机械设计与制造毕业设计-1.4万字ZDJP502-LH-120型水轮机叶片加工工艺及工装设计.docx

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1、重庆科技学院毕业设计（论文）题目ZDJP502LHL20型水轮机叶片加工工艺及工装设计院（系）机械与动力工程学院专业班级机设普202202学生姓名李闪燕学号2022440617指导教师李亮职称教授评阅教师职称2022年5月31日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

2、并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）：2022年5月31日摘要水轮机转轮是水轮发电机组的核心部件,起着将水流能转化为机械能的重要作用,它由上冠、下环和叶片构成。它的质量好坏直接影响水轮机的效率和寿命。而在转轮中,叶片直接起着将水流能转化为机械能的作用,承受较大的作用力，是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍ZDJP502-LH-120型水轮机叶片三轴联动数控加工中涉及到转轮叶片三维造型、UG数控程序生成、毛胚制造、夹具设计、定位基准的选择等关键技

3、术。通过对这些技术的链接和研究，实现了对ZDJP502-LH-120型水轮机叶片的三轴联动数控加工。数控加工的主要关键技术:叶片的曲面造型、刀具和机床运动的三维轨迹计算和仿真、三轴加工的后置数据处理、叶片曲面的三维检测、刀具选择和叶片的快速装夹找正。关键词:三维造型；毛胚；基准；数控程序ABSTRACTTurbinerunnerhydro-generatingunitisthecorecomponent,playswillflowintomechanicalenergytotheimportantrole,fromthechampionsleague,itunderaringandleaves

4、.Itsadirectimpactonthequalityofthewaterturbineefficiencyandlife.Andinthewheel,thevaneplayswilldirectlyintomechanicalenergycanflowoftherole,bearthelargerforce,isthekeycomponentsoftheturbineenergyconversion,andthehardestpartsprocessing,atpresentthemultiaiallinkageistosolvethenumericalcontrolprocessing

5、oflargesculpturesurfacepartsofthemosteffectiveprocessingmethod.Multi-axisncprogramminglinkageistorealizeitshighaccuracyandefficiencyisthemostimportantlinkoftheprocessing.ThispaperintroducesZDJP502-LH-120typeturbinebladewiththreeaxisinthenumericalcontrolprocessinginvolvesthevaneof3dmodeling,UGncprogr

6、amgeneration,blankcastsmanufacturing,clampdesign,thechoiceofthelocatingdatumsuchkeytechnology.Throughanalyzingthetechnologyoflinksandresearch,thepaperrealizeZDJP502-LH-120typeturbinebladesofthethreeaxislinkagencmachining.Numericalcontrolprocessingkeytechnologyofleafsurfacemodeling,cuttingtoolandmach

7、inetoolofthemovement3dtrajectorycalculationandsimulation,threeaxismachiningrearofdataprocessing,bladesurfaceofthree-dimensionaltesting,toolsselectionandtheleavesoftheclampingfindisfast.KeywordsiThree-ClimensionaImodelingt；Blankcasts；benchmark；NcprogramIl摘要ABSTRACTIl1绪论11.1目的及意义11. 2叶片制造技术概况1.2. 1转轮结

8、构11.3. 2叶片材料11.2.3叶片铸造21.2.3叶片铸造21.2.4叶片加工与测量22图型分析33方案论证43.1加工方案43.2叶片毛胚制造方案选择有43.2.1a,b两种方式都属于通过铸造方式得到叶片毛胚43.2.2：C通过模锻方式制造毛胚43.2.3：d冲压方式制造毛胚53.3加工叶片选择53.3.1传统加工法53.3.2数控加工法53.4方案选择53.5毛胚装夹选择63.5.1叶片装夹基准选择63.5.2确定选择方案73.5.34点定位基准点的确定73. 5.4粗基准的选择依据83.6 第二面加工叶片装夹及夹具设计83.6.1 叶片第二面装夹83.6.2 第二面加工定位方案选择

9、93.6.3 叶片第二面加工基准确定原则93.7 叶片加工精基准选择104加工工艺114. 1数控加工设备选择114. 2加工刀具选择115工步及工序135. 1刀具及参数136. UG编程174结论18参考文献19致谢201绪论1.1 目的及意义设计主要完成数控加工工序选择合适的数控机床、刀具及相应切削参数，设计数控加工工序专用夹具并编写数控加工程序，主要侧重对工程设计能力培训。学习及掌握工艺及工装设计的相关理论知识，并运用以前所学过的知识与理论相结合，能根据产品的技术要求和加工生产的技术，拟合理的工艺方法和工艺规程方案，并且设计数控加工工序专用夹具。同时对制定机械加工工艺规程的方法也有适当

10、的论述。是在专业课程的理论基础上，运用专业知识解决实际生产问题的一次实践训练。培养工程实践能力，以适应现代化建设对人才的多方面需求。可以更加深刻的认识机械加工工艺在机械生产中的重要性。1.2 叶片制造技术概况1.2.1 转轮结构水轮机转轮制造技术,特别是其叶片的制造技术是反映水轮机制造商竞争能力和水平的核心技术,受到世界各地的水电行业的高度重视。大型水轮机叶片制造过程转轮结构与叶片制造工艺性大型轴流式转轮都采用叶片与转轮体分别制造的结构。混流式转轮可以采用：（1）整铸结构；（2）上冠、下环、叶片焊为一体的整体铸焊结构；（3）上冠连同上半段叶片整铸，下环和下半段叶片分别铸造后在厂内组焊。整铸结构

11、的混流式转轮制造工艺差，以日本Hitachi和神户制钢所为委内瑞拉古里II电站制造的直径7m、重136t的转轮为世界之最。由于叶片铲磨检测困难，型线精度低,转轮重量受铸造车间起吊能力限制，已较少采用.取而代之的是上冠、下环、叶片焊为一体的整体铸焊结构，三峡左岸转轮创下世界之冠，直径IOnb重量分别达416t和430t。为方便铁路运输，直径6m左右的转轮也可采用左右分瓣的铸焊结构。因受运输限制，伏依特与阿尔斯通公司（原奈尔匹克公司）合作制造的西莫桑比克包拉巴沙电站的直径7.12m的转轮曾采用上下分半结构，即上冠连同上半段叶片整铸，下环和下半段叶片分别铸造后在厂内组焊退火、铲磨加工，运往工地再组焊

12、为一体，在工地不再退火。此结构工艺性差，后再未采用过，国外公司曾建议三峡转轮用此结构，未获批准。水轮机转轮叶片数控加工是表征水轮机制造技术达到现代先进水平的重要标志之一。国外已普遍采用数控设备加工叶片，现有铸造毛坯或模压毛坯人工铲磨成型的工艺将逐渐被数控技术所取代。随着国内大型水轮机数控加工设备的引进，叶片数控加工技术的应用开发已势在必行。数控加工叶片，一是能改善叶片表面质量，保证叶片型线更接近理论翼型，二是可以提高工件的加工效率，三是可充分降低工人的劳动强度。在转轮叶片中，混流式叶片因其曲面非常不规则、曲率变化最大等特点，导致其加工难度也最大O1.2.2 叶片材料叶片材料要有较好的机械性能，

13、耐空化、腐蚀和磨损，且可焊性好，价格合理。早期转轮材料曾用铸铁，上世纪30年代逐渐采用碳钢、合金钢。自60年代以来，开始采用不锈钢Oerl3Ni4Mo,或在20MnSi上先铺焊一层Cr23Nil30过渡层，再铺焊OCrI3Ni4Mo.法国用过OCrI7Ni4Mo,俄罗斯用过0Crl2Ni3Cu和lCrl8Ni3Mn3Cu2,后者补焊时可不预热。北欧多用0Crl6N5iMo,含碳量低,有更多的逆变奥氏体，焊接性能好，强度、韧性、塑性、抗水下疲劳和耐磨损能力均优于OCrI3Ni4Mo0还有其它叶片材料，在此不再赘述。80年代开始用AOD炉或VOD炉精炼钢水铸造叶片。AOD为负氧精炼炉，不需抽真空，

14、投资较低，仅适用于不锈钢；VOD为真空精炼炉，真空吹氧脱碳，适用多种钢精炼，投资较高。精炼钢水的硫、氮含量低，可减少叶片微观裂纹。碳及铀、铝等合金含量也较低，可防止氢裂纹出现。增加Ni含量可提高可焊性，降低预热温度，当Ni含量超过6时，甚至可不预热。1.2.3 叶片铸造由于叶片的厚度和曲率变化大，无明显凝固顺序，补缩性差，易产生缩孔缩松和扭曲变形；氧化膜粘在叶片表面易形成皱纹；铸件的气孔、夹渣、裂纹等容易引起空化和磨损，因此，提高叶片铸造技术十分必要。叶片铸造工艺有垂直造型、垂直浇注，平卧造型、垂直浇注，平卧造型、平卧浇注。平卧造型、垂直浇注尸艺容易保证叶片铸造质量。将冒口从背面改为上冠、下环

15、片，用计算机绘制叶型图.并模拟浇铸凝固过程，在曲率变化大的断面采取反变形措施；在木模上粘贴玻璃钢以提高强度，然后用光电经纬仪或三坐标划线仪检查型线；造型材料选用水玻璃将矿砂或树脂将矿砂，涂料选取用醇基错英粉；适当提高浇注温度，以提高充型能力，热处理时叶片立放。苏尔寿公司研究出了冲击式转轮微浇铸技术，先将锻坯加工至水斗根部，再用焊接机器人一层层焊出水斗其余部分，这种转轮强度高、耐磨损。1.2.4 叶片加工与测量叶片加工方法分为砂轮铲磨、数控加工和热模压成型。叶片检测装备有立体样板、三坐标划线仪、光电经纬仪、多轴机器人。叶片加工与检测详见后文论述2图型分析从图纸分析要设计的是一个轴流式水轮机叶片，水轮机叶片是一个不规则的复杂曲面图形，其形状是根据水力特性设计的，安装在水轮机的转轴尾端，水轮机叶片的作用是将水力转换成机械能，然后由发电机将机械能转换成电能。水轮机叶片是水轮机的重要组成部分。一个产品的质量是看他的使用寿命、工作效率对叶片的期望：工作时间长、水能转换率高、表面光滑、线型精度好。设计目标：效率高、制造成本低、在运行时平稳可靠及噪音小震动小。因为水轮机叶片要长期放在水里（腐蚀）且不断的被强力冲刷（磨损、裂纹）在满足期望的条件下可选择材料0Crl3Ni4Mo0Crl3Ni4Mo具有良好的抗空腐蚀性能、耐腐蚀性能和抗冲刷磨损性能，抗水下疲劳，焊接性能好，有良好的强度、韧性、塑