大型轴流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术

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1、第%&卷第!期东方电气评论:;<.%&0;.!!""%年1月+2034*03+5*0657503890=>?.!""%大型轴流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术!%!!华中理工大学赖喜德东方电机股份有限公司王贞凯摘要介绍东方电机股份有限公司开发的采用五轴联动数控加工大型轴流式水轮机转轮叶片的数控加工工艺，叶片的三维造型及计算机仿真加工编程、工装、刀具及金属切削技术，以及叶片三维测量等关键技术。该加工技术已成功地应用于直径为!&.$/的高坝洲电站轴流式机组的整机全套叶片加工，为国内制造厂首次整机和整个电站水轮

2、机叶片全部采用数控加工。关键词水轮机叶片)*+,)*-数控加工计算机仿真五轴联动维造型、计算机仿真模拟加工、五轴联动%引言)0)技术、复杂的金属切削技术、三维曲面型面测量及定位技术以及毛坯制造等。国外水轮机转轮是水轮发电机组的心脏，其一流的发电设备制造公司，在$"年代就开转轮叶片的制造技术和制造质量直接影响机始投入了大量的人力和财力进行相关的研究组运行的水力性能和机组的可靠性。水轮机与开发。因技术难度较大，现仅有几家公司转轮叶片是非常复杂的雕塑曲面体零件，在掌握了该技术，并极为保密，以此作为市场大中型机组

3、制造工艺上，长期以来采用的竞争的有力技术手段，也是保证水轮机水力“砂型铸造—砂轮铲磨—立体样板检测”的性能的有效技术手段之一。随着举世瞩目的制造工艺，不仅生产效率低，叶片型面精度三峡工程兴建，大型水轮机叶片数控加工技难以保证，而且手工砂轮铲磨的劳动强度术的研究与开发，也作为三峡机组制造技术大，工作环境恶劣，已不能满足技术进步的中非常关键的项目之一，经过严格的评审，要求，也不能有效地保证叶片型面准确性和被纳入国家自然科学基金会、机械工业发展制造质量，更不能满足当今发电设备市场竞基金会联合资助的重大项目，成为

4、其中的内争的要求。大型水轮机叶片的五轴联动数控容之一，受到两基金会的资助。同时也是国加工工艺技术是当今世界发电设备制造业中务院三峡建设委员会委派的三峡机组攻关项的关键技术之一，也是当今机械加工技术中目。研究开发大型水轮机叶片五轴联动数控的尖端技术。它涉及到计算机辅助产品的三加工工艺技术，对三峡机组制造，对整个水收稿日期：!"""#"$#%&!%受国家自然科学基金会和机械工业发展基金会联合资助项目。!!毕业于华中理工大学，%’$!年获工学学士学位，%’$(年获工学硕士学位，现为华中理工大学在职博士生。从事水

5、轮机水力设计、)*+,)*-及数控技术应用研究与开发，多个项目获科技进步奖，发表论文!"多篇。第!期赖喜德等大型轴流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术)(<轮机制造行业的技术进步，对提高我国水电决定以叶片旋转轴线和法兰端面作为定位基设备制造业的市场竞争力都有着重要的意准。叶片有多张曲面需要加工，大过流面采义。东电公司针对大型叶片数控加工中的相用五轴联动铣削加工，沿*-./-012（流关技术进行了研究与开发，并成功地用于高线）“345623”走刀。为了解决加工过程中坝洲电站大型轴流式水轮机叶片制造。此为机床碰

6、撞问题，对于叶片正背面大面分区国内首次整机全部采用数控加工叶片。其关域，采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制键在于成功地应用了计算机仿真加工技术。方式来加工。区域的划分原则是在不碰撞的条件下尽量采用大直径的曲面面铣刀加工。!大型轴流式水轮机叶片的结由于机床的17铣头法兰直径为!)#!’%，构特点区域的划分必须借助于后述的仿真加工多次模拟来决定。毛坯余量分布很不均匀，采用高坝洲机组是一个高水头轴流式机组，多次粗铣和一次精铣。整个加工方案必须采其水轮机转轮直径为!"#$%。叶片从进水边用仿真加工技术在计算机上仿

7、真验证，在修到出水边扭曲度大，叶片背面轮缘带有外裙改完善的基础上来制定，否则在加工中可能边，叶片轮毂侧带有很大的内裙边。内裙边会出现很多预想不到的问题。在法兰球面区为恒!（正面!!&"#!%%，背!"#装夹定位与夹具面!!’!#(%%）过渡曲面，从法兰球面区至以叶片旋转轴心线为基准，在叶片轮缘进、出水边的曲面!沿空间曲线变化过渡上焊工艺轴，粗车法兰端面，然后在工艺轴到零。叶片法兰至外缘直径为!))$(%%。和法兰端面打两顶尖孔。相应的夹具采用两由于该叶片与一般轴流式叶片在结构上相比顶尖座，一为固定顶尖座，

8、置于法兰端；另有一些特殊性，这给加工工艺和仿真加工编一为轴向可调顶尖座，置于轮缘上的工艺轴程造成了更大的难度。高坝洲水轮机叶片如端。在法兰端面标记有叶片加工位置（相对图)所示。设计位置8)(9，由后述仿真加工确定）。利用夹具和标记，借助机床的功能，找正到加工位置，确定工件零点，并在加工面的反面上焊拉耳，采用通用的千斤顶和拉杆拉压夹紧。该套夹具简单易行，可通用于轴流式叶片加工。!"$加工部位与加工区域的划分轴流式叶片加工部位有叶