太浦河泵站叶片数控机床加工

1、太浦河泵站叶片数控机床加工             摘要太浦河水泵是国内最大的斜轴伸式水泵，叶轮直径4.1m，叶片加工技术要求很高，采用数控机床加工方式，叶片表面型线和精度均超过招标文件的要求。 关键词叶片 数控机床加工 型线 表面精度 水泵叶片材料采用ZG0Cr13Ni4Mo。其化学成分见表1，物理指标见表2。表1          ZG0Cr13Ni4Mo材料化学成分化学成分含量（%

2、）表2         ZG0Cr13Ni4Mo材料物理指标a：叶片固溶处理（不锈钢）b：叶片表面随形磨、打磨c：按叶片坐标，三坐标工具检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线d：钻两端中心孔e：粗加工叶片柄部f：探伤检查g：精加工叶片柄部h：钻定位孔或铣键槽I：叶片称重分组和转子体装配j：加工叶片外球形k：校静平衡常规加工的叶片表面有两种处理方式。对小型水泵，叶片铸造时表面不留加工余量，叶片精度主要由木模和铸造精度来保证，变形量比较大，叶片表面极个别处（约12处）最大变形可达到56-12mm（根据叶片大小和叶型厚度）

3、。对大型或重要的水泵，叶片铸造时表面留34mm加工余量，在探伤检查后，叶片表面多次采用坐标检测和打点，对其用砂轮进行手工表面打磨，重新划叶片零度线，以达到设计要求。叶片表面的精度主要由操作工及测量手段保证，一般能达到1.5mm，有一定的误差。该方法采用坐标投影测量（游标精度0.02mm、实测经济精度0.5mm）。         3.2 数控机床加工a：叶片固溶处理（不锈钢）b：叶片表面随形磨、打磨c：按叶片坐标，坐标投影检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线d：钻两端中心孔e：粗加工叶片柄部f：叶片坐标检测、记录、

4、重新划叶片零度线g：探伤检查h：精加工叶片柄部I：钻定位孔或铣键槽j：叶片坐标检测、记录k：叶片表面数控加工l：叶片称重分组和转子体装配m：加工叶片外球形n：校静平衡与常规叶片加工方式相比，数控机床加工方式增加了叶片表面坐标检测和数控加工的工艺流程。数控机床有三轴、四轴、五轴几种形式。三轴数控机床仅有X、Y、Z三个坐标，铣刀位置不调整，宜加工一般要求的工件。四轴和五轴数控机床除有X、Y、Z三个坐标外，还有刀头旋转的坐标，可以调整加工误差，工件加工精度很高。数控机床在加工方法上又有2.5轴、三轴联动、四轴联动、五轴联动的不同加工。运转速度上又可分为传统的低速铣床和现代的高速铣床。数控机床配置有C

5、AD/CAM/CAE软件，可以按设计的曲面型线，仿型加工。数控加工采用不同的加工方式和加工工艺，其达到的精度、效果也不相同。3.3 两种加工方式比较虽然传统的低速铣床也可加工叶片的曲面，但难以控制叶片的型线，尤其在叶片比较薄的地方，传统的低速铣床在切削力的作用下，产生振动和弹性退让，降低了加工精度。一般传统三轴铣床加工表面粗糙较差和存在着加工死角，通常在工艺上还要进行大量的表面打磨。数控机床将叶片型线输入控制箱内，可以随意控制和调整铣刀的加工，用直线、圆弧命令逼近零件，控制刀位轨迹使叶片表面的实际曲线与设计的曲线完全一致，精加工后的叶片表面不用打磨，便达到设计要求。数控机床加工的叶片型线和精度

6、，根据编制的设计程序控制加工，可以不再对叶片表面进行检测。数控机床的精度由有关部门按规定期限定期进行检验，所以它的可靠性和精度远高于常规叶片加工后的检测方式。4 太浦河水泵叶片加工太浦河泵站斜150轴伸泵叶轮直径4.1米，每个叶轮有三个叶片，每个叶片重1.95t，共18个叶片。为保证水泵叶片的加工质量，无锡水泵厂选择了富春江水工机械厂的五轴联动数控机床，它的加工效果非常好。数控机床加工的太浦河水泵叶片，叶片加工精度实测数值叶片正面波浪度0.40.8/100，集中区域0.50.8/100，并均匀分布。叶片背面波浪度0.41.2/100，其中1/100的区域占总面积的87.7%。叶片表面粗糙度1.

7、65.3m，集中分布区域2.63.8m。实测2502个点坐标，其坐标误差-3+4mm，绝对值3mm的占90.67%。按要求每个叶片重量误差39kg。实测18个叶片，重量误差035kg，其中25kg的占88.89%，10kg的占50%。坐标误差即为叶片允许误差，叶轮直径4.1m，允许误差为±6.15mm。5 数控机床加工的经济性数控机床的价格比较贵，所以加工的费用比常规加工的要高。加工费用由机床折旧费、日常维护费、操作人员和管理人员费、加工中的正常损耗如刀具、电、气、冷却液等费用构成。最简单的计算方法是单位工时价格×工时数。工时包括软件计算工时和装夹、换刀等工时。确定数控加工

8、的方法非常丰富，从2.5轴至5轴联动，速度从低速至高速、工艺变化很多，刀位轨迹变化多，为有良好的经济性，应根据不同加工件的产品质量要求，选定最优数控加工程序和经济的加工方法。比如，加工余量的确定是为了保证叶片能加工出来，应根据叶片大小、厚度，选择合适的叶片单面加工余量，太浦河水泵叶片的尺寸可放513mm余量；叶片根部、进出口边圆角等处可考虑以磨代铣降低费用。为了经济、高效又高精度的加工叶片，加工精度可通过人机交互设定。粗加工时三轴联动重切削加工去除大量表面余量，精加工时采用五轴联动高速加工，消除加工死角及薄壁处的振动和弹性退让，表面加工后不用打磨。在运行软件上可以首先用CAD三维设计、造型叶片，修改叶片表面缺陷，对表面光滑处理。然后用CAM灵活设计加工方法、确定加工参数、刀具等，进行刀轨的校核、编辑、优化、模拟仿真以获得最佳加工刀位轨迹，通过后处理程序生成加工程序。太浦河水泵的叶轮直径4.1m，每个叶片重1.95t，由于委托外厂数控机床加工，每个叶片费用近8万元。0Cr13Ni4Mo的材料比较硬，如叶片铸造余量留得比较大，将增加数控机床的加工量和加工工时数。控制叶片的铸造质量，可以控制加工费用。6 结束语太浦河水泵叶片采用数控机床加工，叶片表面取得了很高的加工精度，保证