冲击式水轮机转轮水斗整体数控加工工艺及编程技术的研究.doc

冲击式水轮机转轮水斗整体数控加工工艺及编程技术的研究 40冲击式水轮机转轮水斗整体数控加工工艺及编程技术的研究2010.№3 冲击式水轮机转轮水斗整体数控加工工艺 及编程技术的研究 王波1,2,刘献礼,杜金成,徐雷,岳彩旭 (1.哈尔滨电机厂有限责任公司,哈尔滨150040;2.哈尔滨理工大学,哈尔滨150080) [摘要]本文以某电站节圆直径为1.74m,最大外径2.048m的21个斗的原型机水斗转轮为依托,对材质 为0Cr13Ni4Mo的实际转轮开展示范验证,提出了一整套冲击式水轮机整体转轮加工工艺方案,开发了专用 工装,优化了加工工艺参数.应用振动学及金属切削原理结合CAD/CAM/CAE,技术,解决了超长刀柄切削 的振动抑制,刀位规划时的约束及轨迹干涉问题. [关键词]冲击式水轮机;转轮;插铣;振动抑制;数控加工 [中图分类号]TK730.6[文献标识码】B[文章编号]1000.3983(2010)03-0040-05 ResearchOUIntegralCNCMachiningProcessandProgrammingTechnology f0rRunnerofPeltonTurbine WANGBo,LIUXian.1i,DUJin.cheng,XULei,YUECai.XU2 (1.HinElectricMachineryCompanyLimited,Harbin150040,China; 2.HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbinl50080,China) Abstract:ThisstudyiSbasedonaPeltonwheelwith21bucke~,1.74mofpitchdiameterand 2.048mofmaximumdiameter~anditcarriesoutvalidationforactualwheelwhosematerial characteristicisOCr13Ni4Mo,alsoitproposesasetoftechnologyprogramformachiningPelton turbine,developsadedicatedtoolingandoptimizestheprocessingparameters.Combining vibrationtheoryandmetal-cuttingprinciple,Ⅳit11CAD/CAM/CAEtechnology,thisstudysolvesthe problemoflongshankvibrationincuttingprocess,anditalsosolvesproblemsofconstraintsand pathinterferenceissuesintoolpositionplanning. Keywords:Peltonturbine;Peltonruner;plungemillingprocess;vibrationsuppression;NCmachining 1概述 冲击式水轮机具有结构简单,效率平缓,使用水 头高,抗泥沙磨蚀性能好等优点,因此,国内外在 100.1770m水头范围内,广泛选择冲击式机组.冲击 式水轮机转轮也称水斗(如图1所示),目前国内外水 斗有三种制造工艺:整铸打磨,整铸数控加工,整锻 数控加工.以往,国内生产厂家大都采用整铸打磨成 型,其水斗型线误差大,性能难以保证.由于制造缺 陷,断斗现象时有发生,给水电站造成巨大损失.转 轮整体锻造后数控加工,不仅可以保证水斗的型线和 尺寸公差,保证其水力性能,还能有效防止断斗现象, 延长转轮的使用寿命. 2冲击式转轮制造的发展历程 2.1非数控加工 在上世纪7O年代前,受铸造技术的限制,水斗式 转轮常见的形式为装配组合方式,如图2a所示.其优 点是容易铸造,个别水斗损坏时换修方便.但把合螺 栓承受巨大的脉冲载荷,容易断裂.随着焊接技术的 发展,逐渐出现了铸焊转轮,如图2b所示.但是焊接 质量直接关系到转轮的寿命,在使用过程中易出现裂 焊或者应力集中等现象.铸造技术的发展促进了整铸 转轮的出现,如图2c所示.其加工过程为先铸造转轮 毛坯,然后利用样板手工打磨转轮的水斗.铸件的强 度和质量决定水斗的使用水头,在运行过程中,往往 会出现断斗现象. 图1冲击式水轮机转轮的水斗 大电机技术41 随着CAD/CAM技术,刀具技术,金属切削技术 和数控机床的发展,数控加工的水斗结构应运而生. 需■ 图2水轮机转轮非数控加工结构 2.2数控加工 在数控加工转轮技术出现初期,由于尺寸限制, 水斗不能一次成型,经历了分铸和微焊两个过程,即 数控加工和焊接组合,如图3a所示.这种结构虽然降 低了数控加工