水輪機(jī)又稱水動(dòng)風(fēng)機(jī)，在冷卻塔行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的就是水輪機(jī)了，在冷卻塔行業(yè)當(dāng)中，水輪機(jī)取代的角色是將電力驅(qū)動(dòng)改為水力驅(qū)動(dòng)，取代了電機(jī)和減速箱，增加了冷卻塔的運(yùn)行安全性同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的效果，是一個(gè)綠色環(huán)保之物。
水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片是水輪機(jī)關(guān)鍵部件，其制造精度對(duì)機(jī)組的效率等水力性能有直接的影響，型面加工精度高，使水輪機(jī)出力效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，都將帶來長遠(yuǎn)和巨大的效益。由于葉片型面的數(shù)控加工對(duì)水輪機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)越性，已成為對(duì)機(jī)組訂貨的關(guān)鍵技術(shù)要求。數(shù)控加工的水輪機(jī)葉片，能夠有效地保證葉片型面的加工精度及光順性，從而提高水輪機(jī)的穩(wěn)定性、效率及空化性。采用數(shù)控加工或模壓結(jié)合數(shù)控加工的方法是目前國際上解決水輪機(jī)葉片加工制造最有效、最先進(jìn)的方法，它是水輪機(jī)制造業(yè)的發(fā)展方向。
1、刀位計(jì)算
刀位計(jì)算的主要任務(wù)是：首先選定加工坐標(biāo)系，然后用三點(diǎn)找正法對(duì)葉片的理論造型進(jìn)行找正定位。在此基礎(chǔ)上。以提高加工效率、保證加工精度和型面質(zhì)量為原則，選定刀具、確定走刀方式和刀軸控制方式，設(shè)定走刀方向和排刀方向的精度，進(jìn)行刀位軌跡的計(jì)算和刀具干涉檢查，最終生成為后置處理用的刀位軌跡數(shù)據(jù)文件。
2、機(jī)床選擇
國內(nèi)外比較先進(jìn)的水輪機(jī)葉片數(shù)控加工的機(jī)床多為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床。比如德國的數(shù)控龍門銑床主機(jī)功率LOOKW，工作臺(tái)尺寸4.5X13M，配置了目前世界功率最大的數(shù)控萬能銑頭，數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS840C，該機(jī)床具有X、Y、Z、W、U五坐標(biāo)數(shù)控和A、C二旋轉(zhuǎn)軸數(shù)控銑頭。
3、葉片的測量
3.1測量的原理及方法
水輪機(jī)葉片的主要工作面是復(fù)雜的三維雕塑曲面，對(duì)這種曲面測量的主要目的是要獲取曲面上測點(diǎn)的實(shí)際位置到理論曲面的法向距離。要完成這種測量，一般的測量儀器是無法承擔(dān)的。目前，國內(nèi)外通常采用兩種方法進(jìn)行，一種是直接測量法，另一種是間接測量法。
3.2測量的目的
對(duì)葉片型面進(jìn)行準(zhǔn)確測量，是水輪機(jī)葉片數(shù)控加工中必不可少的重要環(huán)節(jié)。在加工前，必須了解葉片毛坯加工余量的分布情況，以便確定最合理的編程加工位置。所以，在加工前對(duì)葉片型面進(jìn)行測量的目的主要有兩個(gè)。一是將對(duì)葉片毛坯測量的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中，和葉片的理論造型進(jìn)行比較、調(diào)整，把理論造型和毛坯型面調(diào)整到一個(gè)加工余量分布最合理的相對(duì)位置。二是在測量后的毛坯上，標(biāo)定三個(gè)找正點(diǎn)，以便在葉片上機(jī)床裝卡找正時(shí)，以這三點(diǎn)為基準(zhǔn)，進(jìn)行三點(diǎn)找正，把編程用的葉片理論造型調(diào)整到和毛坯實(shí)際加工位置完全符合于測量時(shí)調(diào)好的最合理的相對(duì)位置上進(jìn)行編程加工。在加工過程中，也須用機(jī)床所配備的測量系統(tǒng)，對(duì)葉片加工的中間結(jié)果進(jìn)行測量，以檢查加工的效果及所剩余量，是否和編程時(shí)預(yù)期的效果一致。同時(shí)，也可檢查加工中葉片的變形情況及葉片是否發(fā)生意外的移動(dòng)，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在加工完成后，也必須用相應(yīng)的測量裝置對(duì)葉片的加工結(jié)果進(jìn)行測量檢查，以便獲取加工的最終結(jié)果數(shù)據(jù)，確定其是否符合設(shè)計(jì)要求，并為下序轉(zhuǎn)輪的裝焊提供實(shí)際的數(shù)據(jù)依據(jù)。
4、加工刀具的選擇
水輪機(jī)葉片通常都采用不銹鋼材料制造，加工比較困難，為了保證加工的效率和質(zhì)量必須選擇適合的刀具進(jìn)行加工。從刀具的類型上，應(yīng)選擇硬質(zhì)合金機(jī)卡刀。這種刀具耐磨、抗沖擊性能好。尺寸準(zhǔn)確，刀片可以更換，比較適合水輪機(jī)葉片的加工。刀具形狀的選擇要根據(jù)加工的部位來確定。刀具的尺寸(刀具直徑、刃高、刀桿長度)由被加工曲面的形狀來決定。形狀比較平緩、曲率小的曲面，可采用直徑較大的刀具，以提高加工效率。形狀起伏變化大、曲率較大的曲面?？刹捎弥睆捷^小的刀具，以避免刀具干涉和過切?？偟脑瓌t是在不發(fā)生刀具干涉的前提下。盡量采用直徑較大的刀具進(jìn)行加工。對(duì)于加工余量分布很不均勻的葉片可考慮采用側(cè)刃較高的刀具，以避免加工中，局部位置發(fā)生吃刀深度超過刃高的現(xiàn)象。對(duì)于被加工曲面或其他曲面和數(shù)控銑頭發(fā)生干涉時(shí)，可考慮采用較長刀桿的刀具進(jìn)行加工。刀具尺寸的選擇可在計(jì)算機(jī)上通過模擬加工進(jìn)行干涉檢查予以確定。加工葉片的常用刀具有：?200MM、?160MM、?125MM、?100MM的端面銑刀，?63MM、?80MM的棒銑刀，?50MM的球頭刀。刀片的形狀可根據(jù)刀具的不同及粗銑精銑的要求采用三角形、菱形、方形、圓形等不同形狀的刀片。
5、葉片的裝卡找正
水輪機(jī)葉片是不規(guī)則的，特別是混流式葉片是沒有任何基準(zhǔn)的自由曲面，裝卡找正更為困難。建議用數(shù)控機(jī)床銑軸測量裝在胎具上的葉片3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，并在胎具上設(shè)定參照點(diǎn)進(jìn)行找正。解決好葉片的裝卡找正問題是保證葉片的加工位置和編程位置相吻合的一項(xiàng)重要工作。德國VOITH公司對(duì)軸流式葉片采用軸外徑和法蘭定位、立式裝夾方式，混流式葉片采用可調(diào)轉(zhuǎn)向頭千斤頂定位、真空吸盤夾緊方式。真空吸盤夾緊需對(duì)吸附部位磨光預(yù)處理，其系統(tǒng)部件占據(jù)面積大。我們提出采用正、背面胎具定位、焊塊搭焊和螺釘把合的夾緊方式，具有經(jīng)濟(jì)、高效、操作簡便的特點(diǎn)，據(jù)悉挪威GE公司等也采用此方式。裝夾定位方式對(duì)確定工件參考點(diǎn)、實(shí)施找正，對(duì)解決葉片正、背型面的錯(cuò)位這一技術(shù)難點(diǎn)效果良好。
5.1、葉片找正的原理及方法
到目前為止世界上所有加工水輪機(jī)葉片的廠家均采用胎具找正的方法。即把葉片放到胎具的固定位置，胎具放到機(jī)床的固定位置。這種方法的好處是一套程序加工一臺(tái)機(jī)組的葉片。但由于混流式水輪機(jī)葉片形狀的特殊性，這種方法找正非常困難，必須占用大量的機(jī)床時(shí)間，同時(shí)及易造成葉片翻面加工時(shí)的正、背面錯(cuò)位。而且作為找正基準(zhǔn)的胎具造價(jià)極高。由于這種找正方法的第一面的找正只是一個(gè)粗找正，為保證整個(gè)葉片都能被加工到。要求毛坯余量相對(duì)大很多，這就造成葉片加工成本太高。我公司也曾經(jīng)用這種方法進(jìn)行裝夾找正，結(jié)果造成正、背面錯(cuò)位，從而使加工半途而廢。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)三點(diǎn)找正法來解決上述找正問題。
5.2、葉片胎卡具的設(shè)計(jì)原則
鑒于水輪機(jī)葉片的形狀特點(diǎn)，葉片胎卡具的設(shè)計(jì)必須遵循下幾條原則：(1)由于葉片的重量大，所以胎卡具必需有足夠的強(qiáng)度。(2)胎卡具的支承位置必需保證葉片重心擺放穩(wěn)定，葉片曲面的各個(gè)被加工部位必須在機(jī)床的有效行程之內(nèi)。(3)必須有足夠的支承點(diǎn)以確保加工時(shí)葉片不發(fā)生大的變形。把合位置牢靠。并且在把合時(shí)不易引起葉片的變形。把合位置要避免在加工時(shí)和刀具及銑頭發(fā)生干涉。(4)采取減振措施盡量減少加工中的振動(dòng)。(5)裝卡靈活方便。
