確定走刀方式和刀軸控制方式，設(shè)定走刀方向和排刀方向的精度，進(jìn)行刀位軌跡的計(jì)算和刀具干涉檢查，zui終生成為后置處理用的刀位軌跡數(shù)據(jù)文件。
7、結(jié)語(yǔ)
做好水輪機(jī)葉片數(shù)控加工工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)葉片測(cè)量、機(jī)床選擇、裝卡找正、刀具選擇、程序編制、后置處理和實(shí)際加工的控制，能夠保證了毛坯余量的盡可能均勻。同時(shí)轉(zhuǎn)輪葉片的數(shù)控加工技術(shù)對(duì)提高我國(guó)電站設(shè)備制造水平、邁人*技術(shù)行列有著非常重大的意義。