基于特型导叶造型的数控技术

1 引言

　　活动导叶是水轮机导水机构中的核心部件，是控制水流量的关键，相当于开关的作用，控制水流量的大小。活动导叶形状相对复杂，要求加工的精度高。而特型导叶是活动导叶的一种，相对形状更加复杂，尤其是轴头和法兰的过渡部分，采用的是大变半径值过渡，要求约束相切，保证各部分光滑过渡，尽量减小对水流的影响，同时保证轴头部分的强度。

　　由于特型导叶的结构复杂，过渡部分较大，形状要求严格，手工铲磨无法达到设计的要求。采用数控机床加工可以有效地保证特型导叶的型线要求，对水轮机导水结构的质量有利。

2 特型导叶理论模型的构造

　　2.1 特型导叶的截面线

　　特型导叶的截面线主要是样条曲线。工程应用上采用的是三次样条曲线，保证样条曲线的连续性和二次可导型。

　　如图1，导叶截面线的曲率变化是型面质量的一种表示，对于导水的部件而言，要求截面线的曲率梳方向一致，并且所有刺均向外，这种要求可以有效保障导叶的型面没有凹陷处，防止导叶工作中出现气蚀等表面缺陷?

　　有尖锐的边接缝，但是，连接处曲率有突变，在视觉上还有明显的差异。(3)G2曲率连续，在G0、G1的基础上，相接触的曲率也相同，曲率梳在接触处的刺长度和方向都一致，没有尖锐的接缝和曲率突变，视觉光滑流畅。G3曲率变化率连续，具有G0、G1、G2的特征，在连接处曲率的变化是连续的，同时，曲率变化可以用一次方程表示为一条直线。事实上，切线连续能够满足大部分基础工业(航空和航天、制造业、造船业)。

　　2.2 导叶瓣体

　　如图2，通过拉伸的方式完成，形成直纹面的实体导叶瓣体。根据设计提供的过渡截面的结构，构造出过渡的曲面，过渡面与导叶瓣体的相接触部分要求与导叶瓣体是相切的约束，将过渡面与导叶的瓣体进行布尔运算，完成联合的计算，最终形成特型导叶的三维实体模型。

　　2.3 特型导叶理论型面分析

　　如图3，为了验证导叶型面的构造质量，检查型面的连续性，可以通过斑马线(也叫做高光测试)分析，斑马线实际上是模拟一组平行的光源照射到所要检测的表面上所观察到的反光效果。从斑马线分析图中可以看出，所有的斑马线平滑，在拐角处有尖角，达到G1的标准，在数学上的解释是曲面处处连续，并且二阶导数连续。

3 特型导叶的数控加工

　　特殊导叶质量要求较高，采用整体锻造材料加工完成，保证材质的质量。首先利用车床完成导叶轴的加工，以加工好的导叶轴作为基准来加工导叶的型面。利用圆筒夹具固定导叶，使用带转台的数控机床一次性装夹完成导叶型面的全序数控加工，如图4。