朱洪濱

摘 要：近些年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)在機(jī)械加工等方面的技術(shù)水平也有了質(zhì)的飛躍。而在對(duì)水輪機(jī)加工工藝方面，通過(guò)對(duì)技術(shù)的不斷研究與探索，目前也有了新的進(jìn)展。文章通過(guò)對(duì)中小型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的三維集合造型、曲面擬合以及數(shù)控加工工藝方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析與描述，并提出了相應(yīng)的加工與保障方法，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)從業(yè)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片；幾何造型；數(shù)控加工；探討

1 概述

在水輪機(jī)中重要的一個(gè)部件就是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片，它是不可忽略的一部分，它在加工制造上相對(duì)比困難大，這是由于其翼型是比較復(fù)雜的空間曲面組合而成的。這就給其加工上帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。在以往的加工工作中，通常使用鑄件人工對(duì)照樣板來(lái)進(jìn)行鏟磨，雖然這樣的方式較為傳統(tǒng)，具有很多優(yōu)點(diǎn)但其缺憾之處也是不可忽視的。比如，這種傳統(tǒng)的加工方法耗費(fèi)的勞動(dòng)力較大，所需勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)高，并且其工作環(huán)境無(wú)法得到保障，導(dǎo)致效率低下。這也給產(chǎn)品的質(zhì)量帶來(lái)了一定風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法得到保障。葉片的質(zhì)量有著十分重要的影響，其關(guān)系到整個(gè)機(jī)組振動(dòng)，空蝕，水利效率等等。其中手工鏟磨是數(shù)控加工中首先要解決的問(wèn)題，從這方面進(jìn)行提高能夠?qū)a(chǎn)品質(zhì)量有效提高。

2 葉片的幾何造型

引進(jìn)美國(guó)公司的PersonalDesigner Revision 6.0和Personai Machinist Revision5.0是一個(gè)圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)，具有良好的用戶開(kāi)發(fā)界面，它能用nurbs（非均勻有理B樣條）方法，提供精確單一的幾何模型，以及統(tǒng)一的曲面與實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？梢岳胣urbs方法來(lái)表示二次曲線、曲面，并且利用這種方法進(jìn)行的描述可以調(diào)節(jié)參數(shù)，運(yùn)用起來(lái)非常的靈活方便，對(duì)控制曲線曲面的形狀非常有用。

3 葉片的裝夾與定位

3.1 葉片裝夾的工裝

葉片的定位與裝夾是數(shù)控加工中的重要環(huán)節(jié)，在具體的加工工作中還需注意幾個(gè)坐標(biāo)系的位置，要保證機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及編程坐標(biāo)系的重合度。當(dāng)三者重合后，對(duì)于葉片的加工才能更加精準(zhǔn)，否則想要加工出全部葉片則會(huì)有些困難?？衫贸尚吞ゾ吆忘c(diǎn)定位裝夾方法并根據(jù)葉片與胎具的對(duì)應(yīng)面，可編制出胎具上曲面的加工程序以及葉片曲面的加工程序，在同一坐標(biāo)系下完成。為了能夠更好地確保在裝夾后葉片在坐標(biāo)系的統(tǒng)一，可按照胎具曲面加工程序加工好胎具，并設(shè)置好機(jī)床的對(duì)刀位。毛坯在成型面上比較容易產(chǎn)生過(guò)定位，而對(duì)于這個(gè)情況的改進(jìn)則需要先對(duì)胎具進(jìn)行一定的修改，并確定方法?？衫镁植啃兔纥c(diǎn)定位結(jié)合的措施，并粗定位葉片，調(diào)整每一個(gè)定位點(diǎn)，從而使得葉片與胎具能夠較大貼合的更為緊密，并可作為靠模基準(zhǔn)。這樣利用點(diǎn)和局部姓面的胎具來(lái)裝夾與定位，裝夾速度迅速，并可靈活調(diào)整。這種措施可以稱之為在加工中小型葉片中效率較高的措施。加工完成一面后，剩余一面的加工葉片則反轉(zhuǎn)一百八十度，放于成型胎具內(nèi)。這樣一來(lái)，葉片、胎具可貼合精準(zhǔn)，定位準(zhǔn)確，裝夾迅速。

3.2 葉片定位誤差的檢測(cè)

葉片裝夾定位誤差需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)進(jìn)行，只有誤差符合標(biāo)準(zhǔn)才能夠繼續(xù)下一步也就是切削。如果誤差超出所規(guī)定的范圍還強(qiáng)行進(jìn)行切削的話則會(huì)導(dǎo)致加工余量不足，無(wú)法完成加工工作。由于在線測(cè)量系統(tǒng)缺乏，可利用較為簡(jiǎn)單的措施開(kāi)展葉片毛坯裝夾之后的定位誤差檢測(cè)，并進(jìn)行估算。下面說(shuō)到的這種方法較為簡(jiǎn)單，通?？梢詫⒄`差控制在小于2.5mm內(nèi)，能夠滿足要求。這是利用葉片木模圖所得到的邊界上的4個(gè)尖點(diǎn)距離軸心位置，確定虛擬軸線，從而得出葉片的空間位置。將這4點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到與機(jī)床坐標(biāo)系相同的直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而得到每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。這種利用坐標(biāo)軸測(cè)四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)值的辦法盡管還存在一定問(wèn)題，但已經(jīng)能夠滿足要求。除此之外，還有一種方法也能控制誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，可滿足毛坯定位要求。這種方法則是利用從出水邊和進(jìn)水邊外的加工程序檢出。這個(gè)方法在數(shù)值上一樣不能夠十分精準(zhǔn)，但卻能對(duì)加工過(guò)程有大概的呈現(xiàn)，具有一定效果。

4 加工程序的形成

強(qiáng)勁的前置處理能力和通用后置處理能力是PD6/PM5所能提供的數(shù)控能力。它能夠在葉片幾何模型完成后確定出裝夾與定位的方式，如果坐標(biāo)系能夠統(tǒng)一，那么還可對(duì)程序進(jìn)行編制與加工設(shè)計(jì)。利用ISO加工方法來(lái)確定走刀方式、加工步距、步長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速等等。自動(dòng)生成道具軌跡，如若想觀看到動(dòng)態(tài)模擬加工的情形可以通過(guò)大屏幕顯示器來(lái)觀看，一目了然。切削曲面的參數(shù)線分布是曲面參數(shù)線加工方法的主要特點(diǎn)，同時(shí)作為坐標(biāo)數(shù)控加工，生產(chǎn)刀具的重要措施。它的優(yōu)勢(shì)在于能夠令刀具沿參數(shù)化方向切削。這樣可以使應(yīng)用更為便捷。

5 加工程序的傳遞

將已完成的加工程序通過(guò)DNC通訊傳達(dá)到機(jī)床，機(jī)床得到指令后可按照程序來(lái)工作，如果遇到葉片加工程序比容量要大的情況，則需分為多次進(jìn)行傳遞，從而完成整個(gè)交工過(guò)程。此外，還可將加工程序分為幾段來(lái)進(jìn)行工作。每段都擁有獨(dú)立的加工程序。按照規(guī)定的順序來(lái)確定正確的加工順序，按照正確順序分時(shí)段地將程序段推送到機(jī)床程序存儲(chǔ)器，保證加工的順利進(jìn)行。

6 加工精度及檢測(cè)

通過(guò)對(duì)試加工葉片進(jìn)行靠樣板檢查，正背面平均間歇零點(diǎn)五毫米，表面的粗糙度為6.3μm，而鏟磨葉片所要求的靠樣板平均間歇要控制在1.6毫米以內(nèi)，為優(yōu)等品。加工后質(zhì)量有明顯提高，唯一不足為表面稍微粗糙。想要改進(jìn)表面的粗糙程度可通過(guò)減少加工步距來(lái)實(shí)現(xiàn)，加工時(shí)間較長(zhǎng)，效率低，因此要選擇合適的加工參數(shù)不但能夠滿足加工精度還能夠滿足工作效率。加工后通過(guò)鏟磨消除刀紋，也可提高其表面粗糙度。

7 結(jié)束語(yǔ)

想要提高水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量以及水輪機(jī)整體質(zhì)量，則需要通過(guò)利用葉片數(shù)控加工的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然，在葉片加工上已經(jīng)獲得了不小的進(jìn)步，但在實(shí)際工作環(huán)節(jié)中還存在著一些問(wèn)題有待解決，從而不斷提高工作效率。首先，要提高葉片加工的裝夾工裝對(duì)效率的影響，葉片的裝夾工作占用時(shí)間較長(zhǎng)，在裝夾定位和準(zhǔn)備時(shí)間使整個(gè)加工時(shí)間的三分之一。對(duì)于這一點(diǎn)，可以通過(guò)改進(jìn)采用局部型面以及點(diǎn)定位的方法來(lái)提高裝夾速度，可對(duì)小批量生產(chǎn)上有一定的提高，但是此種方法是否存在局限性還有待探討。比如，在大型葉片上這種方法能否發(fā)揮有效作用，還需拭目以待。其次，加工余量對(duì)于加工效率同樣有著十分重要的影響。所以在加工余量的選擇上要盡量適當(dāng)。尤其是在葉片裝夾定位較為精準(zhǔn)的時(shí)候，適當(dāng)選擇加工余量，能夠在粗銑時(shí)提高切削速度，使加工效率更高。最后，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)劣是影響加工精度和加工效率的重要因素之一，數(shù)控系統(tǒng)較好，對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度就快，機(jī)床加工的連續(xù)性也會(huì)相對(duì)較好，加工后的表面質(zhì)量也會(huì)相對(duì)提高。另外，還要保證系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器有足夠的容量，以免加工程度分段過(guò)多浪費(fèi)時(shí)間。

綜上所述，數(shù)控設(shè)備加工水輪機(jī)葉片是可行的，其水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量也有了顯著提高。但在其實(shí)際操作中還存在一些問(wèn)題與不足，以待解決與完善，這也是工作人員需要不斷研究與分析的。

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