【正文】 g. 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 4 目 錄 由于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片是非常復(fù)雜的雕塑曲面體零件，其加工要求高，加工難度大，因此，采用數(shù)控加工方法對于有效地保證葉片型面的加工精度及光順性是有效、可靠的加工方法。學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 1 水輪機(jī)葉片的數(shù)控加工工藝及程序編制 作 者 ____ 羅林 學(xué) 校 __西南科技大學(xué) 專 業(yè) __機(jī)械制造及其自動化 指導(dǎo)教師 ___ 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 2 內(nèi)容 摘要 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟，葉片又是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的重要組成部分，其加工質(zhì)量直接影響機(jī)組運(yùn)行 的水力性能和可靠性。因此，必須高度重視并認(rèn)真做好葉片的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及程序編制工作，以確保其加工質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。本文就水輪機(jī)葉片的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及程序編制過程中所涉及的加工工藝方法選擇和工藝方案的確定、設(shè)備及工裝的選擇、工件的裝夾、數(shù)控加 工工藝參數(shù)的選擇、數(shù)控加工工藝路線的確定以及數(shù)控加工程序的編制 問題進(jìn)行如下闡述。 第一章 葉片的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) ???? ?? ???????? 6 大型混流式葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ?????? ???? ?? 6 數(shù)控加工工藝方案 ?????? ?????????? 7 來料測量 ?????? ?????????????? 8 目的 ?????? ????????????? 8 方法 ?????? ????????????? 8 數(shù)據(jù)計(jì)算 ?????? ?????????????? 8 數(shù)據(jù)逆向 ?????? ??????????? 9 對齊 ?????? ??? ?????????? 9 數(shù)據(jù)比較 ?????? ??????????? 10 數(shù)據(jù)處理 ?????? ????????????? 11 定位銷數(shù)據(jù)的確定 ?????? ??????? 11 毛坯余量標(biāo)識 ?????? ????????? 11 葉片劃檢 ?????? ??????????? 11 機(jī)床選擇 ???? ? ?????????????? 12 加工部位與加工區(qū)域的劃分 ?????? ?????? 13 加工刀具 選擇 ?????? ???????????? 14 切削參數(shù)的選擇 ?????? ??????????? 15 葉片找正、裝夾 ?????? ??????????? 16 葉片胎卡具的設(shè)計(jì)原則 ?????? ????? 17 葉片找正 ?????? ??????????? 17 三點(diǎn)找正法 ?????? ?????????? 18 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 5 裝夾 ?????? ???????????? 20 第二章、數(shù)控加工 ?????? ?????????????? 21 編程 概述 ?????? ????????????? 21 ．刀位計(jì)算和刀具 干涉檢查計(jì)算及切削仿真 ?? ?? 21 程序后置處理 ?????? ??????????? 23 程序仿真 ?????? ????????????? 24 程序修正 ?????? ????????????? 26 葉片加工 ?????? ????????????? 34 后續(xù)處理 ?????? ????????????? 36 工件的檢查 ?????? ???????????? 36 第三章、 結(jié)束語 ?????? ??????????????? 39 致謝 ?????? ???????????????????? 40 參考文獻(xiàn) ?????? ?????????????????? 41 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 6 第一章、 葉片的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟，其轉(zhuǎn)輪葉片的制造技術(shù)和制造質(zhì)量直接影響機(jī)組運(yùn)行的水力性能和機(jī)組的可靠性。大型水輪機(jī)葉片 的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)電設(shè)備制造業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是當(dāng)今機(jī)械加工技術(shù)中的尖端高技術(shù)。 大型 混 流式水輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟，轉(zhuǎn)輪葉片 又是 轉(zhuǎn)輪 的重要組成部分， 葉片是非常復(fù)雜的雕塑曲面體零件 ，以山峽水輪機(jī)葉片為例，轉(zhuǎn)輪為鑄焊結(jié)構(gòu)， 葉片 采用 Cr 不低于 13%， Ni 不低于 4%和 MO 不低于 %的不銹鋼制作 。轉(zhuǎn)輪總高約 ～ ，總重約 420～ 450t。 如圖 1— 1 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 7 圖 1— 1 X 型葉片 葉片進(jìn)水邊 長約 米，出水邊約 米，上冠 、 下環(huán)約 7 米，整個葉片背面約 36 平方米，毛坯重 2528 噸，成品重 18 噸。 數(shù)控加工工 藝方案 葉片有多張曲面需要加工，根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、加工要求、 以及葉片毛坯具體狀況仔細(xì)研究分析 ，決定 采用數(shù)控 加工方法。 葉片有多張曲 面需要加工，大過流面采用五軸聯(lián)動銑削加工，沿 FLOWLINE（ 過 流線） “RASTER （往返式） ” 走刀。區(qū)域的劃分原則是在不碰撞的條件下盡量采用大直徑的曲面面銑刀加工。由于毛坯余量分布很不均勻，采用多次粗銑和一次精銑。 來料測量 目的 在水輪機(jī)葉片數(shù)控加工中，對葉片型面進(jìn)行準(zhǔn)確測量，是必不可少的重要環(huán)節(jié)。所以，在加工前對葉片型面進(jìn)行測量的目的主要有兩個 ： 一是將對葉片毛坯測量的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中，和葉 片的理論造型進(jìn)行比較、調(diào)整，把理論造型和毛坯型面調(diào)整到一個加工余量分布最合理的相對位置。 在加工過程中，也須用機(jī)床所配備的測量 系統(tǒng)，對葉片加工的中間結(jié)果進(jìn)行測量，以檢查加工的效果及所剩余量 是否和編程時預(yù)期的效果一致。在加工完成后，也必須用 相應(yīng)的測量學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 9 裝置對葉片的加工結(jié)果進(jìn)行測量檢查，以便獲取加工的最終結(jié)果數(shù)據(jù)，確定其是否符合設(shè)計(jì)要求，并為下序轉(zhuǎn)輪的裝焊提供實(shí)際的數(shù)據(jù)依據(jù)。要完成這種測量，一般的測量儀器是無法承擔(dān)的。 數(shù)據(jù)計(jì)算 在測量中其實(shí)只是做了數(shù)據(jù)的采集工作，因?yàn)槿~片毛坯是不規(guī)則的實(shí)體，所以采集的數(shù)據(jù)未經(jīng)處理前是雜亂的數(shù)據(jù) ，必須計(jì)算整理才能得到理想的數(shù)據(jù)。實(shí)體模型是從設(shè)計(jì)部門拿來的三維數(shù)據(jù)模型，通常為 ug ,或soildedge的造型。這一過程通常在逆向工程軟件上實(shí)現(xiàn)。我廠使用的軟件是我廠與四川大學(xué)聯(lián)合二次開發(fā)的 Autocad，針對性極強(qiáng)。這樣就需要將模型不同的側(cè)面對齊變成一個點(diǎn)云，這一過程就是對齊。如圖 1— 2 所示 圖 1— 2 葉片運(yùn)點(diǎn) 為葉片正面的測量點(diǎn)，其中打上標(biāo)記的 1， 2， 3 點(diǎn)在葉片翻身測量背面時也要檢測。 數(shù)據(jù)比較 數(shù)據(jù)比較是將一個實(shí)體群組與另一個相對應(yīng)的實(shí)體群組通過將幾何實(shí)體擬合起來以達(dá)到對齊的目的。 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 11 有了上述的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在 逆向工程軟件調(diào)入三維理論數(shù)據(jù)模型與之比較，使點(diǎn)云上的各個點(diǎn)到三維理論曲面的距離平方和最小。這樣做的好處就是使建模的坐標(biāo)系和以后的加工坐標(biāo)系統(tǒng)一。 定位銷數(shù)據(jù) 的 確定 數(shù)據(jù)比較完 成后，葉片的點(diǎn)云與模型就進(jìn)行了坐標(biāo)系的統(tǒng)一，這時調(diào)入葉片的定位 銷數(shù)據(jù)，使之與模型坐標(biāo)系統(tǒng)一，為后序的找正提供重要的理論數(shù)據(jù)依據(jù)。將葉片在鑄造分廠進(jìn)行粗磨，再進(jìn)行 UT 探傷，以免有缺陷，損害刀具及浪費(fèi)工時 葉片數(shù)據(jù)比較完成后，葉片毛坯的余量也可以從模型中標(biāo)識出來，毛坯余量標(biāo)出后將數(shù) 據(jù)提供給生產(chǎn)車間，如果毛坯余量太大 ， 要進(jìn)行吹 、 電弧刨等處理去除余量；如果沒有余量或缺肉側(cè)要進(jìn)行補(bǔ)焊。 劃檢 前，先選擇測點(diǎn)，選擇原則為葉片較薄處和曲率半徑較大處；加密測點(diǎn)，測點(diǎn)越密，測量精度越高，測點(diǎn)在葉片表面呈網(wǎng)格狀分布。反饋各測點(diǎn)加工余量值，標(biāo)注于葉片表面。 大型葉片的坡口劃檢非常關(guān)鍵，尤其上冠處坡口，厚度最大，加工余量也最多，如將坡口開成方形，勢必耗費(fèi)大量工時加工坡口，因此，必須在葉片型面上劃出坡口線及鈍邊 線，按線預(yù)留出足夠余量，其余鏟磨去除。 機(jī)床選擇 目前，國內(nèi)外通常用于水輪機(jī)葉片數(shù)控加工的機(jī)床多為龍門式三軸或五軸聯(lián)動數(shù)控銑床和立式三軸或五軸聯(lián)動數(shù)控