水轮机转轮叶片数控加工工艺的关键环节

4、叶片的装卡找正

　　水轮机叶片是不规则的，特别是混流式叶片是没有任何基准的自由曲面，装卡找正更为困难。建议用数控机床铣轴测量装在胎具上的叶片3个定位基准点的坐标值，并在胎具上设定参照点进行找正。解决好叶片的装卡找正问题是保证叶片的加工位置和编程位置相吻合的一项重要工作。德国VOITH公司对轴流式叶片采用轴外径和法兰定位、立式装夹方式，混流式叶片采用可调转向头千斤顶定位、真空吸盘夹紧方式。真空吸盘夹紧需对吸附部位磨光预处理，其系统部件占据面积大。我们提出采用正、背面胎具定位、焊块搭焊和螺钉把合的夹紧方式，具有经济、高效、操作简便的特点，据悉挪威GE公司等也采用此方式。装夹定位方式对确定工件参考点、实施找正，对解决叶片正、背型面的错位这一技术难点效果良好。

　　4.1 叶片胎卡具的设计原则

　　鉴于水轮机叶片的形状特点，叶片胎卡具的设计必须遵循下几条原则：(1)由于叶片的重量大，所以胎卡具必需有足够的强度。(2)胎卡具的支承位置必需保证叶片重心摆放稳定，叶片曲面的各个被加工部位必须在机床的有效行程之内。(3)必须有足够的支承点以确保加工时叶片不发生大的变形。把合位置牢靠。并且在把合时不易引起叶片的变形。把合位置要避免在加工时和刀具及铣头发生干涉。(4)采取减振措施尽量减少加工中的振动。(5)装卡灵活方便。

　　4.2 叶片找正的原理及方法

　　到目前为止世界上所有加工水轮机叶片的厂家均采用胎具找正的方法。即把叶片放到胎具的固定位置，胎具放到机床的固定位置。这种方法的好处是一套程序加工一台机组的叶片。但由于混流式水轮机叶片形状的特殊性，这种方法找正非常困难，必须占用大量的机床时间，同时及易造成叶片翻面加工时的正、背面错位。而且作为找正基准的胎具造价极高。由于这种找正方法的第一面的找正只是一个粗找正，为保证整个叶片都能被加工到.要求毛坯余量相对大很多，这就造成叶片加工成本太高。我公司也曾经用这种方法进行装夹找正，结果造成正、背面错位，从而使加工半途而废。采用计算机自动三点找正法来解决上述找正问题。

5、加工刀具的选择

　　水轮机叶片通常都采用不锈钢材料制造，加工比较困难，为了保证加工的效率和质量必须选择适合的刀具进行加工。从刀具的类型上，应选择硬质合金机卡刀。这种刀具耐磨、抗冲击性能好。尺寸准确，刀片可以更换，比较适合水轮机叶片的加工。刀具形状的选择要根据加工的部位来确定。刀具的尺寸(刀具直径、刃高、刀杆长度)由被加工曲面的形状来决定。形状比较平缓、曲率小的曲面，可采用直径较大的刀具，以提高加工效率。形状起伏变化大、曲率较大的曲面。可采用直径较小的刀具，以避免刀具干涉和过切。总的原则是在不发生刀具干涉的前提下。尽量采用直径较大的刀具进行加工。对于加工余量分布很不均匀的叶片可考虑采用侧刃较高的刀具，以避免加工中，局部位置发生吃刀深度超过刃高的现象。对于被加工曲面或其他曲面和数控铣头发生干涉时，可考虑采用较长刀杆的刀具进行加工。刀具尺寸的选择可在计算机上通过模拟加工进行干涉检查予以确定。加工叶片的常用刀具有：Ø200mm、Ø160mm、Ø125mm、Ø100mm的端面铣刀，Ø63mm、Ø80mm的棒铣刀，Ø50mm的球头刀。刀片的形状可根据刀具的不同及粗铣精铣的要求采用三角形、菱形、方形、圆形等不同形状的刀片。

6、刀位计算

　　刀位计算的主要任务是：首先选定加工坐标系，然后用三点找正法对叶片的理论造型进行找正定位。在此基础上。以提高加工效率、保证加工精度和型面质量为原则，选定刀具、确定走刀方式和刀轴控制方式，设定走刀方向和排刀方向的精度，进行刀位轨迹的计算和刀具干涉检查，最终生成为后置处理用的刀位轨迹数据文件。

7、结语

　　做好水轮机叶片数控加工工艺的关键环节叶片测量、机床选择、装卡找正、刀具选择、程序编制、后置处理和实际加工的控制，能够保证了毛坯余量的尽可能均匀。同时转轮叶片的数控加工技术对提高我国电站设备制造水平、迈人世界先进技术行列有着非常重大的意义。