大型水轮机转轮叶片的加工工艺

李吉平

摘 要：在大型水轮机的生产制造过程中，转轮叶片的加工是非常重要的一个制造环节，因为转轮叶片的加工精度将会决定其在运行中的旋转稳定性，从而会对水轮机的运行效率产生直接影响。为此，加强水轮机转轮叶片的加工质量控制，加强对其加工工艺的研究是很有必要的。现本文就重点来探讨大型水轮机转轮叶片的加工工艺。

关键词：水轮机；转轮叶片；加工工艺；精度

中图分类号：TK73 文献标识码：A

在现代工业制造技术水平不断发展的推动下，数控加工技术逐渐成为机械零件加工的重要技术方法。在大型水轮机的转轮叶片加工过程中，常常会使用龙门铣机床作为主要的数控机床。为了能够进一步的提高转轮叶片的加工精度，使其型面更加光顺，从而提高水轮机转轮的出力效率和稳定性，就必须要优化加工工艺。本文中，笔者结合自己的实践经验，对大型水轮机叶片的加工工艺及技术要点进行了分析探讨，希望能够为广大同行优化加工技术提供借鉴。

一、大型水轮机转轮叶片加工工艺的基本思路

近些年，数控加工技术不断发展，为水轮机转轮叶片的加工提供了多种加工技术方法，也为优化其加工工艺提供了良好条件。其中利用龙门铣机床作为主要的数控加工设备是当前转轮叶片加工中较为常见的加工技术。

具体来讲，利用龙门铣机床进行大型水轮机转轮叶片加工的基本加工思路如下：首先在选择好加工零件的原始铸件后将其运送到加工车间，其次铸件来料后利用胎具固定叶片，利用龙门铣机床根据图纸进行加工，粗加工留余量进行探伤，合格将工件翻身粗加工另一侧，留余量探伤，然后利用激光跟踪仪器检测型线是否符合图纸理论型线，符合后进行精铣一侧，然后工件翻身检测另一侧型线，符合后精铣。在此过程中要尤其注意做好叶片的测量、装卡找正、加工刀具选择和刀位计算等工作，以确保加工质量。

二、大型水轮机转轮叶片加工技术要点

1 叶片的测量

在转轮叶片的加工过程中，对叶片进行有效测量的非常重要的一道工序，并且这一工序应该贯穿于叶片加工的整个过程。只有这样，才能保证叶片表面的加工精度。一般来讲，水轮机转轮叶片的表面是一种较为复杂的三维雕塑曲面，测量起来难度较大，尤其是在最后的精铣过程中，对测量结果的精度要求较高，一般的测量方法和测量仪器很难满足要求。为此需要采用特殊的专业测量工具，通过直接测量或间接测量的方法完成曲面精度测量。

当然，在具体的加工过程中，首先应该对铸件，即叶片的毛坯进行测量，以确定其加工余量分布情况，便于优化龙门铣机床的编程，同时，也有利于更加合理的固定铸件在胎具中的位置，提高加工精度和效率。其次，在具体的加工过程中，也应该要进行一定的测量，主要是为了确定粗加工后的剩余量，以便于及时调整编程和工件的位置。及时的检测也有利于检测叶片是否出现了变形情况，以及时调整。最后，在加工完成之后，仍然需要进行测量以检验加工是否符合质量要求。

2 正确的在胎具上固定叶片

在利用龙门铣机床进行转轮叶片加工时，必须要正确的将叶片的毛坯固定在胎具上，也就是要进行装卡找正。由于叶片本身的形状并不规则，也没有明显的中心点，所以对其进行装卡找正，难度较大。一般应该遵循以下基本装卡原则：首先是要求胎具的强度应该足够大，因为叶片本身的自重较大，如果胎具强度不足，在加工时易出现叶片移动的问题。其次是要求胎具本身应该有较为稳定的支撑点，以便于确定叶片摆放的重心。再者，叶片装卡找正时要确保叶片的所有加工部位都在龙门铣机床的有效行程范围内。第四是要求胎具的支撑点必须要可靠，以避免叶片发生变形。第五是要求在加工过程中采取一定的减振措施。第六是胎具的装卡部位应该灵活易操作。在常规的装卡找正工作中，常常会使用胎具自身进行找正，但是实践证明这种找正方法不但无法确保找正效果，且会耽误较长时间。为此现如今多采用计算机自动三点找正的方法来进行装卡找正，效果较好。

3 合理选择加工刀具

对于转轮叶片加工而言，刀具的选择至关重要，因为若刀具选择不恰当，不但不利于保证叶片加工的精度，还可能会对龙门铣机床带来一定的不利影响。一般在大型水轮机转轮叶片的加工中，多选用硬质合金机卡刀。这种刀具耐磨、抗冲击性能好，尺寸准确，刀片可以更换，比较适合水轮机叶片的加工。刀具形状的选择要根据加工的部位来确定。刀具的尺寸（刀具直径、刃高、刀杆长度）由被加工曲面的形状来决定。形状比较平缓、曲率小的曲面，可采用直径较大的刀具，以提高加工效率。形状起伏变化大、曲率较大的曲面，可采用直径较小的刀具，以避免刀具干涉和过切。总的原则是在不发生刀具干涉的前提下，尽量采用直径较大的刀具进行加工。对于加工余量分布很不均匀的叶片可考虑采用侧刃较高的刀具，以避免加工中，局部位置发生吃刀深度超过刃高的现象。对于被加工曲面或其他曲面和数控铣头发生干涉时，可考虑采用较长刀杆的刀具进行加工。刀片的形状可根据刀具的不同及粗铣精铣的要求采用三角形、菱形、方形、圆形等不同形状的刀片。

4 刀位计算

刀位计算的主要任务是：首先选定加工坐标系，然后用三点找正法对叶片的理论造型进行找正定位。在此基础上，以提高加工效率、保证加工精度和型面质量为原则，选定刀具、确定走刀方式和刀轴控制方式，设定走刀方向和排刀方向的精度，进行刀位轨迹的计算和刀具干涉检查，最终生成为后置处理用的刀位轨迹数据文件。

结语

总之，在大型水轮机的转轮叶片加工生产过程中，加强对其加工精度的控制是非常重要的。一般合格的叶片被加工出来需要经过毛坯、粗加工和精铣三道基本工序，当然在此过程中还要尤其注意做好叶片的测量工作，确定最佳的装卡位置，选择合适的刀具，进行有效的刀位计算，以保证叶片的加工效果。

参考文献

[1]李新华，王旭. 瑞丽江电站水轮机转轮叶片加工及工艺探讨[J].机械工程师，2011（06）.

[2]王波.水轮机叶片数控加工工艺的关键环节[J].科技咨询导报，2007（12）.

[3]郭永胜，赵杰，焦丽.空间曲面叶片的数控加工[J].机械设计与制造. 2010（05）.