加工轴流式水轮机叶片用数控刀具的研制

　　水轮机转轮叶片是一种形状复杂的雕塑曲面体零件，制造难度很大，国内过去通常采用“砂型铸造→手工铲磨→立体样板检查”的传统制造工艺，加工效率低，劳动强度大，且叶片型面精度难以保证。目前国外已应用计算机仿真加工技术实现了水轮机转轮叶片的五轴联动数控加工，从而大大提高了加工效率和叶片型面加工精度。 

　　刀具的选用

　　选用加工叶片数控刀具时需考虑以下因素：

　　刀具几何形状应能适应凸曲面和凹曲面的加工，应具有良好的切削性能及断屑、排屑性能。

　　选用刀具时除应根据机床功率、铣头转速、叶片材质等对刀具、刀片的有关参数进行计算外，还需要对刀片、刀杆、铣头等进行仿真加工验证和干涉检查验算。

　　可选用不同直径的刀具进行仿真加工验算，在机床功率、刚性、铣头转速足够的条件下，尽量选用大直径刀具，以提高加工效率。

　　经过设计计算及仿真加工验证，选定以下4种刀具加工高坝洲机组叶片：①60°D200面铣刀盘，用于粗铣叶片表面；②D100玉米铣刀，用于加工叶片进、出水边及外缘；③D100球头铣刀，用于加工叶片表面与法兰球面间过渡曲面；④D125R面铣刀，用于精铣叶片表面。

　　刀片的国产化研制

　　加工叶片使用的进口刀片虽然性能优良，但消耗量大，价格昂贵，有必要进行国产化开发。进口刀片全部为加工不锈钢材料的涂层刀片，且刀片几何形状复杂。如60°面铣刀片采用曲面15°大前角；玉米铣刀片一面带3个分屑槽，另一面带2个分屑槽；R面铣刀片的前刀面带有复杂纹路。因此刀片模具的开发难度很大。国产化刀片必须满足以下要求：①材质好，适合叶片加工；②形状精度和尺寸精度高，可满足加工要求。

　　经过对加工能力的认真考察，我们选择株洲硬质合金厂进行刀片的国产化开发。开发的具体刀片牌号为：CN35160°面铣刀片；CN351玉米铣刀片；CN351球头铣刀片；YB235R面铣刀片。国产化刀具及刀片经生产使用，效果良好，证明国产化研制是成功的。

　　刀具的修复

　　在生产过程中，球头铣刀损坏严重，消耗量很大。这种刀具进口单价近2万元人民币，为降低加工成本，有必要对损坏的球头铣刀进行修复。

　　首先对刀具缺损部分进行补焊，然后用砂轮机磨出刀具外形轮廓，用旋风锉修锉刀座部位。为纠正焊接变形，还需用M3.5丝锥将刀片压紧螺钉孔重新攻丝。虽然修复后的刀具精度不如原装刀具，但完全可以满足加工要求。

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