一次性定位胎具三轴加工混流式叶片数控编程工艺流程

司 亮 陈良平

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

针对A型混流式转轮叶片（单件3米*2米）采用一次性定位胎具三轴加工方式，制定其主要数控编程工艺流程如下。

1 前期准备。前期准备主要有叶片三维模型准备，胎具的准备，翻身定位销的准备和数控编程前期准备阶段。

1.1 叶片三维模型准备。设计部门提供的叶片三维模型是开展一切工作的先决条件，叶片的铸造、胎具的设计和数控编程的准备都必须从设计人员提供出有效的叶片三维模型开始。

1.2 胎具的准备。胎具的设计主要需要依据设计人员所提供的叶片三维模型的位置（设计人员所提供的位置已经考虑到实际加工情况，并经过一定的理论计算，基本上是比较适合加工的位置），根据位置定位出合适筋板位置，并在胎具上不妨碍加工的位置上留出零点位置。并且在设计背面胎具时必须考虑筋板上留出足够区域用于加工翻身定位销的位置。

1.3 翻身定位销的准备。胎具设计出来以后，根据胎具图纸中所示的定位销的大小，准备和加工出翻身所需要的定位销块。定位销块的精度必须符合工艺要求。

1.4 数控编程的前期准备。数控编程的前期准备要首先根据A型叶片三维模型确定其加工时Z轴所需行程，以此确定加工所需要的机床，其次根据其形状特点进行试切运算以选用合适的刀具，再对于加工中可能出现的各种复杂区域先进行预处理。

2 数控加工胎具。胎具的加工主要有正面胎具和背面胎具的加工。

2.1 正面胎具的加工编程。正面胎具上没有定位销孔的位置，又其与叶片的接触面为叶片的背面是未加工的毛坯面，因此正面胎具的加工精度要求不高，在胎具的筋板上大致数控编程加工出叶片型线即可。

2.2 背面胎具的加工编程。背面胎具不仅是一种加工支撑，更是叶片翻身定位基准，其加工精度直接影响到叶片型线的准确性和精度。背面胎具的加工分为两部分。

2.2.1 筋板型面的加工。背面胎具筋板型面必须严格按照叶片的正面型线来进行数控加工，因为筋板的型线是控制叶片翻身角度的基准，筋板的加工精度必须达到工艺要求，加工分为粗加工和精加工两步，粗加工时可使用玉米铣刀或Φ80R8、Φ100R8仿形铣刀，精加工时根据A型叶片型面特点可选用Φ80R8、Φ100R8仿形铣刀或球头铣刀。

2.2.2 胎具上定位销孔的加工编程。背面胎具需要在相应叶片的上冠、下环和进出水边位置的筋板上分别数控编程加工出定位销孔，用于翻身后的定位。定位销孔是根据筋板厚度来定义其半径的半圆形，销孔的加工也分为粗加工和精加工两步，粗加工根据销孔的大小可选用Φ50玉米铣刀进行加工，精加工时必须使用已知准确刀具直径的整体硬质合金铣刀，如Φ40或Φ30的整体铣刀，加工时需一刀成型，以保证销孔型面的光洁度和准确性。

2.3 胎具上找正段的加工。胎具（含正面胎具和背面胎具）在加工时，必须同时在胎具周边两侧精铣分别出一段X向、Y项找正段，另外胎具上加工零点位置必须选在合理的位置，并且针对某一个胎具，必须保证其加工零点位置的唯一性和准确性。

3 叶片正面加工的数控编程。叶片正面加工主要包括正面的找正和正面型面的数控加工两个部分。

3.1 叶片正面的找正。一次性定位胎具加工叶片的方式特点是编程位置确定后，就不再变化，正背面各只有出一套程序。首先将划检毛坯提供的四个找正点，变换到数控编程位置（四个找正点之间的空间关系是不变的），根据唯一的正面编程零点（定位在胎具上），将四个找正点的坐标值提出，提供给机床或划线测量装置用于找正（找正时必须根据加工出的X向，Y向找正段来确定X和Y的方向）。

3.2 正面型面的数控加工。对混流式叶片的正面进行数控加工处理时主要分为裁边加工、坡口和钝边加工、大面加工、定位销孔加工和打样板检查点等。

3.2.1 裁边加工。根据叶片摆放位置提取其最外边界线，一般使用Φ80玉米铣刀进行裁边加工。注意数控编程时必须将定位销的位置考虑进去，给加工定位销留出足够的余量区域。

3.2.2 坡口和钝边加工。坡口加工时一般采用玉米铣刀或仿形铣刀，钝边多采用仿形铣刀进行加工。由于叶片背面未加工，仍有余量，因此正面加工坡口时，可不考虑对定位销孔的干涉处理。加工坡口最重要就是要注意坡口和钝边在当前加工编程坐标系的拔模位置，保证它们在180度翻身状态下能全部加工，不存在加工盲区。

3.2.3 正面型面加工。正面型面加工采用层切加工方式编程，刀具多采用Φ80R8、Φ100R8或其他类型的仿形铣刀。对正面大面进行编程处理时，要注意在叶片低处容易形成的环形或半环形凹型区域，对上述区域要单独进行数控加工处理，单独编制程序进行加工。

3.2.4 定位销孔加工。在正面大面预留出的余量区域位置上加工定位销孔，加工方式和刀具基本和加工背面胎具上的销孔相同，一定要保证的是正面的定位销孔相对于叶型的位置必须和背面胎具上的定位销孔相对于叶型的位置完全一致。

3.2.5 打检查点或刻检查线。根据设计部门提供的检查线在大面上打点或刻线，打点一般用Φ1.6左右的小钻头，刻线一般使用刻线刀。

4 叶片背面加工的数控编程。叶片背面加工主要有叶片翻身和背面加工两部分。

4.1 叶片的翻身。叶片正面加工完后，将正面大面抛光处理，扣到背面胎具上，调整位置后，将定位销把合到胎具和叶片的定位销孔上。定位销可以先锁死其中一个，再调整叶片。然后再锁死一个，再调整。最后将全部定位销把死，查看定位销与定位销孔之间的间隙，因为背面胎具和叶片上的定位销子是按统一尺寸精加工出的，所以保证三处间隙基本一致。然后在不损坏胎具型面的前提下装焊叶片，最后按找正段装卡到机床上。

4.2 叶片背面的数控加工。叶片背面的数控加工处理基本和正面的相同，也是主要有坡口和钝边加工、背面大面型面加工和打点或刻线加工。为保证叶片型线的精准度，在找正完成后，使用测杆对叶片的出水边进行测量，叶片的出水边一般是叶片局部变形最容易产生的地方，这样可以了解叶片情况看是否符合后续加工。测量程序合格后就可以正常加工了。要注意的是叶片装卡后，正面预留出的销孔已经失去其作用，要数控编制程序根据叶片型线将销孔加工掉。

5 一次性定位胎具三轴加工混流式叶片易出现的问题。一次性定位胎具三轴加工混流式叶片容易出现的问题主要有以下几点。

胎具单薄易变形，影响定位。胎具单薄在装卡时易产生变型情况，使得零点位置的确定有偏差。

正面找正存在不准的问题。划检毛坯的四个找正点来自测量单位，由于测量仪器和后期计算的影响，在编程零点下得到的四个找正点的数据可能和实际情况有出入。

加工时叶片上定位销孔的加工。叶片上的定位销孔主要决定于叶片自身的余量，若余量不足，很可能定位销孔加工不出来。

在背面加工完成后，首件A型叶片已经加工完成，在通过激光测量仪检查合格后，说明叶片加工的数控程序是合格的，这样就已经基本上完成了一次性定位胎具三轴加工混流式叶片的数控加工程序的编制。