水轮机转轮叶片是水轮机关键部件,其制造精度对机组的效率等水力性能有直接的影响,型面加工精度高,使水轮机出力效率提高一个百分点,都将带来长远和巨大的效益。由于叶片型面的数控加工对水轮机制造质量的优越性,已成为对机组订货的关键技术要求。数控加工的水轮机叶片,能够有效地保证叶片型面的加工精度及光顺性,从而提高水轮机的稳定性、效率及空化性。采用数控加工或模压结合数控加工的方法是目前国际上解决水轮机叶片加工制造最有效、最先进的方法,它是水轮机制造业的发展方向。

1、叶片的测量

1.1测量的目的

  对叶片型面进行准确测量,是水轮机叶片数控加工中必不可少的重要环节。在加工前,必须了解叶片毛坯加工余量的分布情况,以便确定最合理的编程加工位置。所以,在加工前对叶片型面进行测量的目的主要有两个。一是将对叶片毛坯测量的数据送到计算机中,和叶片的理论造型进行比较、调整,把理论造型和毛坯型面调整到一个加工余量分布最合理的相对位置。二是在测量后的毛坯上,标定三个找正点,以便在叶片上机床装卡找正时,以这三点为基准,进行三点找正,把编程用的叶片理论造型调整到和毛坯实际加工位置完全符合于测量时调好的最合理的相对位置上进行编程加工。在加工过程中,也须用机床所配备的测量系统,对叶片加工的中间结果进行测量,以检查加工的效果及所剩余量,是否和编程时预期的效果一致。同时,也可检查加工中叶片的变形情况及叶片是否发生意外的移动,以便及时进行调整。在加工完成后,也必须用相应的测量装置对叶片的加工结果进行测量检查,以便获取加工的最终结果数据,确定其是否符合设计要求,并为下序转轮的装焊提供实际的数据依据。

1.2测量的原理及方法

  水轮机叶片的主要工作面是复杂的三维雕塑曲面,对这种曲面测量的主要目的是要获取曲面上测点的实际位置到理论曲面的法向距离。要完成这种测量,一般的测量仪器是无法承担的。目前,国内外通常采用两种方法进行,一种是直接测量法,另一种是间接测量法。

2、机床选择

  国内外比较先进的水轮机叶片数控加工的机床多为五轴联动数控铣床。比如德国的数控龙门铣床主机功率LOOKW,工作台尺寸4.5X13M,配置了目前世界功率最大的数控万能铣头,数控系统采用SIEMENS840C,该机床具有X、Y、Z、W、U五坐标数控和A、C二旋转轴数控铣头。

3、叶片的装卡找正

  水轮机叶片是不规则的,特别是混流式叶片是没有任何基准的自由曲面,装卡找正更为困难。建议用数控机床铣轴测量装在胎具上的叶片3个定位基准点的坐标值,并在胎具上设定参照点进行找正。解决好叶片的装卡找正问题是保证叶片的加工位置和编程位置相吻合的一项重要工作。德国VOITH公司对轴流式叶片采用轴外径和法兰定位、立式装夹方式,混流式叶片采用可调转向头千斤顶定位、真空吸盘夹紧方式。真空吸盘夹紧需对吸附部位磨光预处理,其系统部件占据面积大。我们提出采用正、背面胎具定位、焊块搭焊和螺钉把合的夹紧方式,具有经济、高效、操作简便的特点,据悉挪威GE公司等也采用此方式。装夹定位方式对确定工件参考点、实施找正,对解决叶片正、背型面的错位这一技术难点效果良好。



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