轉(zhuǎn)輪葉片是水輪性能量轉(zhuǎn)換的關(guān)頭部件，也是最難加工的零件，今朝多軸聯(lián)動數(shù)控加工是解決該類年夜型雕塑曲面零件最有用的加工方式。多軸聯(lián)動數(shù)控加工編程則是實(shí)現(xiàn)其高精度和高效率加工的最重要環(huán)節(jié)。本文介紹年夜型水輪機(jī)葉片五軸聯(lián)動數(shù)控加工年夜型雕塑曲面編程中觸及到轉(zhuǎn)輪葉片三維造型、刀位軌跡計(jì)較、切削仿真、機(jī)床運(yùn)動碰撞仿真、后置變換等關(guān)頭技術(shù)。經(jīng)由過程對這些技術(shù)的鏈接和研究，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了年夜型葉片的多軸聯(lián)動加工。1、引言水輪機(jī)是水力發(fā)電的原念頭，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的制造轉(zhuǎn)輪的優(yōu)劣對水電站機(jī)組的平安、靠得住性、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行有著龐大的影響。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片長短常復(fù)雜的雕塑面體。在年夜中型機(jī)組制造工藝上，持久以來采用的“砂型鑄造――砂輪鏟磨――立體樣板檢測”的制造工藝，不能有用地保證葉片型面的準(zhǔn)確性和制造質(zhì)量。今朝采用五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)今機(jī)械加工中的尖端高技術(shù)。年夜型復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工編程則是實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化制造的最重要的技術(shù)根蒂根基，其數(shù)控編程技術(shù)是一個(gè)數(shù)字化仿真評價(jià)及優(yōu)化進(jìn)程。其關(guān)頭技術(shù)包括：復(fù)雜外形零件的三維造型及定位，五軸聯(lián)動刀位軌跡計(jì)劃和計(jì)較，加工雕塑曲面體的刀軸控制技術(shù)，切削仿真及干與檢驗(yàn)，和后處置技術(shù)等。年夜型復(fù)雜曲面的多軸聯(lián)動數(shù)控編程技術(shù)使雕塑曲面體轉(zhuǎn)輪葉片的多軸數(shù)控加工成為可能,這將年夜年夜推動我國水輪機(jī)行業(yè)的成長和前進(jìn)，為我國水電裝備制造業(yè)向著進(jìn)步前輩制造技術(shù)成長奠基根蒂根基。2、年夜型水輪機(jī)葉片的多軸數(shù)控加工編程進(jìn)程年夜型復(fù)雜曲面零件的五軸聯(lián)動數(shù)控編程比普通零件編程要復(fù)雜得多，針對水輪機(jī)葉片體積年夜而且型面曲率變化年夜的特點(diǎn)，經(jīng)由過程分析加工要求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，肯定加工方案，選擇合適的機(jī)床、u刀具/u、夾具，肯定合理的走刀線路及切削用量等；建立葉片的幾何模子、計(jì)較加工進(jìn)程中的u刀具/u相對葉片的運(yùn)動軌跡，然落后行葉片的切削仿真和機(jī)床的運(yùn)動仿真，頻頻修改加工參數(shù)、刀具參數(shù)和刀軸控制方案，直到仿真成效確無干與碰撞發(fā)生，則依照機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可接受的法式花式進(jìn)行后處置，生成葉片加工法式。其具體編程進(jìn)程如圖1所示。palign=center圖1年夜型混流式葉片的五軸聯(lián)動數(shù)控加工編程流程

2．1水輪機(jī)葉片的三維幾何建模水輪機(jī)葉片是由多張雕塑體曲面組成的曲面零件，是不能用解析方程界說這些曲面的。為了知足葉片設(shè)計(jì)的流體動力學(xué)特征要求，我們采用NURBS曲面迫近方式進(jìn)行曲面造型。對于混流式葉片這一復(fù)雜雕塑曲面體由正面、后背、與上冠相接的帶狀回轉(zhuǎn)面、與下環(huán)相接的帶狀回轉(zhuǎn)面、進(jìn)水邊曲面、出水邊曲面、進(jìn)水邊頭部曲面等組成；軸流式葉片由具有雕塑曲面的正、后背，進(jìn)水邊變圓弧半徑曲面，出水邊曲面，輪緣球面和柱面，輪轂和法蘭球面，輪緣的裙邊曲面，輪轂和法蘭與正、后背的過度曲面等組成。由于葉片沿流面描寫的三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)量太年夜，可編寫一個(gè)Grip法式讀進(jìn)這些三維坐標(biāo)點(diǎn)，對于混流式葉片采用雙三次多補(bǔ)片曲面片經(jīng)由過程自由形式特征的經(jīng)由過程曲線的方式進(jìn)行曲面造型，如圖2所示。而軸流式葉片的正、后背是按在圓柱坐標(biāo)系下給出的型值點(diǎn)，編寫一個(gè)法式將型值點(diǎn)按圓柱截面讀進(jìn)，并轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)下，沿圓柱截面線作NURBS曲線，然后放樣（LOFT）生成葉片的正、后背曲面，在此根蒂根基上，再造型出其他曲面實(shí)現(xiàn)葉片的三維幾何造型，如圖3所示。葉片的毛坯外形可從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行偏置計(jì)較處置，或從三維丈量獲得的點(diǎn)云集方式肯定對葉片的各個(gè)曲面劃分進(jìn)行NURBS曲面造型，并縫合成實(shí)體。palign=center圖2混流式葉片三維造型圖3軸流式葉片三維造型

2．2葉片加工工藝計(jì)劃加工方案和加工參數(shù)的選擇決議著數(shù)控加工的效率和質(zhì)量。水輪機(jī)葉片長短常復(fù)雜的雕塑曲面體，針對混流式水輪機(jī)葉片我們憑據(jù)要加工葉片的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)選擇年夜型龍門移動式五坐標(biāo)數(shù)控銑鏜床，憑據(jù)三點(diǎn)定位原理經(jīng)年夜量的研究分析，決議在加工后背是采用通用的帶球形的可調(diào)支持，配以葉片焊接的定位銷對葉片定位，在葉片上焊接需要的工藝塊，采用一些通用的拉緊裝配來裝夾。加工正面時(shí)，采用在加工后背時(shí)配合銑出的和后背型面完全一致的胎具，將葉片后背放進(jìn)胎具，哄騙焊接的工藝塊進(jìn)行調(diào)整找正，依然采用通用的拉壓裝配進(jìn)行裝夾。由于葉片有多張曲面組合而成,為領(lǐng)會決加工進(jìn)程中的碰撞問題，我們可采用沿流線走刀，對于葉片的正后背進(jìn)行分區(qū)域加工，憑據(jù)曲面遍地曲率的分歧采用分歧直徑的刀具、分歧的刀軸控制方式來加工。對每一個(gè)面一般分屢次粗銑和一次精銑。在機(jī)床與工件和夾具不碰撞和干與情況下，盡量采用年夜直徑曲面銑刀，以提高加工效率。葉片正后背我們選用刀具直徑Φ150曲面面銑刀粗銑、Φ120曲面面銑刀精銑，葉片頭部曲面采用Φ80的曲面面銑刀加工，出水邊采用Φ80螺旋玉米立銑刀五軸聯(lián)動側(cè)銑。憑據(jù)后續(xù)仿真情況頻頻做刀位編纂，以追求合理的加工方案。在知足加工要求、機(jī)床正常運(yùn)行和一定的刀具壽命的條件下盡量的提高加工效率。2．3葉片五軸聯(lián)動加工刀位軌跡的生成針對年夜型水輪機(jī)葉片各曲面的特點(diǎn)，進(jìn)行合理的刀位軌跡計(jì)劃和計(jì)較，是使所生成的刀位軌跡無干與、無碰撞、穩(wěn)定性好、編程效率高的關(guān)頭。由于五軸加工的刀具位置和刀具軸線標(biāo)的目的是變化的，是以五軸加工的是由工件坐標(biāo)系中的刀位點(diǎn)位置矢量和刀具軸線標(biāo)的目的矢量組成,刀軸可經(jīng)由過程前傾角和傾斜角來控制，因而我們可憑據(jù)曲面在切削點(diǎn)處的局部坐標(biāo)計(jì)較出刀位矢量和刀軸矢量。從加工效率、概況質(zhì)量和切削工藝性能來看，選擇沿葉片造型的參數(shù)線作為銑削加工的標(biāo)的目的分屢次粗銑和一次精銑，然后劃分加工區(qū)域，界說與機(jī)床有關(guān)的參數(shù)，憑據(jù)以上所選葉片的加工部位、裝夾定位方式、機(jī)床、刀具及切削參數(shù)和余量散布情況將葉片分為多個(gè)組合面劃分進(jìn)行加工。經(jīng)由過程對曲面曲率的散布情況的分析對于分歧的區(qū)域采用分歧的面銑刀。粗加工給出每次加工的余量，精加工采用統(tǒng)一直徑的銑刀，憑據(jù)粗拙度要求給定殘余高度，憑據(jù)具體情況選擇切削類型、切削參數(shù)、刀軸標(biāo)的目的、進(jìn)退刀方式等參數(shù)生成刀位軌跡?？墒菍τ谙袢~片這樣的曲率變化很年夜而又不平均的雕塑曲面零件我們還要憑據(jù)情況作年夜量的刀位編纂，而且必需進(jìn)一步經(jīng)由過程切削仿真做干與和碰撞檢查修改和編纂刀軌。數(shù)控加工仿真經(jīng)由過程軟件模擬加工情況、刀具路徑與材料切除進(jìn)程來檢驗(yàn)并優(yōu)化加工法式，在計(jì)較機(jī)上仿真驗(yàn)證多軸聯(lián)動加工的刀具軌跡，輔助進(jìn)行加工刀具干與檢查和機(jī)床與葉片的碰撞檢查，取代試切削或試加工進(jìn)程，可年夜年夜地下降制造成本，并縮短研制周期，避免加工裝備與葉片和夾具等的碰撞，保證加工進(jìn)程的平安。加工零件的NC代碼在投進(jìn)現(xiàn)實(shí)的加工之前凡是需要進(jìn)行試切，水輪機(jī)葉片長短常復(fù)雜的雕塑曲面體，開發(fā)哄騙數(shù)控加工仿真技術(shù)是其成功采用五軸聯(lián)動數(shù)控加工的關(guān)頭。在此，我們首進(jìn)步前輩行工藝系統(tǒng)分析，明確機(jī)床CNC系統(tǒng)型號、機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和尺寸、機(jī)床運(yùn)動原理和機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)，用三維CAD軟件建立機(jī)床運(yùn)動部件和固定部件的實(shí)體幾何模子，并轉(zhuǎn)換成仿真軟件可用的花式，然后建立刀具庫，在仿真軟件中新建用戶文件，設(shè)置所用CNC系統(tǒng)，并建立機(jī)床運(yùn)動模子，即部件樹，添加各部件的幾何模子，并準(zhǔn)肯定位，最后設(shè)置機(jī)床參數(shù)。接下來將葉片模子變換到加工位置計(jì)較出刀具軌跡，再以此軌跡進(jìn)行葉片切削進(jìn)程、刀位軌跡和機(jī)床運(yùn)動的三維動態(tài)仿真。這樣就能夠清晰的監(jiān)控到葉片加工進(jìn)程中的過切與欠切、刀桿和聯(lián)接系統(tǒng)與葉片、機(jī)床各運(yùn)動部件與葉片和夾具間的干與碰撞，從而保證了數(shù)控編程的質(zhì)量，削減了試切的工作量和勞動強(qiáng)度，提高了編程的一次成功率，縮短了產(chǎn)物設(shè)計(jì)和加工周期，年夜年夜提高生產(chǎn)效率，如在數(shù)控加工行業(yè)進(jìn)行推行，可發(fā)生龐大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。軸流式葉片的機(jī)床加工仿真如圖4所示，混流式葉片的機(jī)床加工仿真如圖5所示。palign=center圖4軸流式葉片的機(jī)床加工仿真圖5混流式葉片的機(jī)床加工仿真

2．5葉片刀位軌跡的后置處置后置處置使數(shù)控編程的一個(gè)重要內(nèi)容，它將我們前面生成的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合具體機(jī)床的數(shù)據(jù)。后處置最基本的兩個(gè)要素就是刀軌數(shù)據(jù)和后處置器。我們應(yīng)首先領(lǐng)會龍門移動式五坐標(biāo)數(shù)控銑鏜床的結(jié)構(gòu)、機(jī)床配備的附屬裝備、機(jī)床具有的功能及功能實(shí)現(xiàn)的方式和機(jī)床配備的數(shù)控系統(tǒng)，熟悉該系統(tǒng)的NC編程包括功能代碼的組成、寄義。然后運(yùn)用通用后置處置器導(dǎo)向模板，憑據(jù)以上掌握的常識，開發(fā)定制專用后置處置器。然后將我們已得刀位源文件進(jìn)行輸進(jìn)轉(zhuǎn)換成可控制機(jī)床加工的NC代碼。3、竣事語復(fù)雜曲面的多軸聯(lián)動數(shù)控編程是一觸及到眾多領(lǐng)域常識的復(fù)雜流程，是數(shù)字化仿真及優(yōu)化的進(jìn)程。本文介紹的年夜型水輪機(jī)葉片的多軸聯(lián)動編程技術(shù)，已用于工程現(xiàn)實(shí)年夜型葉片的數(shù)控編程中，實(shí)現(xiàn)了年夜型轉(zhuǎn)輪葉片的五軸聯(lián)動數(shù)控加工的刀位軌跡計(jì)較和加工仿真，保證了后續(xù)數(shù)控加工的質(zhì)量和效率，已作為年夜型水輪機(jī)葉片五軸聯(lián)動數(shù)控加工的編程工具用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中。參考文獻(xiàn)：[1]賴喜德?年夜型軸流式水輪機(jī)葉片五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)[J]?CAD/CAM，2000.3[2]賴喜德?年夜型“X”混流式水輪機(jī)葉片五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)[J]?軍工自動化，2000.No.4[3]賴喜德?年夜型水輪機(jī)葉片計(jì)較機(jī)三維造型及仿真加工[D]?中國科協(xié)第三屆青年學(xué)術(shù)年會論文集，中國科學(xué)技術(shù)出書社，1998.8[4]賴喜德，王貞開?混流式轉(zhuǎn)輪葉片三維造型及仿真技術(shù)[D]?第13次中國水電裝備學(xué)術(shù)計(jì)議會論文集，中國黑龍江出書社，1997.9[5]喻道遠(yuǎn)，鐘建琳，熊壯，段正澄?空間自由曲面數(shù)控編程中刀位軌跡的計(jì)較方式及存在的問題[J]?機(jī)械工業(yè)自動化1997.19（1）：21－27[6]KazuakiIwata,MasahikoOnosato,etal.VirtualManufacturingsystemsasAdvancedInformationInfrastructureforIntegratingManufacturingResourcesandActivities,[J]CIRPAnnals,1997.1(46)[7]Y.S.Lee.Mathematicalmodelingusingdifferent

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