CN110465831A - 一种水轮机叶片的加工在线测量方法 - Google Patents

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黄智豪
方志明
许泽银
蒋克荣
韦韫
张红
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness

Abstract

本发明涉及水轮机叶片加工技术领域,提供了一种水轮机叶片的加工在线测量方法,包括建模、工件装夹、设定坐标原点、试刀检测、修正、粗加工及精加工等步骤;试刀检测步骤包括对坯件的预定区域进行加工,然后在各加工面上选取多于5个点行检测;修正步骤包括将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量。借此,本发明通过建立叶片的3D数字模型,并在在粗加工及精加工之前设置试刀检测及修正步骤;在线检测水轮机叶片的数据,并将检测的数据与模型对比及时修正下一步的加工量。保证了加工精度及加工的稳定性。降低了制造成本,提高了加工质量。

Description

一种水轮机叶片的加工在线测量方法
技术领域
本发明属于水轮机叶片加工技术领域,尤其涉及一种水轮机叶片的加工在 线测量方法。
背景技术
水轮机叶片具有复杂的空间曲面,很难在加工过程中进行实时的监控测量, 因此难以保证叶片的加工质量。
目前,通用的做法是通过测量叶片的壁厚与加工前的留量对比来保证加工 型线的正确性。但由于叶根两侧面和叶根径向面是用同一把刀具进行加工的, 所以通过采用控制两侧面尺寸的方式来控制相应径向面节距尺寸。操作工在机 床上直接用千分尺测量两侧面的尺寸,根据设计理论值与实际测量值的偏差调 整刀具长度,然后再进行两侧面和径向面的精加工,从而来保证两侧面和径向 面的公差要求。虽然该方法能在一定程度上减少加工的偏差,但由于其必须停 机在机床上手工测量,费时费力,加之手工测量误差,其尺寸稳定性也很难保 证,造成毛坯件加工余量大,成品件合格率低,难以满足生产需要。
因此现有的方法由于检测方法及检测器具的原因,测量出的误差较大,不 能准确地反映出叶片型线的加工偏差。另外检测的过程较为繁琐,不利于生产 效率的提高。
综上可知,现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷,所以有必要加以 改进。
发明内容
针对上述的缺陷,本发明的目的在于提供一种水轮机叶片的加工在线测量 方法,通过建立叶片的3D数字模型,并在在粗加工及精加工之前设置试刀检测 及修正步骤;在线检测水轮机叶片的数据,并将检测的数据与模型对比及时修 正下一步的加工量。保证了加工精度及加工的稳定性。降低了制造成本,提高 了加工质量。
为了实现上述目的,本发明提供一种水轮机叶片的加工在线测量方法,包 括如下步骤:
步骤1:建模
采用计算机三维软件,建立叶片的3D数字模型;然后将3D数字模型输入 加工机床的控制单元;
步骤2:工件装夹
将待加工的叶片毛坯件采用专用工装装夹定位,限定其自由度;
步骤3:设定坐标原点
叶片毛坯件装夹完成后,操作人员根据加工机床的操作要求,在控制面板 上设定加工的坐标原点;
步骤4:试刀检测
开机对叶片毛坯件的预定区域进行加工,形成若干局部加工面;然后采用 机床侧头在每个局部加工面上选取不少于5个离散分布点分别进行检测,并将 测得的坐标数据记录下来;
步骤5:修正
将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏 差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量;
步骤6:粗加工
根据修正值,对各个加工面完成粗加工;并为精加工预留不超过0.2mm的 加工余量;
步骤7:精加工
开机对叶片毛坯件的预定区域进行加工,形成若干局部加工面;然后采用 机床侧头在每个局部加工面上选取不少于5个离散分布点分别进行检测,并将 测得的坐标数据记录下来;
将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏 差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量;然后根据修正值,对各个加工 面完成精加工。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述工装对叶片毛坯件的 限定为刚性限定。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述工装还将叶片毛坯件 限定在机床刀具的加工范围以内。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述加工范围包括加工的 长度、宽度、高度及角度。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述步骤4的预定区域包 括,叶根位置的两个侧面和两个径向面以及叶冠位置的两个侧面和两个径向面。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述预定区域为叶根位置 的两个侧面及叶冠位置的两个径向面。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述步骤5中的离散分布 点为7~10个。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述步骤6为精加工预留 的加工余量为0.1-0.15mm。
根据本发明的水轮机叶片的加工在线测量方法,所述步骤6为精加工预留 的加工余量为0.1mm。
本发明通过的目的在于提供一种水轮机叶片的加工在线测量方法,通过建 立叶片的3D数字模型,并在在粗加工及精加工之前设置试刀检测及修正步骤; 在线检测水轮机叶片的数据,并将检测的数据与模型对比及时修正下一步的加 工量。保证了加工精度及加工的稳定性。降低了制造成本,提高了加工质量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例, 对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种水轮机叶片的加工在线测量方法,包括如下步骤:
步骤1:建模
采用计算机三维软件,建立叶片的3D数字模型;然后将3D数字模型输入 加工机床的控制单元;
步骤2:工件装夹
将待加工的叶片毛坯件采用专用工装装夹定位,限定其自由度;
同时工装还将所述叶片毛坯件限定在机床刀具的加工范围以内,确保所有 待加工面均能被加工到,也便于机床根据加工程序调整毛坯件的加工姿态。
工装对叶片毛坯件的限定为刚性限定,避免其在加工过程中出现移动,影 响加工的精确性。
机床刀具的加工范围包括加工的长度、宽度、高度及角度等。
工装可以选用公知的水轮机叶片毛坯件的工装,也可以根据前述装夹定位 的要求,由本领域技术人员根据公知工装结构做常规手段的变换得到。
步骤3:设定坐标原点
叶片毛坯件装夹完成后,操作人员根据加工机床的操作要求,在控制面板 上设定加工的坐标原点;
步骤4:试刀检测
开机对叶片毛坯件的预定区域进行加工,形成若干局部加工面;然后采用 机床侧头在每个局部加工面上选取不少于5个离散分布点分别进行检测,并将 测得的坐标数据记录下来;
为保证加工精度,叶片毛坯件的加工区域选择叶根位置的两个侧面和两个 径向面以及叶冠位置的两个侧面和两个径向面。
步骤5:修正
将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏 差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量;
为确保修正结果能反映出工件整体的状态,同时提高检测效率,本发明的 叶片毛坯件的加工区域优选叶根位置的两个侧面及叶冠位置的两个径向面。进 一步的,每个局部加工面上选取7-10个离散分布点。
步骤6:粗加工
根据修正值,对各个加工面完成粗加工;并为精加工预留不超过0.2mm的 加工余量;
步骤7:精加工
重复步骤4和步骤5,然后根据修正值,对各个加工面完成精加工。
由于本发明在工件的加工过程中设定了在线测量及修正的步骤4和步骤5, 粗加工和精加工的加工余量均可以大幅减少。粗加工的加工余量由现有的至少 3mm降至不超过2mm。精加工的加工余量,由现有技术的0.5mm以上缩减至 0.2mm以下,本发明精加工预留的加工量通常为0.1-0.15mm。大大减少了刀具 的磨损。
为更好的解释说明本发明,发明人进行了若干实验并选取效果最好的几组 数值做为实施例,同时采用现有技术对比例进行比较。为确保实验结果的可对 比性,本发明的所有实施例及对比例均采用统一规格型号的汽轮机叶片毛坯件, 每个实施例加工5件,加工后测量关键尺寸,并计算平均偏差值,以便检验本 发明的技术效果。以下对实施例及对比例的说明仅陈述出现变化的内容,一致 的步骤及内容如前所述后文不再赘述。
实施例1:
步骤4:叶片毛坯件的加工区域选择叶根位置的两个侧面和两个径向面以及 叶冠位置的两个侧面和两个径向面。
每个局部加工面上选取5个离散分布点进行检测;
步骤6:为精加工预留0.1mm的加工余量;
加工5件,加工后测量关键尺寸,平均偏差值为3%。
实施例2:
步骤4:叶片毛坯件的加工区域选择叶根位置的两个侧面以及叶冠位置的两 个侧面。
每个局部加工面上选取7个离散分布点进行检测;
步骤6:为精加工预留0.2mm的加工余量;
加工5件,加工后测量关键尺寸,平均偏差值为5%。
实施例3:
步骤4:叶片毛坯件的加工区域选择叶根位置的两个侧面以及叶冠位置的两 个径向面。
每个局部加工面上选取6个离散分布点进行检测;
步骤6:为精加工预留0.15mm的加工余量;
加工5件,加工后测量关键尺寸,平均偏差值为4%。
实施例4:
步骤4:叶片毛坯件的加工区域选择叶根位置的两个径向面以及叶冠位置的 两个侧面。
每个局部加工面上选取8个离散分布点进行检测;
步骤6:为精加工预留0.13mm的加工余量;
加工5件,加工后测量关键尺寸,平均偏差值为5%。
表1:各实施例及对比例数据
其他实施例不再赘述,结果参见表1。结合表1,将各实施例与对比例进行 比对后可知,采用了本发明的在线测量方法,叶轮的加工余量有了大幅的降低, 减少了刀具的磨损,也降低了制造成本。同时加工的稳定性大大提高,提高了 加工质量。
综上所述,本发明提供了一种水轮机叶片的加工在线测量方法,通过建立 叶片的3D数字模型,并在在粗加工及精加工之前设置试刀检测及修正步骤;在 线检测水轮机叶片的数据,并将检测的数据与模型对比及时修正下一步的加工 量。保证了加工精度及加工的稳定性。降低了制造成本,提高了加工质量。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情 况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:建立工件的数字模型
采用计算机三维软件,建立叶片的3D数字模型;然后将3D数字模型输入加工机床的控制单元;
步骤2:工件装夹
将待加工的叶片毛坯件采用专用工装装夹定位,限定其自由度;
步骤3:设定坐标原点
叶片毛坯件装夹完成后,操作人员根据加工机床的操作要求,在控制面板上设定加工的坐标原点;
步骤4:试刀检测
开机对叶片毛坯件的预定区域进行加工,形成若干局部加工面;然后采用机床侧头在每个局部加工面上选取不少于5个离散分布点分别进行检测,并将测得的坐标数据记录下来;
步骤5:修正
将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量;
步骤6:粗加工
根据修正值,对各个加工面完成粗加工;并为精加工预留不超过0.2mm的加工余量;
步骤7:精加工
开机对叶片毛坯件的预定区域进行加工,形成若干局部加工面;然后采用机床侧头在每个局部加工面上选取不少于5个离散分布点分别进行检测,并将测得的坐标数据记录下来;
将检测的数据通过控制面板输入控制单元,与3D数字模型比对确定加工偏差,之后根据比对的结果修正下一步的加工量;然后根据修正值,对各个加工面完成精加工。
2.根据权利要求1所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述工装对叶片毛坯件的限定为刚性限定。
3.根据权利要求2所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述工装还将叶片毛坯件限定在机床刀具的加工范围以内。
4.根据权利要求3所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述加工范围包括加工的长度、宽度、高度及角度。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述步骤4的预定区域包括,叶根位置的两个侧面和两个径向面以及叶冠位置的两个侧面和两个径向面。
6.根据权利要求5所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述预定区域为叶根位置的两个侧面及叶冠位置的两个径向面。
7.根据权利要求6所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述步骤5中的离散分布点为7~10个。
8.根据权利要求5所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述步骤6为精加工预留的加工余量为0.1-0.15mm。
9.根据权利要求8所述的水轮机叶片的加工在线测量方法,其特征在于,所述步骤6为精加工预留的加工余量为0.1mm。
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