水轮机叶片数控加工工艺技术研究

2 数控加工工艺过程

　　2.1 叶片加工工艺流程

　　叶片加工工艺流程如图2所示。

　　2.2 毛胚质量与余量的控制

　　叶片毛坯质量的控制是保证叶片最终质量的关键，叶片多为不锈钢铸造结构，材料为OCrl3Ni5Mo。叶片余量不均将直接影响数控加工质量，如余量偏小，则余量分布可调整范围小:余量偏大，则数控加工周期长，费用高，且叶片也容易产生变形。为了保证叶片数控加工的高效性，将叶片正、背面加工余量控制在转轮名义直径的0.1%~3%之间，毛坏预先进行粗磨、无损探伤，以及除净缺陷，去除局部高点，使毛坯表面质量得到充分改善，易于划线。

　　2.3 叶片的划检

　　叶片余量划检方式共有3种:a.双光电经纬仪非接触式测量叶片型线余量，它是最经济合理的测量手段，其测量精度完全满足叶片加工精度要求;h.三维划线机点接触测量型线余量，但在测杆伸出过长时，会因测杆自身产生的挠度而增大测量误差;c.利用数控机床的数控测头直接进行测量，它检测精度最高，但占用数控机床，费用也最高，通常用于叶片数控加工后的翼型检测，通过专用检测程序，校验叶片型面的准确性。

　　划检前，先选择测点，选择原则为叶片较薄处和曲率半径较大处;加密测点，测点越密，测量精度越高，测点在叶片表面呈网格状分布。确定测量基准，然后采集各测点的实际数值，将所采集数据在计算机中与叶片理论翼型比较，通过反复调整，使叶片余量分布尽可能均匀。反馈各测点加工余量值，标注于叶片表面。

　　确定毛坯余量后，要在叶片上划出铣胎支撑截面线、坡口钝边线及加工线、叶片周边线。大型叶片的坡口划检非常关键，尤其上冠处坡口，厚度最大，加工余量也最多，如将坡口开成方形，势必耗费大量工时加工坡口，因此，必须在叶片型面上划出坡口线及钝边线，按线预留出足够余量，其余铲磨去除。上冠坡口划线如图3所示。

　　2.4 叶片的装夹、找正

　　叶片按截面线落在铣胎上，叶片与胎具接触稳固，虚弱点加支撑，通过搭焊板搭焊牢固。按照叶片上的6个基准点，3点多次组合测量，按误差最小值的组合进行编程计算。

　　2.5 叶片的加工

　　叶片加工分为型面、坡口、头尾部加工及数控打标记等四部分。

　　型面加工用盘铣刀，分粗、精铣序。粗铣时，可加大排刀间距及切深，加冷却液，提高加工效率，同时可使叶片充分释放应力，防止精加工后再变形，在国内某大型机组上，曾发生叶片经粗铣后，工件变形达4 mm左右;精铣时，加密排刀，减少切深，虽效率降低，但表面波浪度及粗糙度减小，改善过流面质量。

　　坡口加工 ，在数控铣头转角允许的情况下，盘铣刀加工可加大走刀量，一次加工到位。经数控加工的坡口，给转轮的最终装配带来方便，大大提高了装配精度，使坡口焊量均匀。

　　头尾部加工的关键是其形状的保证。曲面的形成是由加工的直线段组成而无限接近，加工中，如果无限细化直线段，势必降低加工效率，提高成本。采用棒铣刀或球头刀按其包络线加工，加工成多边形，最终按样板修磨。

　　铣削方式对切削效果有很大影响，一般多采用顺铣方式，顺铣切层由厚到薄，刀齿从待加工表面顺利切人，刀具磨损小，并能获得良好的表面粗糙度。另外，在铣削中加人充分的冷却液，不但对刀具有润滑作用，还对因不锈钢加工导热性差而产生的猫结现象和减轻摩擦有改善。

　　数控打标记主要包括在叶片型面上打出样板截面测量基准线，以及在另外一侧加工找正基准点。

　　2.6  叶片的修磨、抛光

　　数控加工后，修磨去除数控加工过程中形成的刀花和接刀痕(即波峰、波谷)，修磨叶片的波峰，可以在每一“刀”上修1/3的面积，将叶片修光整，满足叶片的波浪度要求。

　　所用工具可选择大功率、转数可达80 00r /min的优质砂轮机，以及专用碗型砂轮片，叶片表面粗糙度全部达到1.6 μm。修磨叶片的头、尾部时，采用翼型样板予以控制。