1 引言

    大型水輪機轉輪葉片的數控加工工藝技術是表征水輪機制造達到當今世界先進水平的重要標志之一。轉輪葉片是水輪機關鍵部件，其制造精度對機組的效率等水力性能有直接的影響，型面加工精度高，使水輪機出力效率提高一個百分點，都將帶來長遠和巨大的效益。葉片的數控加工涉及多方面的高新技術，國外也僅有法國阿爾斯通、挪威克瓦納、加拿大GE、德國沃依滋、日本日立公司等對此項制造工藝成熟。由于葉片型面的數控加工對水輪機制造質量的優(yōu)越性，已成為對機組訂貨的關鍵技術要求。作為世界上最大的水利樞紐工程———也是當今國際混流式水輪機單機容量最大的三峽水輪發(fā)電機組，我廠與阿爾斯通公司合作制造一期左岸工程14臺中的8臺機組。三峽水輪機關鍵部件——轉輪葉片的數控加工技術對提高我國電站設備制造水平、邁入世界先進技術行列意義重大。

    水輪機有混流式、軸流式、貫流式等幾類，國內水輪機葉片制造長期采用砂型鑄造，經手工鏟磨成型和采用立體樣板檢測的工藝方法，近年來發(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控加工的技術。手工鏟磨的方式，不但勞動環(huán)境惡劣、勞動強度大、效率低，而且葉片型面質量差，降低了水輪機的效率。為實現葉片數控加工，我廠1987年從德國沃坦公司引進了五軸數控鏜銑床，并從瑞士FIDIS公司引進了UKLID軟件，1996年購進德國瓦德利希·柯寶公司數控龍門銑床和CAMAX軟件的引進，為數控加工葉片提供了技術保證。后繼專項對曲面造型、刀位計算、刀位干涉檢查、葉片測量、自動找正調整和加工程序的編制、工藝裝夾、加工方式和刀具系統(tǒng)配置等都進行了深入的研究，已具備五軸聯(lián)動數控加工葉片的生產和技術能力。至今已完成了混流式天生橋、柘林、新豐江和三峽水輪機葉片及軸流式木京等水輪機葉片的加工。

圖一

2 關鍵技術和工藝實施

1.葉片數控加工工藝流程   葉片數控加工工藝流程見圖1。

2.五軸聯(lián)動數控編程技術

   葉片型面測量   由于澆鑄毛坯分布的加工余量不一致，采用三維測量機進行毛坯的三維型面測量，選擇高效、便于計算機數據采集處理和基準變換的測量方法，達到余量均布的最佳裝夾位置。

   曲面造型   根據原始數據造出葉片的三維型面，滿足下一步生成數控加工的代碼程序。

   刀位軌跡計算   根據讀入葉片造型后的三維型面數據、設定加工型面，切削參量和刀具數據，進行刀位軌跡計算。

   刀位軌跡仿真和刀具干涉檢查   根據刀位軌跡在計算機上對圖形進行模擬加工，并檢查刀具干涉情況，保證真機加工時安全運行。

   后置處理   對刀位軌跡進行后置處理，生成特定機床的NC代碼加工程序。

3.加工工藝過程

   加工設備  購進德國的數控龍門銑床主機功率100kW，工作臺尺寸4.5×13m，配置了目前世界功率最大的數控萬能銑頭，數控系統(tǒng)采用SIEMENS 840C，該機床具有X、Y、Z、W、U五坐標數控和A、C二旋轉軸數控銑頭，形成五軸聯(lián)動數控加工葉片的設備條件。

   毛坯質量的控制    葉片為鑄造結構，材料為馬氏體不銹鋼。將<