水轮机叶片数控加工及其高效刀具的开发与应用

　　叶片的找正、测量

　　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。采用RENISHAW测量系统，开发应用于三维曲面的叶片测量，为加工后的叶型检测提供了先进的技术。

　　工件的编程

　　应用前述编程技术，编制加工叶片正、背面，进、出水边，上冠、下环坡口的程序。

　　叶片的加工

　　叶片加工部位为正、背型面、进出水边和上下焊接坡口。使用的刀具为粗、精面铣刀、螺旋立铣刀、球头铣刀、插铣刀等，

　　采用顺铣加冷却液的铣削加工方式。进给方向选择沿叶片造型的参数线，对刀具直径和干涉要求等铣削性能有利。

　　铣削宽度的确定和表面加工质量与加工效率互为影响，由于铣刀在法向矢量方向倾斜加工，加工后工件表面呈微凹弧形，每刀铣削宽度愈大，铣削残留的波峰、波谷的绝对值愈大，下序抛光工作量也就愈大。因此需合理确定每条程序段运行排刀的宽度。

　　3.4高效数控刀具的开发应用

　　叶片数控加工成本昂贵，以柘林电站水轮机叶片加工为例．每个叶片展开面积约10m2，需加工5天，机组共有13个叶片，整台份加工周期两个月以上，数控龙门铣床工时费每小时约千元，则加工费上百万元。可见提高加工效率、降低加工成本的意义特别重大，研究和采用高效数控刀具及加工方法，是需要解决的关键技术之一。

　　开发国产面铣刀

　　为适应不锈钢材料叶片的加工，采用平装刀片结构，上压式夹紧，主偏角75。和双正前角的刀体设计新结构。经与国内工具厂家合作研制成功，并形成系列。改善了不锈钢韧性大，不易断屑、排屑的状况，改变了双负前角面铣刀、不同主偏角刀片与刀体混用的不合理铣削状况。

　　试验优选铣刀片

　　解决不锈钢难加工的问题，刀具性能的关键是刀片的性能，国产刀片与国外有相当大的差距。国外通过改变材料成分、采用超细晶粒、开发刀片涂层技术、研制刀片槽型等，使硬质合金刀片的硬度与韧性得到相当大的改善，刀具耐用度可达国产刀具的十几倍。经对国内株洲、自贡、上海、陕西等硬质合金制造厂家的YS25、YT535、YG532、YG546、YG726、YG813、M2、P25、SC30等牌号刀片，以及对国外如瑞典山特维克4030和235、德国瓦尔特WTA51和WTL71、美国肯纳K68、以色列依斯卡IC328、日立CY250和HC844、三菱UP20M和F620等刀片进行大量的试验，优选了高耐用度、高效率的刀片，满足了叶片正常铣削的要求。

　　研制开发新型面铣刀

　　为解决由于叶型加工余量不一、粗铣空行程的现象，与哈尔滨理工大学和国内工具厂合作，研制了双层刀片阶梯刀齿结构的面铣刀，实现倍量切深。

　　采用插铣加工技术

　　试验并购入国外新型插铣刀，采用最新的插铣加工方式，提高进出水边的铣削效率。

　　螺旋立铣刀配置

　　国产螺旋立铣刀刀片影响切削效率，优选国外刀片型号、牌号，配置到国产刀体上，提高周边加工效率。

　　优选铣削参量

　　切削线速度的选择对不锈钢叶片材料的加工影响较大，大切深、大进给、高速铣削无疑有利于提高加工效率，但受刀具寿命、机床、装夹等条件限制，需进行铣削参量的优选。

4 结论

　　天生桥、柘林、新丰江电站水轮机混流式叶片加工成功，标志着哈尔滨电机厂有限责任公司五轴联动数控加工叶片工艺已达到国际先进水平。叶片数控加工工艺技术的创新，对提高加工质量、加工效率和降低工具费用经济效益显著。以三峡水轮机为例，叶片型面单面展开面积约20m2，每台15个叶片，每件毛重23t，加工周期预计5～6个月。若工艺、刀具改进，提高效率20%，可节约工时、刀具费用上百万元。叶片数控加工使转轮出力效率每提高1个百分点，都将带来巨大的经济效益。