[发明专利]基于铸造毛坯的大型水轮机叶片多轴联动数控加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型水轮机叶片数控加工方法，特别涉及一种基于铸造毛坯的大型水轮机叶片多轴联动数控加工方法。

背景技术

水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的优劣对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造—砂轮铲磨—立体样板检测”的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用的多轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术，大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程，其关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体转轮叶片的多轴数控加工成为可能,这将大大推动我国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业向着先进制造技术发展奠定基础。但是目前在大型水轮机叶片的多轴联动数控加工技术中主要存在以下问题：

1）巨型水轮机的铸造毛坯余量极不均匀，且曲率变化很大，现有技术是在叶片的正、背面按照10×10网格布点测量，将测量点与叶片理论模型进行适配，确定最佳的加工位置。采用此方法存在的主要缺点：曲率较大区域和叶片表面的凸凹区域的毛坯状况不能准确掌握；毛坯的实体状况受人为因素和技术条件影响很大，没有办法得到毛坯实体。

2）现有技术是基于理论模型进行刀位轨迹规划，对巨型叶片的各制造特征进行分区域加工。在巨型叶片的多轴联动加工中，所生成刀位只能以理论模型作为参考生成刀位，刀位的可操作性较差，并且空刀位较多，影响了加工效率。

3）现有技术中机床操作者按照数控技术文件进行分区域加工，由于叶片余量极不均匀，对部分余量较大区域的加工还需进行多次抬刀处理，即对毛坯测量数据进行余量估算，确定整个加工区域的抬刀量，造成局部区域存在多次空走刀现象；粗加工过程中，部分切削工艺参数只能按理论值设定，而实际切削条件受毛坯状况影响很大，造成刀片使用寿命低和机床有效利用率低等现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于铸造毛坯的大型水轮机叶片多轴联动数控加工方法。本发明方法可得到准确的数控加工用毛坯实体计算机模型，对毛坯实体可进行灵活的预处理；刀位轨迹空刀较少，加工效率高；刀位可靠，减少了质量事故；机床切削状况好，有效利用率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于铸造毛坯的大型水轮机叶片多轴联动数控加工方法，所述方法步骤包括：

A、采用大型三坐标检测机对水轮机叶片毛坯进行三维坐标检测，运用扫描仪对叶片毛坯进行点云采集；

Ｂ、根据步骤A中得到的叶片毛坯三维坐标数据和点云数据，计算机对叶片毛坯的三维坐标数据和点云数据处理后生成叶片实体毛坯的计算机模型；

Ｃ、基于步骤B中得到的叶片实体毛坯的计算机模型对巨型水轮机叶片的毛坯实体通过数控编程进行粗加工，规划刀位轨迹，并进行机床模拟切削仿真；再基于粗加工过程的残留毛坯实体对叶片进行精加工，规划刀位轨迹，并进行机床模拟切削仿真。

其中，所述步骤B中，计算机依次通过点云处理技术、曲线曲面生成技术和毛坯实体生成技术对叶片毛坯的三维坐标数据和点云数据进行计算处理后生成叶片实体毛坯的计算机模型。

所述步骤C中，粗加工采用型腔铣，运用截平面法定义切削层，采用环切法生成每一截平面的刀位轨迹，粗加工工艺参数主要包括切削深度、切削边界条件、刀具参数设置、加工精度、步距。

所述步骤C中，精加工以粗加工留下的残留材料为毛坯，设置最小材料去除量、切削深度、加工余量参数，设置叶片中部平坦区域的刀位处理方法按残留高度法进行，叶片其余区域采用等高轮廓铣生成刀位轨迹。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明利用三维实体造型技术，采用大型三坐标检测机对水轮机叶片毛坯进行三维坐标检测，运用扫描仪对叶片毛坯进行点云采集，根据得到的叶片毛坯三维坐标数据和点云数据计算生成叶片实体毛坯的计算机模型，可得到准确的毛坯实体数控加工用毛坯计算机模型，对毛坯实体（如曲面的突变区域）可进行灵活的预处理。