【正文】 學(xué)號(hào) 2021440617 指導(dǎo)教師 李 亮 職稱 教 授 評(píng)閱教師 職稱 2021 年 5 月 31 日 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得重慶 科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。它的質(zhì)量好壞直接影響水輪機(jī)的效率和壽命。多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工編程則是實(shí)現(xiàn)其高精度和高效率加工的最重要環(huán)節(jié)。通過對(duì)這些技術(shù)的鏈接和研究，實(shí)現(xiàn)了 對(duì) ZDJP502LH120型水輪機(jī)葉片的 三 軸聯(lián)動(dòng) 數(shù)控 加工。 關(guān)鍵詞： 三維造型；毛胚；基準(zhǔn)；數(shù)控程序 Ⅰ 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) ABSTRACT 4 ABSTRACT Turbine runner hydrogenerating unit is the core ponent, plays will flow into mechanical energy to the important role, from the champions league, it under a ring and leaves. It39。學(xué)習(xí)及掌握工藝及工裝設(shè)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)，并運(yùn)用以前所學(xué)過的知識(shí)與理論相結(jié)合，能根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和加工生產(chǎn)的技術(shù)，擬合理的工藝方法和工藝規(guī)程方案，并且設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序?qū)Ｓ脢A具。是在專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)上，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)問題的一次實(shí)踐訓(xùn)練?？梢愿由羁痰恼J(rèn)識(shí)機(jī)械加工工藝在機(jī)械生產(chǎn)中的重要性。 大型水輪機(jī)葉片制造過程轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)與葉片制造工藝性大型軸流式轉(zhuǎn)輪都采用葉片與轉(zhuǎn)輪體分別制造的結(jié)構(gòu)。(2)上冠、下環(huán)、葉片焊為一體的整體鑄焊結(jié)構(gòu) 。整鑄結(jié)構(gòu)的混流式轉(zhuǎn)輪制造工藝差 ,以日本 Hitachi和神戶制鋼所為委內(nèi)瑞拉古里Ⅱ電站制造的直徑 7m、重 136t的轉(zhuǎn)輪為世界之最。為方便鐵路運(yùn)輸，直徑 6 m左右的轉(zhuǎn)輪也可采用左右分瓣的鑄焊結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)工藝性差，后再未采用過，國(guó)外公司曾建議三 峽轉(zhuǎn)輪用此結(jié)構(gòu)，未獲批準(zhǔn)。國(guó)外已普遍采用數(shù)控設(shè)備加工葉片，現(xiàn)有鑄造毛坯或模壓毛坯人工鏟磨成型的工藝將逐漸被數(shù)控技術(shù)所取代。數(shù)控加工葉片，一是能改善葉片表面質(zhì)量，保證葉片型線更接近理論翼型，二是可以提高工件的加工效率，三是可充分降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 葉片 材料 葉片材料要有較好的機(jī)械性能，耐空化、腐蝕和磨損，且可焊性好，價(jià)格合理。自 60年代以來，開始采用不銹鋼 0Crl3Ni4Mo，或在 20MnSi上先鋪焊一層 Cr23Ni130過渡層，再鋪焊 0Crl3Ni4Mo。北歐多用 0Crl6N5iMo，含碳量低，有更多的逆變奧氏體，焊接性能好，強(qiáng)度、韌性、塑性、抗水下疲勞和耐磨損能力均優(yōu)于 0Crl3Ni4Mo。80年代開始用 AOD爐或 VOD爐精煉鋼水鑄造葉片。精煉鋼水的硫、氮含量低，可減少葉片微觀裂紋。增加 Ni含量可提高可焊性，降低預(yù)熱溫度，當(dāng) Ni含量超過 6時(shí)，甚至可不預(yù)熱。葉片鑄造工藝有垂直造型、垂直澆注，平臥造型、垂直澆注，平臥造型、平臥澆注。將冒口從背面改為上冠、下環(huán)片，用計(jì)算機(jī)繪制葉型圖．并模擬澆鑄凝固過程，在曲率變化大的斷面采取反變形措施；在木模上粘貼玻璃鋼以提高強(qiáng)度，然后用光電經(jīng)緯儀或三坐標(biāo)劃線儀檢查型線；造型材料選用水玻璃鉻礦砂或樹脂鉻礦砂，涂料選取用醇基鋯英粉；適當(dāng)提高澆注溫度，以提高充型能力，熱處理時(shí)葉片立放。 葉片加工與測(cè)量 葉片加工方法分為砂輪鏟磨、數(shù)控加工和熱模壓成型。葉片加工與檢測(cè)詳見后文論述重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖型分析 3 2 圖型分析 從圖紙分析要設(shè)計(jì)的是一個(gè)軸流式水輪機(jī)葉片，水輪機(jī)葉片是一個(gè)不規(guī)則的復(fù)雜曲面圖形，其形狀是根據(jù)水力特性設(shè)計(jì)的，安裝在水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸尾端，水輪機(jī)葉片的作用是將水力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，然后由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。 一個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量是看他的使用壽命、工作效率對(duì)葉片的期望：工作時(shí)間長(zhǎng)、水能轉(zhuǎn)換率高、表面光滑、線型精度好。 因?yàn)樗啓C(jī)葉片要長(zhǎng)期放在水里（腐蝕）且不斷的被強(qiáng)力沖刷（磨損、裂紋）在滿足期望的條件下可選擇材料 0Crl3Ni4Mo。 逆變奧氏體是某些鋼在 As溫度以上回火后由馬氏體轉(zhuǎn)變而形成的。 為了提高轉(zhuǎn)換效率和降低磨損葉片的表面粗 糙 度應(yīng)越高越好，但考慮到現(xiàn)有技術(shù)及制造成本的要求， 設(shè)計(jì)表面粗糙度可選擇 。這些紋路會(huì)極大的影響葉片對(duì)水力的轉(zhuǎn)換效率，但又不可避免只有無限減小。 。 葉片三維模型建模困難：根據(jù) 2 維型線構(gòu)建 3 維模型造型難度大，型面與線型擬合精度難以保證，需經(jīng)多次調(diào)整才能達(dá)到要求。 加工無基準(zhǔn)面：型面為不規(guī)則 曲面找不到標(biāo)準(zhǔn)的加工基準(zhǔn)面，加工體系不好建立則零件就加工不好加工。 葉片毛胚制造方案選擇有： a、 鑄造方胚的方式通過銑銷成型制造毛胚； b、 以砂模造型鑄造毛胚； c、 通過模鍛方式制造毛胚； d、 以沖壓方式制造毛胚。 鑄造方法： .鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。 ② 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型 鑄造、陶瓷型鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。其特點(diǎn)是： 改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能； 具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率； 適應(yīng)范圍廣。 根據(jù)比較，鍛造和沖壓都需要特定的模具或者現(xiàn)代機(jī)床，而水輪機(jī)葉片制造特點(diǎn)是單件小量生產(chǎn)，因此可以選擇鑄造的方法制造毛胚，既能夠滿足葉片的物理特性也 大大降低了生產(chǎn)成本。 ： 方案 1： 傳統(tǒng)加工方式加工毛胚制造出葉片 方案 2： 數(shù)控加工方式加工毛胚制造葉片 傳統(tǒng)加工法： 先用碳弧氣刨和隨形磨床去除葉片較大的余量，再用風(fēng)砂輪機(jī)鏟磨、拋光，通過測(cè)量葉片與樣板問的間隙以及葉片厚度來檢測(cè)葉片型線 。而葉片的質(zhì)量好壞將直接影響到整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)、水力效率及空蝕等性能。 數(shù)控加工相比傳統(tǒng)加工葉片質(zhì)量，葉片型線都比傳統(tǒng)加工來得更精確，也大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而 工廠也有數(shù)控機(jī)床 ，能夠滿足數(shù)控加工條件，因此選擇數(shù)控加工。 根據(jù)葉片的特殊形狀，制造出如圖夾具： 圖 此夾具是一個(gè)規(guī)則鋼板臺(tái)，上面立式焊接三個(gè)鋼板，葉片通過點(diǎn)焊的方式焊接在每塊立式鋼板的三個(gè)可調(diào)節(jié) U型塊 上。 為了保證工件表面相對(duì)其他有關(guān)表面的尺寸和位置精度，必須滿足下述三個(gè)條件 工件在夾具中占據(jù)一定的位置 ； 夾具在機(jī)床上保持一定的距離 ； 夾具相對(duì)刀具保持一定的位置 。有如下兩種方案進(jìn)行選擇 方案 1： 可以考慮選定葉片上的 4個(gè)設(shè)定點(diǎn)，并把 4個(gè)點(diǎn)固定在夾具上 以這 4 個(gè)點(diǎn)作為重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案論證 7 定位基準(zhǔn) 。 兩種方法比較 :4 點(diǎn)定位與 3球定位相比較， 3 球定位只需要 3點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)， 4 點(diǎn)定位要進(jìn)行 4個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)調(diào)整， 4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)就在毛胚當(dāng)中，標(biāo)注很方便，而三球定位需要進(jìn)行焊接 3個(gè)球，多了一道工序 。 4 點(diǎn)定位 基準(zhǔn)點(diǎn)的確定 裝夾毛胚的難點(diǎn)在于點(diǎn)坐標(biāo)的確定。并且使毛胚與三維模型擬合后加工余量盡量均勻，使之全部符合加工要求。最后還要將葉片的四個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)及其 坐標(biāo)值明確的標(biāo)注在正，背面。第二步：把葉片放置在胎具上使位置大致正確，然后用測(cè)量?jī)x觸頭分別測(cè)量葉片的四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)在工作坐標(biāo)系的坐標(biāo)， A, B, C, D與葉片模型上的四個(gè)點(diǎn) a, b, c, d 相比較，分別用工作坐標(biāo)系中的 X,Y,Z 坐標(biāo)與模型坐標(biāo) x,y,z 相減，根據(jù)所得的差值進(jìn)行調(diào)整，按照這種方法使 4 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)在工作坐標(biāo)系的坐標(biāo)與模型上的坐標(biāo)完全相同后用電焊的方式固定葉片。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案論證 8 圖 粗 基準(zhǔn)的選擇 依據(jù) 以毛坯面作為加工基準(zhǔn) 叫做粗基準(zhǔn)， 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。所謂重要表面一般是工件上加工精度以及表面質(zhì)量要求較高的表面，如床身的導(dǎo)軌面，車床主軸箱的主軸孔，都是各自 的重要表面。 (2) 選擇不加工表面為粗基準(zhǔn) ： 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應(yīng)選擇不加工面為粗基準(zhǔn)。 (3) 選擇加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn) ： 在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，如果零件上每個(gè)表面都要加工，則應(yīng)選擇其中加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn)，以避免該表面在加工時(shí)因余量不足而留下部分毛坯面，造