技術(shù)

1 引言

    大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的數(shù)控加工工藝技術(shù)是表征水輪機(jī)制造達(dá)到當(dāng)今世界先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。轉(zhuǎn)輪葉片是水輪機(jī)關(guān)鍵部件，其制造精度對(duì)機(jī)組的效率等水力性能有直接的影響，型面加工精度高，使水輪機(jī)出力效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，都將帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)和巨大的效益。葉片的數(shù)控加工涉及多方面的高新技術(shù)，國(guó)外也僅有法國(guó)阿爾斯通、挪威克瓦納、加拿大GE、德國(guó)沃依滋、日本日立公司等對(duì)此項(xiàng)制造工藝成熟。由于葉片型面的數(shù)控加工對(duì)水輪機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)越性，已成為對(duì)機(jī)組訂貨的關(guān)鍵技術(shù)要求。作為世界上最大的水利樞紐工程———也是當(dāng)今國(guó)際混流式水輪機(jī)單機(jī)容量最大的三峽水輪發(fā)電機(jī)組，我廠與阿爾斯通公司合作制造一期左岸工程14臺(tái)中的8臺(tái)機(jī)組。三峽水輪機(jī)關(guān)鍵部件——轉(zhuǎn)輪葉片的數(shù)控加工技術(shù)對(duì)提高我國(guó)電站設(shè)備制造水平、邁入世界先進(jìn)技術(shù)行列意義重大。

    水輪機(jī)有混流式、軸流式、貫流式等幾類(lèi)，國(guó)內(nèi)水輪機(jī)葉片制造長(zhǎng)期采用砂型鑄造，經(jīng)手工鏟磨成型和采用立體樣板檢測(cè)的工藝方法，近年來(lái)發(fā)展了葉片模壓成型后鏟磨、模壓成型后再加工和鑄造成型后數(shù)控加工的技術(shù)。手工鏟磨的方式，不但勞動(dòng)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且葉片型面質(zhì)量差，降低了水輪機(jī)的效率。為實(shí)現(xiàn)葉片數(shù)控加工，我廠1987年從德國(guó)沃坦公司引進(jìn)了五軸數(shù)控鏜銑床，并從瑞士FIDIS公司引進(jìn)了UKLID軟件，1996年購(gòu)進(jìn)德國(guó)瓦德利希·柯寶公司數(shù)控龍門(mén)銑床和CAMAX軟件的引進(jìn)，為數(shù)控加工葉片提供了技術(shù)保證。后繼專(zhuān)項(xiàng)對(duì)曲面造型、刀位計(jì)算、刀位干涉檢查、葉片測(cè)量、自動(dòng)找正調(diào)整和加工程序的編制、工藝裝夾、加工方式和刀具系統(tǒng)配置等都進(jìn)行了深入的研究，已具備五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工葉片的生產(chǎn)和技術(shù)能力。至今已完成了混流式天生橋、柘林、新豐江和三峽水輪機(jī)葉片及軸流式木京等水輪機(jī)葉片的加工。

圖一

2 關(guān)鍵技術(shù)和工藝實(shí)施

1.葉片數(shù)控加工工藝流程   葉片數(shù)控加工工藝流程見(jiàn)圖1。

2.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程技術(shù)

   葉片型面測(cè)量   由于澆鑄毛坯分布的加工余量不一致，采用三維測(cè)量機(jī)進(jìn)行毛坯的三維型面測(cè)量，選擇高效、便于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理和基準(zhǔn)變換的測(cè)量方法，達(dá)到余量均布的最佳裝夾位置。

   曲面造型   根據(jù)原始數(shù)據(jù)造出葉片的三維型面，滿足下一步生成數(shù)控加工的代碼程序。

   刀位軌跡計(jì)算   根據(jù)讀入葉片造型后的三維型面數(shù)據(jù)、設(shè)定加工型面，切削參量和刀具數(shù)據(jù)，進(jìn)行刀位軌跡計(jì)算。

   刀位軌跡仿真和刀具干涉檢查   根據(jù)刀位軌跡在計(jì)算機(jī)上對(duì)圖形進(jìn)行模擬加工，并檢查刀具干涉情況，保證真機(jī)加工時(shí)安全運(yùn)行。

   后置處理   對(duì)刀位軌跡進(jìn)行后置處理，生成特定機(jī)床的NC代碼加工程序。

3.加工工藝過(guò)程

   加工設(shè)備  購(gòu)進(jìn)德國(guó)的數(shù)控龍門(mén)銑床主機(jī)功率100kW，工作臺(tái)尺寸4.5×13m，配置了目前世界功率最大的數(shù)控萬(wàn)能銑頭，數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS 840C，該機(jī)床具有X、Y、Z、W、U五坐標(biāo)數(shù)控和A、C二旋轉(zhuǎn)軸數(shù)控銑頭，形成五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工葉片的設(shè)備條件。

   毛坯質(zhì)量的控制    葉片為鑄造結(jié)構(gòu)，材料為馬氏體不銹鋼。將<