1 引言

　　活動(dòng)導(dǎo)葉是水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的核心部件，是控制水流量的關(guān)鍵，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用，控制水流量的大小。活動(dòng)導(dǎo)葉形狀相對(duì)復(fù)雜，要求加工的精度高。而特型導(dǎo)葉是活動(dòng)導(dǎo)葉的一種，相對(duì)形狀更加復(fù)雜，尤其是軸頭和法蘭的過(guò)渡部分，采用的是大變半徑值過(guò)渡，要求約束相切，保證各部分光滑過(guò)渡，盡量減小對(duì)水流的影響，同時(shí)保證軸頭部分的強(qiáng)度。

　　由于特型導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過(guò)渡部分較大，形狀要求嚴(yán)格，手工鏟磨無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。采用數(shù)控機(jī)床加工可以有效地保證特型導(dǎo)葉的型線(xiàn)要求，對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)水結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有利。

2 特型導(dǎo)葉理論模型的構(gòu)造

　　2.1 特型導(dǎo)葉的截面線(xiàn)

　　特型導(dǎo)葉的截面線(xiàn)主要是樣條曲線(xiàn)。工程應(yīng)用上采用的是三次樣條曲線(xiàn)，保證樣條曲線(xiàn)的連續(xù)性和二次可導(dǎo)型。

　　如圖1，導(dǎo)葉截面線(xiàn)的曲率變化是型面質(zhì)量的一種表示，對(duì)于導(dǎo)水的部件而言，要求截面線(xiàn)的曲率梳方向一致，并且所有刺均向外，這種要求可以有效保障導(dǎo)葉的型面沒(méi)有凹陷處，防止導(dǎo)葉工作中出現(xiàn)氣蝕等表面缺陷?

　　有尖銳的邊接縫，但是，連接處曲率有突變，在視覺(jué)上還有明顯的差異。(3)G2曲率連續(xù)，在G0、G1的基礎(chǔ)上，相接觸的曲率也相同，曲率梳在接觸處的刺長(zhǎng)度和方向都一致，沒(méi)有尖銳的接縫和曲率突變，視覺(jué)光滑流暢。G3曲率變化率連續(xù)，具有G0、G1、G2的特征，在連接處曲率的變化是連續(xù)的，同時(shí)，曲率變化可以用一次方程表示為一條直線(xiàn)。事實(shí)上，切線(xiàn)連續(xù)能夠滿(mǎn)足大部分基礎(chǔ)工業(yè)(航空和航天、制造業(yè)、造船業(yè))。

　　2.2 導(dǎo)葉瓣體

　　如圖2，通過(guò)拉伸的方式完成，形成直紋面的實(shí)體導(dǎo)葉瓣體。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的過(guò)渡截面的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出過(guò)渡的曲面，過(guò)渡面與導(dǎo)葉瓣體的相接觸部分要求與導(dǎo)葉瓣體是相切的約束，將過(guò)渡面與導(dǎo)葉的瓣體進(jìn)行布爾運(yùn)算，完成聯(lián)合的計(jì)算，最終形成特型導(dǎo)葉的三維實(shí)體模型。

　　2.3 特型導(dǎo)葉理論型面分析

　　如圖3，為了驗(yàn)證導(dǎo)葉型面的構(gòu)造質(zhì)量，檢查型面的連續(xù)性，可以通過(guò)斑馬線(xiàn)(也叫做高光測(cè)試)分析，斑馬線(xiàn)實(shí)際上是模擬一組平行的光源照射到所要檢測(cè)的表面上所觀察到的反光效果。從斑馬線(xiàn)分析圖中可以看出，所有的斑馬線(xiàn)平滑，在拐角處有尖角，達(dá)到G1的標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)學(xué)上的解釋是曲面處處連續(xù)，并且二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。

3 特型導(dǎo)葉的數(shù)控加工

　　特殊導(dǎo)葉質(zhì)量要求較高，采用整體鍛造材料加工完成，保證材質(zhì)的質(zhì)量。首先利用車(chē)床完成導(dǎo)葉軸的加工，以加工好的導(dǎo)葉軸作為基準(zhǔn)來(lái)加工導(dǎo)葉的型面。利用圓筒夾具固定導(dǎo)葉，使用帶轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)控機(jī)床一次性裝夾完成導(dǎo)葉型面的全序數(shù)控加工，如圖4。

　　3.1 特殊導(dǎo)葉的開(kāi)粗加工

　　由于是整鍛的材料，已經(jīng)將軸端車(chē)削完成，頂部是整塊的方料，必須進(jìn)行快速的開(kāi)粗加工，去除多余的材料，提高加工的效率。這里采用等高型腔銑削的方式進(jìn)行高速切削。工件本身的結(jié)構(gòu)是下部加工的空間比上部大，底部有夾具固定，切削的刀路的干涉區(qū)域相對(duì)較大，會(huì)出現(xiàn)四周刀路的不可預(yù)測(cè)性，為了保證刀路的安全，采用封閉輪廓的控制方式，限定刀路在指定的區(qū)間內(nèi)。

　　高速切削就要保證刀路的平穩(wěn)和連續(xù)，所以，設(shè)定刀具進(jìn)入方式是隨型斜向切人工件的模式，避免出現(xiàn)直接切人工件的撞擊和刀路的突變�？刂泼繉拥那猩钍�0.5mm，完成小的切削量，大的進(jìn)給量高速切削要求(如圖5)。

　　高速切削是1990年代迅速走向?qū)嶋H應(yīng)用的先進(jìn)加工技術(shù)，通常指高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度下的銑削。銑削速度和進(jìn)給速度的提高，可提高材料的去除率，對(duì)復(fù)雜的型面加工可以直接達(dá)到零件表面質(zhì)量的要求，進(jìn)而大大提高加工的生產(chǎn)率。高速銑削的切削力小，有較高的穩(wěn)定性，可以高質(zhì)量地加工出薄壁的零件。特型導(dǎo)葉的過(guò)渡曲面的底部，理論厚度是0mm，非常不利于加工，因此在造型時(shí)就要構(gòu)造出工藝厚度0.5mm，通過(guò)高速切削技術(shù)完成薄壁的加工，如圖6。

　　3.2 特殊導(dǎo)葉的半精加工

　　如圖7，半精加工的目的是去除工件的開(kāi)粗切削對(duì)導(dǎo)葉型面帶來(lái)的尺寸影響，由于開(kāi)粗加工的主要目的是去除多余材料，必然出現(xiàn)一些剩余的階梯狀材料，而半精加工就是將這些階梯狀多余材料去掉，同時(shí)保證精加工的余量均勻。半精加工開(kāi)始就要避免出現(xiàn)跳刀的現(xiàn)象，跳刀會(huì)在導(dǎo)葉型面上形成痕跡，刀路不連續(xù)，對(duì)加工的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

　　3.3 特殊導(dǎo)葉的精加工

　　如圖8，精加工時(shí)，剩余材料已經(jīng)均勻，沒(méi)有突變的區(qū)域，依據(jù)高速切削理論，可以實(shí)現(xiàn)高速切削，精加工的刀路非常密，可以大幅度提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

4 理論與實(shí)際的比較

　　如圖9，特型導(dǎo)葉的形狀比較復(fù)雜，理論造型方面要解決截面線(xiàn)的曲率問(wèn)題和過(guò)渡曲面約束相切的問(wèn)題，并且，對(duì)理論模型的質(zhì)量要進(jìn)行分析，找出缺陷進(jìn)行修改，保證表面質(zhì)量的連續(xù)和光滑，避免出現(xiàn)尖角。

　　特型導(dǎo)葉的數(shù)控加工技術(shù)依據(jù)高速切削的理論，實(shí)現(xiàn)了高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度下的銑削，提高了加工效率和精度，同時(shí)避免了薄壁處的變形。經(jīng)過(guò)多次工廠的實(shí)踐，終于完成了特型導(dǎo)葉的數(shù)控加工技術(shù)從理論到實(shí)踐的飛躍。  

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