大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工工藝

李吉平

摘 要：在大型水輪機(jī)的生產(chǎn)制造過(guò)程中，轉(zhuǎn)輪葉片的加工是非常重要的一個(gè)制造環(huán)節(jié)，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪葉片的加工精度將會(huì)決定其在運(yùn)行中的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，從而會(huì)對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行效率產(chǎn)生直接影響。為此，加強(qiáng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工質(zhì)量控制，加強(qiáng)對(duì)其加工工藝的研究是很有必要的。現(xiàn)本文就重點(diǎn)來(lái)探討大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工工藝。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；轉(zhuǎn)輪葉片；加工工藝；精度

中圖分類(lèi)號(hào)：TK73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)水平不斷發(fā)展的推動(dòng)下，數(shù)控加工技術(shù)逐漸成為機(jī)械零件加工的重要技術(shù)方法。在大型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片加工過(guò)程中，常常會(huì)使用龍門(mén)銑機(jī)床作為主要的數(shù)控機(jī)床。為了能夠進(jìn)一步的提高轉(zhuǎn)輪葉片的加工精度，使其型面更加光順，從而提高水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的出力效率和穩(wěn)定性，就必須要優(yōu)化加工工藝。本文中，筆者結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型水輪機(jī)葉片的加工工藝及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討，希望能夠?yàn)閺V大同行優(yōu)化加工技術(shù)提供借鑒。

一、大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工工藝的基本思路

近些年，數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工提供了多種加工技術(shù)方法，也為優(yōu)化其加工工藝提供了良好條件。其中利用龍門(mén)銑機(jī)床作為主要的數(shù)控加工設(shè)備是當(dāng)前轉(zhuǎn)輪葉片加工中較為常見(jiàn)的加工技術(shù)。

具體來(lái)講，利用龍門(mén)銑機(jī)床進(jìn)行大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工的基本加工思路如下：首先在選擇好加工零件的原始鑄件后將其運(yùn)送到加工車(chē)間，其次鑄件來(lái)料后利用胎具固定葉片，利用龍門(mén)銑機(jī)床根據(jù)圖紙進(jìn)行加工，粗加工留余量進(jìn)行探傷，合格將工件翻身粗加工另一側(cè)，留余量探傷，然后利用激光跟蹤儀器檢測(cè)型線是否符合圖紙理論型線，符合后進(jìn)行精銑一側(cè)，然后工件翻身檢測(cè)另一側(cè)型線，符合后精銑。在此過(guò)程中要尤其注意做好葉片的測(cè)量、裝卡找正、加工刀具選擇和刀位計(jì)算等工作，以確保加工質(zhì)量。

二、大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片加工技術(shù)要點(diǎn)

1 葉片的測(cè)量

在轉(zhuǎn)輪葉片的加工過(guò)程中，對(duì)葉片進(jìn)行有效測(cè)量的非常重要的一道工序，并且這一工序應(yīng)該貫穿于葉片加工的整個(gè)過(guò)程。只有這樣，才能保證葉片表面的加工精度。一般來(lái)講，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的表面是一種較為復(fù)雜的三維雕塑曲面，測(cè)量起來(lái)難度較大，尤其是在最后的精銑過(guò)程中，對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度要求較高，一般的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器很難滿足要求。為此需要采用特殊的專(zhuān)業(yè)測(cè)量工具，通過(guò)直接測(cè)量或間接測(cè)量的方法完成曲面精度測(cè)量。

當(dāng)然，在具體的加工過(guò)程中，首先應(yīng)該對(duì)鑄件，即葉片的毛坯進(jìn)行測(cè)量，以確定其加工余量分布情況，便于優(yōu)化龍門(mén)銑機(jī)床的編程，同時(shí)，也有利于更加合理的固定鑄件在胎具中的位置，提高加工精度和效率。其次，在具體的加工過(guò)程中，也應(yīng)該要進(jìn)行一定的測(cè)量，主要是為了確定粗加工后的剩余量，以便于及時(shí)調(diào)整編程和工件的位置。及時(shí)的檢測(cè)也有利于檢測(cè)葉片是否出現(xiàn)了變形情況，以及時(shí)調(diào)整。最后，在加工完成之后，仍然需要進(jìn)行測(cè)量以檢驗(yàn)加工是否符合質(zhì)量要求。

2 正確的在胎具上固定葉片

在利用龍門(mén)銑機(jī)床進(jìn)行轉(zhuǎn)輪葉片加工時(shí)，必須要正確的將葉片的毛坯固定在胎具上，也就是要進(jìn)行裝卡找正。由于葉片本身的形狀并不規(guī)則，也沒(méi)有明顯的中心點(diǎn)，所以對(duì)其進(jìn)行裝卡找正，難度較大。一般應(yīng)該遵循以下基本裝卡原則：首先是要求胎具的強(qiáng)度應(yīng)該足夠大，因?yàn)槿~片本身的自重較大，如果胎具強(qiáng)度不足，在加工時(shí)易出現(xiàn)葉片移動(dòng)的問(wèn)題。其次是要求胎具本身應(yīng)該有較為穩(wěn)定的支撐點(diǎn)，以便于確定葉片擺放的重心。再者，葉片裝卡找正時(shí)要確保葉片的所有加工部位都在龍門(mén)銑機(jī)床的有效行程范圍內(nèi)。第四是要求胎具的支撐點(diǎn)必須要可靠，以避免葉片發(fā)生變形。第五是要求在加工過(guò)程中采取一定的減振措施。第六是胎具的裝卡部位應(yīng)該靈活易操作。在常規(guī)的裝卡找正工作中，常常會(huì)使用胎具自身進(jìn)行找正，但是實(shí)踐證明這種找正方法不但無(wú)法確保找正效果，且會(huì)耽誤較長(zhǎng)時(shí)間。為此現(xiàn)如今多采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)三點(diǎn)找正的方法來(lái)進(jìn)行裝卡找正，效果較好。

3 合理選擇加工刀具

對(duì)于轉(zhuǎn)輪葉片加工而言，刀具的選擇至關(guān)重要，因?yàn)槿舻毒哌x擇不恰當(dāng)，不但不利于保證葉片加工的精度，還可能會(huì)對(duì)龍門(mén)銑機(jī)床帶來(lái)一定的不利影響。一般在大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的加工中，多選用硬質(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，可采用直徑較小的刀具，以避免刀具干涉和過(guò)切。總的原則是在不發(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。

4 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，最終生成為后置處理用的刀位軌跡數(shù)據(jù)文件。

結(jié)語(yǔ)

總之，在大型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片加工生產(chǎn)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)其加工精度的控制是非常重要的。一般合格的葉片被加工出來(lái)需要經(jīng)過(guò)毛坯、粗加工和精銑三道基本工序，當(dāng)然在此過(guò)程中還要尤其注意做好葉片的測(cè)量工作，確定最佳的裝卡位置，選擇合適的刀具，進(jìn)行有效的刀位計(jì)算，以保證葉片的加工效果。

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