巖灘水電站是我國廣西省的大型水電機組，也是哈電公司20世紀90年代生產設計的大型水輪機組。巖灘水電站自機組運行以來我公司對機組的振動、轉輪裂紋等問題進行了大量的科學研究工作。在上述研究的基礎上對巖灘2#機水輪機葉片進行改造，使機組運行更加穩定、高效。

　　機水輪機葉片采用不銹鋼整體鑄造，全部數控加工。我公司通過技術上的調研分析、工藝上的充分準備，順利完成了巖灘2#機水輪機葉片的數控加工。現對葉片的數控加工工藝過程及質量控制要點進行總結，為以后葉片的數控加工積累經驗。

　　1.葉片加工工藝

　　(1)巖灘葉片的加工工藝過程 巖灘葉片的加工工藝充分考慮了大型葉片的加工特點，參考了三峽葉片的數控加工工藝，并根據巖灘葉片特殊情況而制定，主要工藝過程如圖1所示。

　　(2)加工前工藝準備 毛坯質量的控制：葉片為不銹鋼鑄造結構，材料為0Cr13Ni4Mo，為了保證葉片數控加工，將葉片正、背加工余量控制在8～15mm之間，周邊余量控制在25mm。將葉片在鑄造分廠進行粗磨，再進行UT探傷，以免有缺陷，損害刀具及浪費工時。在葉片的正、背面標有測量及加工找正用的三個定位基準點并附其坐標值。

　　銑胎的準備：由于葉片為不規則形狀，不能直接在機床上裝夾并加工，為便于葉片的加工，提高數控機床的加工效率，提制了葉片數控加工用的正、背面胎具。

　　大型葉片數控加工過程中，加工的穩定性是很關鍵的。巖灘葉片采用雙截面板平行支撐，截面板與葉片接觸的型線采用數控加工。上冠、下環及出水邊采用點支撐。定位支撐點距葉片周邊為300mm，定位支撐點間距500mm。葉片安裝在胎具(見圖2)上后，最低點距胎具平臺上平面500mm。實際加工中葉片振動僅為0.20mm，滿足了加工要求。

　　(3)工藝過程 葉片的劃檢：葉片用經緯儀劃檢(見圖3)，測量各個點的坐標值，約100～150mm寬測量一點，將測量點的坐標值輸入計算機，并進行數據處理，將葉片進行調整至合格(即加工余量在8～15mm之間)。將余量值標在對應的葉片點上。將葉片的三個定位基準點的坐標值明顯地標記在葉片正、背面上。

　　葉片與胎具截面板之間的間隙0～6mm之間為合格，將葉片裝合格后，將葉片與胎具之間用搭焊塊搭焊牢固。

　　葉片的找正：將葉片與胎具裝焊在一起吊到機床平臺上，將胎具與平臺壓牢固。用數控機床銑頭重新測量三個定位基準點的坐標值，并在胎具上設定一個機床的基準，即零點坐標，將數據傳給編程人員。

　　葉片的編程：編程人員根據數控機床測得的數據及葉片劃檢的數據經過計算機的處理，編制出加工葉片正、背面型線，進、出水邊，上冠、下環坡口的程序。

　　(4)葉片的加工 操作者根據編程人員編出的數控程序加工工件。將工件型線加工好后，在葉片上鉆出各個截面線的標記，以便工件檢查型線用。并在葉片的進、出水邊分別各測量三個找正用的基準點，基準點間的距離選擇應大些。將六個基準點作明顯的標記，并打上樣沖眼，記錄好坐標值。再復測一次六個找正基準點的坐標。在加工時，先加工葉片的表面型線(正面或背面)，根據葉片的加工余量排刀，并考慮機床的效率，保證每刀之間的“刀峰”小于2mm，粗銑排刀寬度為100～120mm，精銑排刀寬度為50～60mm，這樣鏟磨量較小，機床效率高。根據程序的編排，可以先加工進、出水邊與上冠、下環的相關線及坡口。型面加工合格后，將葉片需要檢查的截面線由數控機床用直徑5mm鉆頭鉆出。加工過程如圖4所示。

　　圖4 葉片在龍門銑數控加工

　　(5)葉片的檢查 葉片在數控機床上加工后，采用三維劃線機檢查葉片正、背面型線(見圖5)，將測得的數據值與理論值進行比較，測得的結果滿足設計要求。

　　圖5 葉片在三維劃線機檢查

　　2.工藝技術分析

　　巖灘葉片在加工過程中，遇到了許多工藝技術問題，我們對此一一地進行了解決，這些問題的順利解決保證了葉片的加工質量和生產周期。

　　(1)粗、精銑一次全部加工完成 巖灘葉片為保證加工質量和精度，初步確定粗、精加工分工序進行，但數控加工過程中由于生產周期緊，粗、精銑分開將增加裝胎和測量、找正的時間，葉片將不能按期交貨。在保證加工質量的前提下，根據葉片實際加工情況，特別是毛坯熱處理質量較好的葉片，采用粗、精銑一次加工完成。在一面精加工完成后，工件翻身并測量找正點，如果沒有變形，則另一面粗、精銑一次完成。在葉片表面有缺陷和變形的情況下可考慮粗、精銑分開進行。

　　(2)葉片的變形控制 葉片的變形是數控加工中遇到的主要問題。葉片在粗加工后產生變形主要有兩個原因：一是葉片毛坯加工前大面積補焊，補焊后退火工作沒有進行，或退火質量不好，造成應力沒有完全釋放;二是葉片毛坯加工前大面積氣刨，表面高溫冷卻后形成應力集中，即表面層應力，葉片沒有進行退火。

　　巖灘葉片5#、6#毛坯余量處理完后，由于以上原因，出現了局部10～15mm的變形，加工中工件表面硬度很高，浪費成本和生產周期，后經校型滿足了設計要求。根據實踐驗證對后幾個補焊和氣刨的葉片嚴格控制二次退火質量，沒有發生葉片的變形。

　　(3)葉片的毛坯余量控制 為保證葉片數控加工的質量和提高效率，將葉片正、背面加工余量嚴格控制在8～15mm之間，周邊余量控制在25mm以內。在滿足機組性能的前提下葉片應盡可能的采取簡單的坡口形式，以使割坡口時余量易于控制，同時輔以樣板檢查的方法有效地控制坡口的余量。

　　(4)數控程序的編制 巖灘葉片的編程難度很大，主要難度在于葉片即使處于最平緩的位置放置，其出水邊曲率變化仍較大，一個程序無法滿足葉片在出水邊一個完整曲面的加工，稍不注意就會發生銑頭和葉片干涉的現象，使加工無法進行。以編程人員為主，產品工藝積極配合，展開了技術攻關，編制相應的獨立程序，在曲面相接處各自退刀，最終軌跡擬合，形成一個完整的曲面。