大型水輪機轉輪葉片的加工工藝

李吉平

摘 要：在大型水輪機的生產制造過程中，轉輪葉片的加工是非常重要的一個制造環節，因為轉輪葉片的加工精度將會決定其在運行中的旋轉穩定性，從而會對水輪機的運行效率產生直接影響。為此，加強水輪機轉輪葉片的加工質量控制，加強對其加工工藝的研究是很有必要的。現本文就重點來探討大型水輪機轉輪葉片的加工工藝。

關鍵詞：水輪機；轉輪葉片；加工工藝；精度

中圖分類號：TK73 文獻標識碼：A

在現代工業制造技術水平不斷發展的推動下，數控加工技術逐漸成為機械零件加工的重要技術方法。在大型水輪機的轉輪葉片加工過程中，常常會使用龍門銑機床作為主要的數控機床。為了能夠進一步的提高轉輪葉片的加工精度，使其型面更加光順，從而提高水輪機轉輪的出力效率和穩定性，就必須要優化加工工藝。本文中，筆者結合自己的實踐經驗，對大型水輪機葉片的加工工藝及技術要點進行了分析探討，希望能夠為廣大同行優化加工技術提供借鑒。

一、大型水輪機轉輪葉片加工工藝的基本思路

近些年，數控加工技術不斷發展，為水輪機轉輪葉片的加工提供了多種加工技術方法，也為優化其加工工藝提供了良好條件。其中利用龍門銑機床作為主要的數控加工設備是當前轉輪葉片加工中較為常見的加工技術。

具體來講，利用龍門銑機床進行大型水輪機轉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送到加工車間，其次鑄件來料后利用胎具固定葉片，利用龍門銑機床根據圖紙進行加工，粗加工留余量進行探傷，合格將工件翻身粗加工另一側，留余量探傷，然后利用激光跟蹤儀器檢測型線是否符合圖紙理論型線，符合后進行精銑一側，然后工件翻身檢測另一側型線，符合后精銑。在此過程中要尤其注意做好葉片的測量、裝卡找正、加工刀具選擇和刀位計算等工作，以確保加工質量。

二、大型水輪機轉輪葉片加工技術要點

1 葉片的測量

在轉輪葉片的加工過程中，對葉片進行有效測量的非常重要的一道工序，并且這一工序應該貫穿于葉片加工的整個過程。只有這樣，才能保證葉片表面的加工精度。一般來講，水輪機轉輪葉片的表面是一種較為復雜的三維雕塑曲面，測量起來難度較大，尤其是在最后的精銑過程中，對測量結果的精度要求較高，一般的測量方法和測量儀器很難滿足要求。為此需要采用特殊的專業測量工具，通過直接測量或間接測量的方法完成曲面精度測量。

當然，在具體的加工過程中，首先應該對鑄件，即葉片的毛坯進行測量，以確定其加工余量分布情況，便于優化龍門銑機床的編程，同時，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，在具體的加工過程中，也應該要進行一定的測量，主要是為了確定粗加工后的剩余量，以便于及時調整編程和工件的位置。及時的檢測也有利于檢測葉片是否出現了變形情況，以及時調整。最后，在加工完成之后，仍然需要進行測量以檢驗加工是否符合質量要求。

2 正確的在胎具上固定葉片

在利用龍門銑機床進行轉輪葉片加工時，必須要正確的將葉片的毛坯固定在胎具上，也就是要進行裝卡找正。由于葉片本身的形狀并不規則，也沒有明顯的中心點，所以對其進行裝卡找正，難度較大。一般應該遵循以下基本裝卡原則：首先是要求胎具的強度應該足夠大，因為葉片本身的自重較大，如果胎具強度不足，在加工時易出現葉片移動的問題。其次是要求胎具本身應該有較為穩定的支撐點，以便于確定葉片擺放的重心。再者，葉片裝卡找正時要確保葉片的所有加工部位都在龍門銑機床的有效行程范圍內。第四是要求胎具的支撐點必須要可靠，以避免葉片發生變形。第五是要求在加工過程中采取一定的減振措施。第六是胎具的裝卡部位應該靈活易操作。在常規的裝卡找正工作中，常常會使用胎具自身進行找正，但是實踐證明這種找正方法不但無法確保找正效果，且會耽誤較長時間。為此現如今多采用計算機自動三點找正的方法來進行裝卡找正，效果較好。

3 合理選擇加工刀具

對于轉輪葉片加工而言，刀具的選擇至關重要，因為若刀具選擇不恰當，不但不利于保證葉片加工的精度，還可能會對龍門銑機床帶來一定的不利影響。一般在大型水輪機轉輪葉片的加工中，多選用硬質合金機卡刀。這種刀具耐磨、抗沖擊性能好，尺寸準確，刀片可以更換，比較適合水輪機葉片的加工。刀具形狀的選擇要根據加工的部位來確定。刀具的尺寸（刀具直徑、刃高、刀桿長度）由被加工曲面的形狀來決定。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切。總的原則是在不發生刀具干涉的前提下，盡量采用直徑較大的刀具進行加工。對于加工余量分布很不均勻的葉片可考慮采用側刃較高的刀具，以避免加工中，局部位置發生吃刀深度超過刃高的現象。對于被加工曲面或其他曲面和數控銑頭發生干涉時，可考慮采用較長刀桿的刀具進行加工。刀片的形狀可根據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 刀位計算

刀位計算的主要任務是：首先選定加工坐標系，然后用三點找正法對葉片的理論造型進行找正定位。在此基礎上，以提高加工效率、保證加工精度和型面質量為原則，選定刀具、確定走刀方式和刀軸控制方式，設定走刀方向和排刀方向的精度，進行刀位軌跡的計算和刀具干涉檢查，最終生成為后置處理用的刀位軌跡數據文件。

結語

總之，在大型水輪機的轉輪葉片加工生產過程中，加強對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需要經過毛坯、粗加工和精銑三道基本工序，當然在此過程中還要尤其注意做好葉片的測量工作，確定最佳的裝卡位置，選擇合適的刀具，進行有效的刀位計算，以保證葉片的加工效果。

參考文獻

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