轉輪葉片是水輪機能量轉換的關鍵部件，也是最難加工的零件，目前多軸聯動數控加工是解決該類大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多軸聯動數控加工編程則是實現其高精度和高效率加工的最重要環節。本文介紹大型水輪機葉片五軸聯動數控加工大型雕塑曲面編程中涉及到轉輪葉片三維造型、刀位軌跡計算、切削仿真、機床運動碰撞仿真、后置變換等關鍵技術。通過對這些技術的鏈接和研究，開發實現了大型葉片的多軸聯動加工。
1、引言水輪機是水力發電的原動機，水輪機轉輪葉片的制造轉輪的優劣對水電站機組的安全、可靠性、經濟性運行有著巨大的影響。水輪機轉輪葉片是非常復雜的雕塑面體。在大中型機組制造工藝上，長期以來采用的“砂型鑄造――砂輪鏟磨――立體樣板檢測”的制造工藝，不能有效地保證葉片型面的準確性和制造質量。目前采用五軸聯動數控加工技術是當今機械加工中的尖端高技術。大型復雜曲面零件的數控加工編程則是實現其數字化制造的最重要的技術基礎，其數控編程技術是一個數字化仿真評價及優化過程。其關鍵技術包括：復雜形狀零件的三維造型及定位，五軸聯動刀位軌跡規劃和計算，加工雕塑曲面體的刀軸控制技術，切削仿真及干涉檢驗，以及后處理技術等。大型復雜曲面的多軸聯動數控編程技術使雕塑曲面體轉輪葉片的多軸數控加工成為可能,這將大大推動我國水輪機行業的發展和進步，為我國水電u設備/u制造業向著先進制造技術發展奠定基礎。2、大型水輪機葉片的多軸數控加工編程過程大型復雜曲面零件的五軸聯動數控編程比普通零件編程要復雜得多，針對水輪機葉片體積大并且型面曲率變化大的特點，通過分析加工要求進行工藝設計，確定加工方案，選擇合適的機床、u刀具/u、夾具，確定合理的走刀路線及切削用量等；建立葉片的幾何模型、計算加工過程中的u刀具/u相對于葉片的運動軌跡，然后進行葉片的切削仿真以及機床的運動仿真，反復修改加工參數、刀具參數和刀軸控制方案，直到仿真結果確無干涉碰撞發生，則按照機床數控系統可接受的程序格式進行后處理，生成葉片加工程序。其具體編程過程如圖1所示。圖1大型混流式葉片的五軸聯動數控加工編程流程2．1水輪機葉片的三維幾何建模水輪機葉片是由多張雕塑體曲面組成的曲面零件，是不能用解析方程定義這些曲面的。為了滿足葉片設計的流體動力學特性要求，我們采用NURBS曲面逼近方法進行曲面造型。對于混流式葉片這一復雜雕塑曲面體由正面、背面、與上冠相接的帶狀回轉面、與下環相接的帶狀回轉面、進水邊曲面、出水邊曲面、進水邊頭部曲面等構成；軸流式葉片由具有雕塑曲面的正、背面，進水邊變圓弧半徑曲面，出水邊曲面，輪緣球面和柱面，輪轂和法蘭球面，輪緣的裙邊曲面，輪轂和法蘭與正、背面的過度曲面等構成。由于葉片沿流面描述的三維坐標點數據量太大，可編寫一個Grip程序讀入這些三維坐標點，對于混流式葉片采用雙三次多補片曲面片通過自由形式特征的通過曲線的方法進行曲面造型，如圖2所示。而軸流式葉片的正、背面是按在圓柱坐標系下給出的型值點，編寫一個程序將型值點按圓柱截面讀入，并轉換到直角坐標下，沿圓柱截面線作NURBS曲線，然后放樣（LOFT）生成葉片的正、背面曲面，在此基礎上，再造型出其他曲面實現葉片的三維幾何造型，如圖3所示。葉片的毛坯形狀可從設計數據點進行偏置計算處理，或者從三維測量得到的點云集方式確定對葉片的各個曲面分別進行NURBS曲面造型，并縫合成實體。2．2葉片加工工藝規劃加工方案和加工參數的選擇決定著數控加工的效率和質量。水輪機葉片是非常復雜的雕塑曲面體，針對混流式水輪機葉片我們根據要加工葉片的結構和特點選擇大型龍門移動式五坐標數控銑鏜床，根據三點定位原理經大量的研究分析，決定在加工背面是采用通用的帶球形的可調支撐，配以葉片焊接的定位銷對葉片定位，在葉片上焊接必要的工藝塊，采用一些通用的拉緊裝置來裝夾。加工正面時，采用在加工背面時配合銑出的和背面型面完全一致的胎具，將葉片背面放入胎具，利用焊接的工藝塊進行調整找正，仍然采用通用的拉壓裝置進行裝夾。由于葉片有
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