ZDJP502-LH-120型水轮机叶片加工工艺及工装设计 毕业设计论文

ZDJP502-LH-120型水轮机叶片加工工艺及工装 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 毕业设计论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 ZDJP502-LH-120型水轮机叶片加工工艺及工装设计 院 (系) 机械与动力工程学院 专业班级 机设普2008-02 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2012年 5月 31日 学生毕业设计(论文)原创性声明 本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果，设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计(论文)作者(签字): 2012年 5 月 31 日 重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 摘 要 水轮机转轮是水轮发电机组的核心部件,起着将水流能转化为机械能的重要作用,它由上冠、下环和叶片构成。它的质量好坏直接影响水轮机的效率和寿命。而在转轮中,叶片直接起着将水流能转化为机械能的作用,承受较大的作用力，是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。 本文介绍ZDJP502-LH-120型水轮机叶片三轴联动数控加工中涉及到转轮叶片三维造型、UG数控程序生成、毛胚制造、夹具设计、定位基准的选择等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，实现了对ZDJP502-LH-120型水轮机叶片的三轴联动数控加工。数控加工的主要关键技术:叶片的曲面造型、刀具和机床运动的三维轨迹计算和仿真、三轴加工的后置数据处理、叶片曲面的三维检测、刀具选择和叶片的快速装夹找正。 关键词:三维造型;毛胚;基准;数控程序 ? 3 重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACT Turbine runner hydro-generating unit is the core component, plays will flow into mechanical energy to the important role, from the champions league, it under a ring and leaves. It's a direct impact on the quality of the water turbine efficiency and life. And in the wheel, the vane plays will directly into mechanical energy can flow of the role, bear the larger force, is the key components of the turbine energy conversion, and the hardest parts processing, at present the multiaxial linkage is to solve the numerical control processing of large sculpture surface parts of the most effective processing method. Multi-axis nc programming linkage is to realize its high accuracy and efficiency is the most important link of the processing. This paper introduces ZDJP502-LH-120 type turbine blade with three axis in the numerical control processing involves the vane of 3 d modeling, UG nc program generation, blank casts manufacturing, clamp design, the choice of the locating datum such key technology. Through analyzing the technology of links and research, the paper realize ZDJP502-LH-120 type turbine blades of the three axis linkage nc machining. Numerical control processing key technology of leaf surface modeling, cutting tool and machine tool of the movement 3 d trajectory calculation and simulation, three axis machining rear of data processing, blade surface of three-dimensional testing, tools selection and the leaves of the clamping find is fast. Keywords: Three-dimensional modelingt;Blank casts;benchmark;Nc program ? 4 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 目 录 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„I ABSTRACT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„II 1 绪 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1目的及意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 叶片制造技术概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.2.1 转轮结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2.2 叶片材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2.3 叶片铸造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2.3 叶片铸造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2.4 叶片加工与测量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2 图型分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.1加工方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2叶片毛胚制造方案选择有„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2.1 a，b两种方式都属于通过铸造方式得到叶片毛胚„„„„„„„„„4 3.2.2:c通过模锻方式制造毛胚„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2.3:d冲压方式制造毛胚„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3加工叶片选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3.1传统加工法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3.2数控加工法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.4方案选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.5 毛胚装夹选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.5.1叶片装夹基准选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.5.2确定选择方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.5.3 4点定位基准点的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.5.4 粗基准的选择依据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.6第二面加工叶片装夹及夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.6.1 叶片第二面装夹„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.6.2 第二面加工定位方案选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.6.3 叶片第二面加工基准确定原则„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.7 叶片加工精基准选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4加工工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 4.1数控加工设备选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4.2加工刀具选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5 工步及工序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 5.1刀具及参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 6 UG编程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 4 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 致 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 6 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 1 绪论 1.1 目的及意义 设计主要完成数控加工工序选择合适的数控机床、刀具及相应切削参数，设计数控加工工序专用夹具并编写数控加工程序，主要侧重对工程设计能力培训。学习及掌握工艺及工装设计的相关理论知识，并运用以前所学过的知识与理论相结合，能根据产品的技术要求和加工生产的技术，拟合理的工艺方法和工艺规程方案，并且设计数控加工工序专用夹具。同时对制定机械加工工艺规程的方法也有适当的论述。是在专业课程的理论基础上，运用专业知识解决实际生产问题的一次实践训练。培养工程实践能力，以适应现代化建设对人才的多方面需求。可以更加深刻的认识机械加工工艺在机械生产中的重要性。 1.2 叶片制造技术概况 1.2.1 转轮结构 水轮机转轮制造技术,特别是其叶片的制造技术是反映水轮机制造商竞争能力和水平的核心技术,受到世界各地的水电行业的高度重视。 大型水轮机叶片制造过程转轮结构与叶片制造工艺性大型轴流式转轮都采用叶片与转轮体分别制造的结构。混流式转轮可以采用:(1)整铸结构;(2)上冠、下环、叶片焊为一体的整体铸焊结构;(3)上冠连同上半段叶片整铸,下环和下半段叶片分别铸造后在厂内组焊。整铸结构的混流式转轮制造工艺差,以日本Hitachi和神户制钢所为委内瑞拉古里?电站制造的直径7m、重136t的转轮为世界之最。由于叶片铲磨检测困难,型线精度低,转轮重量受铸造车间起吊能力限制,已较少采用.取而代之的是上冠、下环、叶片焊为一体的整体铸焊结构，三峡左岸转轮创下世界之冠，直径10m，重量分别达416t和430t。为方便铁路运输，直径6 m左右的转轮也可采用左右分瓣的铸焊结构。因受运输限制，伏依特与阿尔斯通公司(原奈尔匹克公司)合作制造的西莫桑比克包拉一巴沙电站的直径7(12 m的转轮曾采用上下分半结构，即上冠连同上半段叶片整铸，下环和下半段叶片分别铸造后在厂内组焊退火、铲磨加工，运往工地再组焊为一体，在工地不再退火。此结构工艺性差，后再未采用过，国外公司曾建议三峡转轮用此结构，未获批准。 水轮机转轮叶片数控加工是表征水轮机制造技术达到现代先进水平的重要标志之一。国外已普遍采用数控设备加工叶片，现有铸造毛坯或模压毛坯人工铲磨成型的工艺将逐渐被数控技术所取代。随着国内大型水轮机数控加工设备的引进，叶片数控加工技术的应用开发已势在必行。数控加工叶片，一是能改善叶片表面质量，保证叶片型线更接近理论翼型，二是可以提高工件的加工效率，三是可充分降低工人的劳动强度。在转轮叶片中，混流式叶片因其曲面非常不规则、曲率变化最大等特点，导致其加工难度也最大。 1.2.2 叶片材料 叶片材料要有较好的机械性能，耐空化、腐蚀和磨损，且可焊性好，价格合理。 1 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 早期转轮材料曾用铸铁，上世纪30年代逐渐采用碳钢、合金钢。自60年代以来，开始采用不锈钢0Crl3Ni4Mo，或在20MnSi上先铺焊一层Cr23Ni130过渡层，再铺焊0Crl3Ni4Mo。法国用过0Crl7Ni4Mo，俄罗斯用过0Crl2Ni3Cu和1Crl8Ni3Mn3Cu2，后者补焊时可不预热。北欧多用0Crl6N5iMo，含碳量低，有更多的逆变奥氏体，焊接性能好，强度、韧性、塑性、抗水下疲劳和耐磨损能力均优于0Crl3Ni4Mo。还有其它叶片材料，在此不再赘述。80年代开始用AOD炉或VOD炉精炼钢水铸造叶片。AOD为氩氧精炼炉，不需抽真空，投资较低，仅适用于不锈钢;VOD为真空精炼炉，真空吹氧脱碳，适用多种钢精炼，投资较高。精炼钢水的硫、氮含量低，可减少叶片微观裂纹。碳及钒、铌等合金含量也较低，可防止氢裂纹出现。增加Ni含量可提高可焊性，降低预热温度，当Ni含量超过6时，甚至可不预热。 1.2.3 叶片铸造 由于叶片的厚度和曲率变化大，无明显凝固顺序，补缩性差，易产生缩孔缩松和扭曲变形;氧化膜粘在叶片表面易形成皱纹;铸件的气孔、夹渣、裂纹等容易引起空化和磨损，因此，提高叶片铸造技术十分必要。叶片铸造工艺有垂直造型、垂直浇注，平卧造型、垂直浇注，平卧造型、平卧浇注。平卧造型、垂直浇注J=艺容易保证叶片铸造质量。将冒口从背面改为上冠、下环片，用计算机绘制叶型图(并模拟浇铸凝固过程，在曲率变化大的断面采取反变形措施;在木模上粘贴玻璃钢以提高强度，然后用光电经纬仪或三坐标划线仪检查型线;造型材料选用水玻璃铬矿砂或树脂铬矿砂，涂料选取用醇基锆英粉;适当提高浇注温度，以提高充型能力，热处理时叶片立放。苏尔寿公司研究出了冲击式转轮微浇铸技术，先将锻坯加工至水斗根部，再用焊接机器人一层层焊出水斗其余部分，这种转轮强度高、耐磨损。 1.2.4 叶片加工与测量 叶片加工方法分为砂轮铲磨、数控加工和热模压成型。叶片检测装备有立体样板、三坐标划线仪、光电经纬仪、多轴机器人。叶片加工与检测详见后文论述 2 重庆科技学院本科生毕业设计 图型分析 2 图型分析 从图纸分析要设计的是一个轴流式水轮机叶片，水轮机叶片是一个不规则的复杂曲面图形，其形状是根据水力特性设计的，安装在水轮机的转轴尾端，水轮机叶片的作用是将水力转换成机械能，然后由发电机将机械能转换成电能。水轮机叶片是水轮机的重要组成部分。 一个产品的质量是看他的使用寿命、工作效率对叶片的期望:工作时间长、水能转换率高、表面光滑、线型精度好。 设计目标:效率高、制造成本低、在运行时平稳可靠及噪音小震动小。 因为水轮机叶片要长期放在水里(腐蚀)且不断的被强力冲刷(磨损、裂纹)在满足期望的条件下可选择材料0Crl3Ni4Mo。0Crl3Ni4Mo具有良好的抗空腐蚀性能、耐腐蚀性能和抗冲刷磨损性能，抗水下疲劳，焊接性能好，有良好的强度、韧性、塑性，存在逆变奥氏体。逆变奥氏体是某些钢在As温度以上回火后由马氏体转变而形成的。弥散分布的奥氏体可以不降低强度的情况下，改善钢的塑性和焊接性能 。 为了提高转换效率和降低磨损叶片的表面粗糙度应越高越好，但考虑到现有技术及制造成本的要求，设计表面粗糙度可选择1.6u。 因为水轮机叶片是一个不规则的复杂曲面图形，在加工时存在坡度加工，加工后会留下一些小台阶纹路如波浪型。这些纹路会极大的影响叶片对水力的转换效率，但又不可避免只有无限减小。在满足现有技术和效率的条件下允许残留刀纹波峰0.3~0.5mm. 因为叶片的形状是根据水力特性来设计的，所以较高的线型精度是提高水能转换效率的一个关键因素，根据现有技术、成本及性价比选择线型精度以0.05%D=?0.85mm。 水轮机叶片在制造过程中可能会遇到的难点: 1、毛胚制造:由于水轮机叶片毛胚是一个不规则的扭曲图形常规方法难以制造出规定 质量的毛胚 2、难以加工成成型零件:由于是不规则曲面普通的加工方法耗时费力，且加工出来的 线型精度不高。 3、叶片三维模型建模困难:根据2维型线构建3维模型造型难度大，型面与线型拟合 精度难以保证，需经多次调整才能达到要求。 4、安装难:由于型面是不规则曲面常规夹具无法夹紧，需要特制的夹具，且装夹无基 准，定位不容易。 5、加工无基准面:型面为不规则曲面找不到 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的加工基准面，加工体系不好建立则 零件就加工不好加工。 3 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 3 方案论证 3.1加工方案 方案1.以铸造方胚的方式通过铣销成型制造毛胚，再通过传统加工加工毛胚制造出叶片; 方案2.以砂模造型铸造毛胚，再通过传统加工方式加工毛胚制造出叶片; 方案3.通过模锻方式制造毛胚，通过传统加工方式加工毛胚制造出叶片; 方案4.通过模锻的方式制造毛胚，通过数控加工方式制造出叶片; 方案5.以砂模造型铸造毛胚，通过数控加工方式加工毛胚制造出叶片; 方案6.以铸造方胚的方式通过铣销成型制造毛胚，通过数控加工方式加工毛胚制造出叶片; 方案7.以冲压方式制造毛胚，再以传统加工方式制造出叶片; 方案8.以冲压方式制造毛胚，通过数控加工方式加工毛胚制造出叶片; 整个叶片的加工主要分为:1，毛胚制造，2，加工毛胚制造出成品叶片。 3.2叶片毛胚制造方案选择有: a、铸造方胚的方式通过铣销成型制造毛胚; b、以砂模造型铸造毛胚; c、通过模锻方式制造毛胚; d、以冲压方式制造毛胚。 3.2.1 a，b两种方式都属于通过铸造方式得到叶片毛胚: 优点在于铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间(零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制;零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。 铸造方法:.铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造种类很多，按造型方法习惯上分为:?普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。?特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造(如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等)和以金属为主要铸型材料的特种铸造(如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等)两类。 3.2.2:c通过模锻方式制造毛胚 4 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。其特点是: 1、改善金属的内部组织，提高金属的力学性能; 2、具有较高的劳动生产率; 3、适应范围广。锻件的质量小至不足1kg，大至数百吨;即可进行单件、 小批量生产，又可进行大批量生产; 4、采用精密模锻可使锻件尺寸、形状接近成品零件，因而可以大大地节省金属材料和减少切削加工工时; 5、不能锻造形状复杂的锻件. 3.2.3:d冲压方式制造毛胚 生产效率高;废料比其它加工少，且废料也可制成其它小零件，材料利用率高;生产量大，零件的制造成本低; 缩短工时，节省劳力，操作简单;同一模具制造出来的产品，具有相同的尺寸与形状，有良好的互换性。 根据比较，锻造和冲压都需要特定的模具或者现代机床，而水轮机叶片制造特点是单件小量生产，因此可以选择铸造的方法制造毛胚，既能够满足叶片的物理特性也大大降低了生产成本。最终选择铸造的方式制造毛胚。 3.3加工叶片选择: 方案1:传统加工方式加工毛胚制造出叶片 方案2: 数控加工方式加工毛胚制造叶片 3.3.1传统加工法: 先用碳弧气刨和随形磨床去除叶片较大的余量，再用风砂轮机铲磨、抛光，通过测量叶片与样板问的间隙以及叶片厚度来检测叶片型线。传统的加工方法是对铸件人工对照样板进行铲磨，加工工具简单成本低，但劳动强度大，工作环境差，而且效率低下，产品质量也难以保证。而叶片的质量好坏将直接影响到整个机组的振动、水力效率及空蚀等性能。 3.3.2数控加工法: 数控加工叶片，一是能改善叶片表面质量，保证叶片型线接近理论翼型，二是可以提高工件的加工效率，三是可充分降低工人的劳动强度， 但是需要数控机床。 数控加工相比传统加工叶片质量，叶片型线都比传统加工来得更精确，也大大降低了工人的劳动强度，而工厂也有数控机床，能够满足数控加工条件，因此选择数控加工。 3.4方案选择: 通过对水轮机叶片毛胚制造方法，和加工方法的论述确定出最优2种方案分别是: 5 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 方案5.以砂模造型铸造毛胚，通过数控加工方式加工毛胚制造出叶片; 方案6.以铸造方胚的方式通过铣销成型制造毛胚，通过数控加工方式加工毛胚制造出叶片; 两种方案的区别在于毛胚的铸造方法，用铸造方胚的方式得到叶片毛胚还需将方胚通过洗销才能成型，多了一步工序，因此最佳选择方案是 方案5. 3.5 毛胚装夹选择 由于叶片的特殊造型没有固定的基准平面，造成了装夹的困难，要想成功加工出来必须要确定出基础，在夹具上定位装夹。根据叶片的特殊形状，制造出如图夹具: 图3.1 此夹具是一个规则钢板台，上面立式焊接三个钢板，叶片通过点焊的方式焊接在每块立式钢板的三个可调节U型块上。 其设计原则是: 在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为夹具。 为了保证工件表面相对其他有关表面的尺寸和位置精度，必须满足下述三个条件 1、工件在夹具中占据一定的位置; 2、夹具在机床上保持一定的距离; 3、夹具相对刀具保持一定的位置。 3.5.1叶片装夹基准选择 由于叶片的特殊性 不能够选择整个型面做为粗基准。有如下两种方案进行选择 方案1:可以考虑选定叶片上的4个设定点，并把4个点固定在夹具上以这4个点作为 6 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 定位基准。 方案2:可以在叶片外焊接3个小球，通过固定3个小球的位置确定整个叶片在夹具当中的位置。 两种方法比较:4点定位与3球定位相比较，3球定位只需要3点进行对应调节，4点定位要进行4个点对应调整，4个基准点就在毛胚当中，标注很方便，而三球定位需要进行焊接3个球，多了一道工序。 3.5.2确定选择方案 选择方案1:选定叶片上的4个特定点，并把4个点固定在夹具上以这4个点作为定位基准点。 3.5.3 4点定位基准点的确定 装夹毛胚的难点在于点坐标的确定。确定方法是:首先需要进行划线检查，由专职人员使用关节臂坐标测量仪测出叶片上各个点的坐标值，然后将这些数据录入专业软件与标准的叶片模型进行分析处理，以调整叶片型线。并且使毛胚与三维模型拟合后加工余量尽量均匀，使之全部符合加工要求。同时划线人员需要将每一处的加工余量标注在对应的点上。最后还要将叶片的四个定位基准点及其坐标值明确的标注在正，背面。 基准点的坐标标注出来后需要将标出的坐标，与叶片在夹具上的坐标相对应，第一:建立工作坐标系，首先把关节臂坐标测量仪放置与夹具台水平的面上，然后用关节臂测量仪接触底座台底面较长的一条棱上的两点，确定这条线为X轴，再用测量仪触头接触底座底面较短一条棱上的两点，这条线为Y轴，再接触X与Y交点和交点所在竖直棱上确定这条直线为Z轴，原点就是X,Y,Z的交点。第二步:把叶片放置在胎具上使位置大致正确，然后用测量仪触头分别测量叶片的四个基准点在工作坐标系的坐标，A, B, C, D与叶片模型上的四个点a, b, c, d相比较，分别用工作坐标系中的X,Y,Z坐标与模型坐标x,y,z 相减，根据所得的差值进行调整，按照这种方法使4个基准点在工作坐标系的坐标与模型上的坐标完全相同后用电焊的方式固定叶片。如所采用的是3个球进行定位，其原理与4点定位相同，只是分别使电脑模型当中三个球坐标与实体夹具当中的三个球坐标重合，调整方式与4点定位相同。 7 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 图3.1关节臂坐标测量仪 3.5.4 粗基准的选择依据 以毛坯面作为加工基准叫做粗基准，选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则: (1) 选择重要表面为粗基准 : 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面，如床身的导轨面，车床主轴箱的主轴孔，都是各自的重要表面。因此，加工床身和主轴箱时，应以导轨面或主轴孔为粗基准。 (2) 选择不加工表面为粗基准 : 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，使外形对称等。 (3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 : 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。 : 以便工件定位可靠、夹紧方(4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 便。 (5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次: 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。 3.6第二面加工叶片装夹及夹具设计 3.6.1叶片第二面装夹 方案1、可以按照粗加工的方法一样直接用已经焊接的3个球体为基准，分别使模型上的点，与叶片在实体夹具上的点对应即可，此时应该注意的是，此时的3球坐标与粗加工是3球的坐标不一样，精加工基准并不是已加工好的型面，而是以3个球的坐标作为基准点。基准点的找法与叶片位置调整的方法与粗加工时方法一样，不再进行介绍。 方案2、由于每个标准的叶片的各个表面都是一样的，这里可以考虑使用加工好的面作为精基准，放置在专用胎膜上，胎膜的表面与加工好的表面能够完全吻合，由于叶片的 8 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 特点放置在胎膜上可能出现错位，所以考虑在胎膜上设计两个特殊点钻两个圆柱销孔。并且在加工好叶片的对应点钻铰孔，因此只需要把加工好第一面的叶片面放置在胎膜上，使销与销孔配合即可进行第二面加工。 3.6.2 第二面加工定位方案选择: 以3球体作为测量基准点时，测量、调整比较复杂，而第二种方法只需要制造出专门的胎膜即可，大大节省了时间，提高了效率，选择胎膜定位。 因此选择方案2进行装夹定位，夹具下图: 3.6.3 叶片第二面加工基准确定原则 以加工过的面做基准，是精基准。精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则: 1 (“基准重合”原则 为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则 。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差。 9 重庆科技学院本科生毕业设计 方案论证 2 (“基准统一”原则 当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准;齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。 采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。 3 (“自为基准”原则 当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。此外，用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等，均为自为基准的实例。 4(“互为基准”原则 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔，再以内孔为定位基准磨齿面，从而保证齿面的磨削余量均匀，且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。 (精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便 5 3.7 叶片加工精基准选择: 第一面加工完成后，即可进行第二面的加工，需要进行叶片的反面装夹。方法有两种(1)可以按照粗加工的方法一样直接用已经焊接的3个球体为基准，分别使模型上的点，与叶片在实体夹具上的点对应即可，此时应该注意的是，此时的3球坐标与粗加工是3球的坐标不一样，精加工基准并不是已加工好的型面，而是以3个球的坐标作为基准点。基准点的找法与叶片位置调整的方法与粗加工时方法一样，不再进行介绍。(2)由于每个标准的叶片的各个表面都是一样的，这里可以考虑使用加工好的面作为精基准，放置在专用胎膜上，胎膜的表面与加工好的表面能够完全吻合，由于叶片的特点放置在胎膜上可能出现错位，所以考虑在胎膜上设计两个特殊点钻两个圆柱销孔。并且在加工好叶片的对应点钻铰孔，因此只需要把加工好第一面的叶片面放置在胎膜上，使销与销孔配合即可进行第二面加工。 第二面加工定位选择: 以3球体作为测量基准点时，测量、调整比较复杂，而第二种方法只需要制造出专门的胎膜即可，大大节省了时间，提高了效率，选择胎膜定位。 加工好后用堆焊的方式填补好叶片上的销孔即完成了整个叶片的数控加工。 10 重庆科技学院本科生毕业设计 加工工艺 4 加工工艺 叶片加工工艺流程如下图: 叶片毛胚铸造 叶片装夹定位 铣叶片A面 拆装叶片 加工两个定位销孔 铣叶片B面 填补销孔 砂叶片 叶片毛胚铸造:毛胚材料选用0Cr13Ni5Mo。 叶片装夹定位:采用4点定位法并设计相应夹具。 4.1数控加工设备选择 在加工设备中有三轴、五轴数控镗铣床和五轴数控龙门铣床，但其加工 效果及效率各有利弊。三轴数控铣床就可以加工大多数形状复杂的零件，如 平面，斜面，曲面等完全可以满足生产需要，五轴数控铣床非常昂贵，大多 数小公司包括有些企业，是只需要三轴的就可以了。。 加工水轮机叶片过程中三轴数控铣床可以满足其加工精度，而且可以大 大减少生产成本，因此水轮机叶片的加工选择三轴数控铣床。 4.2加工刀具选择 叶片A面、B面需经过粗加工、半精加工、精加工，粗加工至表面粗糙 度10μm，加工余量为9.5mm.半精加工至表面粗糙度6.5，加工余量为4.5mm. 精加工至表面粗糙度度达到3.2μm，加工余量为1.5mm。砂叶片A、B面使其 表面粗糙度达到1.6μm。粗加工至精度IT11，半精加工至精度IT9，精加工 至精度IT7。 粗加工叶片选用d50mm立铣刀，d50立铣刀可以进行粗铣，去除大量毛 胚，工作效率高，而且能够满足加工精度的要求。半精加工叶片选用d36mm 立铣刀，d36mm立铣刀可以加工零件表面粗糙度至3.2μm，满足加工要求。 精加工叶片选用d10mm球头铣刀，球头铣刀可精加工各种曲面，在高温环境 下也可正常工作，满足水轮机叶片精加工的要求。 11 重庆科技学院本科生毕业设计 加工工艺 加工定位销孔时应先用钻头在设定位置钻两个孔，再用铰刀对两个销孔 进行加工，钻孔时选用d8.8mm钻头，再用d9mm铰刀进行加工。 12 重庆科技学院本科生毕业设计 工步及工序 5 工步及工序 1 叶片装夹 2 叶片A面加工 (1)边框粗加工 (2)型面粗加工 (3) 边框半精加工 (4) 型面半精加工(5) 边框精加工 (6) 型面精加工 (7) 加工定位孔 (8) 铰孔 3 叶片B面加工 (9)边框粗加工 (10)型面粗加工 (11)边框半精加 (12)型面半精加工 (13)工边框精加工 (14)型面精加工 4砂叶片 5.1刀具及参数 工件材料为不锈钢，加工刀具为硬质合金铣刀，查《金属切削与刀具实用技 v1000，23可得切削速度。铣刀转速，术》表4-n(r/min),v,(70~90)m/min,d0d为铣刀外径。 0 a,5mm粗加工:刀具d,50mm硬质合金立铣刀，齿数z=4，铣削深度，查《机p0 械加工工艺设计手册》表9-69得每齿进给量。 f,(0.15~0.10)(mm/z)z a,3mmd,36mm半精加工:刀具硬质合金立铣刀，齿数z=6，铣削深度，查p0 《机械加工工艺设计手册》表9-69得每齿进给量。 f,(0.16~0.10)(mm/z)z a,1.5mmd,10mm精加工:刀具硬质合金球铣刀，铣削深度，查《机械加工p0 f,(0.03~0.02)mm工艺设计手册》表9-67得进给量。 vv,fn/60(mm/s)f,f/z 公式: 式中z为铣刀齿数，为进给速度。 ffz d,8.9mm钻孔:刀具硬质合金麻花钻，查《金属切削与刀具实用技术》表3-80 进给量f,0.08~0.12(mm/r)，切削速度v,25~27(m/min)，钻孔深h=15mm。 d,9mm铰孔:刀具H7级硬质合金铰刀，齿数z=4。铰8.8mm孔至9mm，查《金0 13 重庆科技学院本科生毕业设计 工步及工序 v,7.5m/min属切削与刀具实用技术》表3-35得进给量 切削速度 。 f,0.10mm v,80m/min粗加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度，a,5mmd,50mmp0 n,500r/min转速，每齿进给量，进给速度，进v,260mm/minf,0.13mm/zfz 给量。 f,0.52mm v,80m/min半精加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度，a,3mmd,36mmp0 n,800r/min转速，每齿进给量，进给速度，v,624mm/minf,0.13(mm/z)fz 进给量。 f,0.78mm v,80m/min精加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度，a,1.5mmd,10mmp0 n,2500r/min转速，进给速度，进给量。 v,50mm/minf,0.02mmf v,26m/min钻孔:刀具硬质合金麻花钻，钻孔深h=15mm，切削速度，d,8.9mm0 n,900r/min转速，进给量。进给速度v,90mm/min。 f,0.1mmf铰孔:刀具H7级硬质合金铰刀，铰8.8mm孔至9mm，切削速度d,9mm0 v,7.5m/minn,300r/minv,30mm/min，转速，进给速度，进给量f 。 f,0.10mm a,5mmd,50mm(1)边框粗加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 v,80m/minn,500r/min，转速，每齿进给量，进给速度f,0.13mm/zzv,260mm/minf,0.52mm，进给量。 f a,5mmd,50mm(2)型面粗加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 v,80m/minn,500r/min，转速，每齿进给量f,0.13mm/z，进给速度zv,260mm/minf,0.52mm，进给量。 f a,3mmd,36mm(3) 边框半精加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 v,80m/minn,800r/minf,0.13(mm/z)，转速，每齿进给量，进给速度z 14 重庆科技学院本科生毕业设计 工步及工序 ，进给量。 v,624mm/minf,0.78mmf (4) 型面半精加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,3mmd,36mmp0 v,80m/minn,800r/min，转速，每齿进给量，进给速度f,0.13(mm/z)z ，进给量。 v,624mm/minf,0.78mmf (5) 边框精加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,1.5mmd,10mmp0 v,80m/minn,2500r/min，转速，进给速度，进给量v,50mm/minf 。 f,0.02mm (6) 型面精加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,1.5mmd,10mmp0 v,80m/minn,2500r/min，转速，进给速度，进给量v,50mm/minf 。 f,0.02mm (7) 加工定位孔 :刀具硬质合金麻花钻，钻孔深h=15mm，切削速度d,8.9mm0 v,26m/minn,900r/minv,90mm/min，转速，进给量。进给速度。 f,0.1mmf(8) 铰孔:刀具d,9mmH7级硬质合金铰刀，铰8.8mm孔至9mm，切削速度0 v,7.5m/minn,300r/minv,30mm/min，转速，进给速度，进给量f 。 f,0.10mm a,5mmd,50mm(9)边框粗加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 v,80m/minn,500r/min，转速，每齿进给量f,0.13mm/z，进给速度zv,260mm/minf,0.52mm，进给量。 f a,5mmd,50mm(10)型面粗加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 v,80m/minn,500r/minf,0.13mm/z，转速，每齿进给量，进给速度zv,260mm/minf,0.52mm，进给量。 f a,3mmd,36mm(11)边框半精加 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度p0 15 重庆科技学院本科生毕业设计 工步及工序 v,80m/minn,800r/min，转速，每齿进给量，进给速度f,0.13(mm/z)z ，进给量。 v,624mm/minf,0.78mmf (12)型面半精加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,3mmd,36mmp0 v,80m/minn,800r/min，转速，每齿进给量，进给速度f,0.13(mm/z)z ，进给量。 v,624mm/minf,0.78mmf (13)工边框精加工 :刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,1.5mmd,10mmp0 v,80m/minn,2500r/min，转速，进给速度，进给量v,50mm/minf 。 f,0.02mm (14)型面精加工:刀具硬质合金立铣刀，，铣削速度a,1.5mmd,10mmp0 v,80m/minn,2500r/min，转速，进给速度，进给量v,50mm/minff,0.02mm。 16 重庆科技学院本科生毕业设计 UG编程 6 UG编程 1、将水轮机叶片的PROE三位实体模型导入UG 2、用曲面偏置增厚叶片模型创建叶片毛坯 3、导入夹具使之与叶片模型相互配合 4、对毛胚进行透明化处理 5、在夹具底板上的一角创建加工坐标系原点 6、在毛胚件上面标4个点，通过计算的出其在加工坐标系中的位置 7、设置安全平面 偏置500mm 8、设置加工几何模型 9、设置第一加工区域(型面):进入几何体设定界面;选择加工边界设定图标; 指定加工顶面及加工区域;指定此次加工底面 10、设置第二加工区域(边框)进入几何体设定界面;选择加工边界设定图标; 指定加工顶面及加工区域;指定此次加工底面 11、创建刀具 12、创建第一加工刀路 粗加工: 半精加工: 精加工: 13、创建第二加工刀路 粗加工: 半精加工: 精加工 14、孔加工设置 15、后置处理导出数控加工程序 17 重庆科技学院本科生毕业设计 结论 7 结论 叶片数控加工技术充分体现了高效、精确和规范等特性，不仅给转轮焊接带来方便，也使转轮整体质量上了一个新台阶，大大增强了产品的竞争力。应综合考虑运行环境、叶片大小、设备性能、制造成本、加工效率来选择叶片的加工方法。轴流式叶片可采用铲磨或数控加工，如用数控加工也应加大刀路宽，以提高效。 叶片制造技术的改进方向包括以下方面: (1)优化铸造工艺，防止叶片铸造裂纹，提高铸造毛坯的材料性能和型线精度，减少毛坯余量; (2)合理布点，提高三坐标划线仪和光电经纬仪的检测效率; (3)选择合适的铣刀和耐磨损抗冲击刀片，适当增大刀路宽，采用高速切削，提高进给速度和切削速度，减少切削深度，以提高数控加工效率. 在近三个月的水轮机课程设计过程中，初步掌握了混流式水轮机设计方法和步骤，新学习了几种计算机辅助设计软件，同时对已能熟练使用的其他计算机辅助设计软件又有了新的认识。 不仅如此，课设也促进了同学与同学之间，同学与老师的交流，令我获益匪浅。 18 重庆科技学院本科生毕业设计 参考文献 参考文献 1 张富钦，陶喜群，曹大伟(三峡电站水轮机方案设计(东方电气评论，1997，(2):23—25 2 贺元(三峡电站水轮机制造工艺分析(东方电气评论，1997。(2):4—9 3 粱飞(大型混流式机组不锈钢叶片整体铸造工艺(铸造，2001。(5):8一l0 4 钟惠仙(大型辊流式水轮机转轮叶片制造技术的发展(大型铸锻件，1996，(2)::37—3 5 原机械部第八设计院(大电机、水轮机制造技术[R](1984( 6 吴培豪(我国水轮机的气蚀与泥沙磨损[M](1983( 7 吴思秦(五轴数控联动加工水轮机叶片[J](大电机技术，1988(5)( 8 陈昭运，薛伟(一种新的模压叶片展开方法[J](大电机技术，2000(4)( 9 闵占奎，自绍林(模压叶片混流式转轮抗磨蚀性能试验研究[J](水力机械技术，1994(4)( 10 赖喜德，王贞凯(UG CAD,CAM在水轮机叶片模压成型工艺中的应用[J](UG用户通讯，2001( 11 智忠生，毛卫和，王长生(混流式水轮机叶片数控加工工艺过程[J](大电机技术，l991(1)( 12吴钢，卢进玉，张克危(水轮机磨蚀微裂纹防护措施的研究一可控喷丸工艺[J](大电机技术，2002(1)( 13 (日本)山田光洋(应用于水力机械的金属喷涂[J](国外水力机械，1982(12)( ?Brekke(水轮机材料选择及其对设计制造试验和运行的影响[J](国外大电机， 14 (挪威)H 15 雷仲存.工业脱硫技术[M].北京:化学工业出版社，2001. 16 阎维平.洁净煤发电技术[M].北京:中国电力出版社，2002. 17 国家电力公司东北公司/辽宁省电力有限公司.电力工程师手册[M]. 北京:中国电力出版社，2002. 18 黑龙江省电力勘察设计研究院/山东电力工程咨询院.山东沾化发 电 厂 2150M W热电工程初步设计— 脱硫增补卷[R ]. 济 南:山东电力工程咨询院，2003. 19 黑龙江省电力勘察设计研究院.东莞海龙纸业5号机工程初步设 计 [R].哈尔滨:黑龙江省电力勘察设计研究院,2002 20 傅杰.数控加工案例精选,2005. 21 刘杰华，任昭蓉。金属切削与刀具实用技术.2006 22 张耀宸。机械加工工艺设计手册。1987 19 重庆科技学院本科生毕业设计 致谢 致谢 经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。本课题在选题及进行过程中得到李亮老师的悉心指导。论文行文过程中，李亮师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。李老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。我要感谢我的母校——重庆科技学院，是母校给我们提供了优良的学习环境;另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。 最后，感谢各位评委能在百忙之中对我的论文进行审察，由于本人知识有限，不足之处在所难免，还请各位评委指正。 20 重庆科技学院本科生毕业设计 致谢 21