CN111168158A

CN111168158A - 一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法

Info

Publication number: CN111168158A
Application number: CN202010178063.1A
Authority: CN
Inventors: 刘声福; 余江浪
Original assignee: Chongqing Water Turbine Works Co Ltd
Current assignee: Chongqing Water Turbine Works Co Ltd
Priority date: 2020-03-14
Filing date: 2020-03-14
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明公开了一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，包括如下布步骤：1）、装夹；2）安装；3）确定转轮加工基准；4）利用豪克能执行器A执行编写好的加工程序，对转轮水斗面进行加工；5）利用豪克能执行器B执行编写好的加工程序，对转轮水斗根部进行加工；6）通过步骤4）、步骤5）完成一个水斗的表面复合能量加工后，利用加工中心数控回转工作台分度，同样步骤实现其它水斗的逐个加工。本发明实现了水斗根部的抗疲劳制造，提高了水斗根部抗疲劳度，减少疲劳裂纹的产生，实现水斗内侧空间型面的镜面加工，在水斗内侧空间型面直接加工出纳米层，消除水斗根部及切水刃残余拉应力，预置高低可控压应力，延长了冲击式转轮运行寿命。

Description

一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法

技术领域

本发明涉及一种转轮水斗加工方法，特别是一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法。

背景技术

目前，在水轮机行业中，高水头冲击式转轮是水轮发电机组的核心零部件，是机组运行过程中是最容易磨损和产生疲劳裂纹的零件，其中，疲劳裂纹的产生和扩大会直接影响水轮发电机组的运行安全，因此，高水头冲击式转轮的抗疲劳性能要求高，其是对机组运行的安全保障。

现有的冲击式转轮水斗在制造时，一般通过数控粗、精加工完后再由人工打磨、抛光；采用人工打磨、抛光后其表面粗糙度只能达到Ra3.2，无法再进行其它表面处理；这样打磨、抛光后的冲击式转轮在运行几年后，通过探伤检测，发现冲击式转轮水斗会出现不同长度大小的疲劳裂纹，使得直接影响了水轮机组的运行安全，降低了使用寿命，提高了运行成本。

发明内容

本发明的目的就是提供一种有效减少疲劳裂纹的产生和延长冲击式转轮运行寿命的高水头冲击式转轮水斗表面加工方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，所述方法包括如下布步骤：1）、装夹；将需加工的转轮装夹至七轴五联动数控加工中心上；2）安装；将豪克能执行器安装到七轴五联动数控加工中心上,同时与豪克能设备系统连接；3）确定转轮加工基准；4）利用豪克能执行器A执行编写好的加工程序，对转轮水斗面进行加工；5）利用豪克能执行器B执行编写好的加工程序，对转轮水斗根部进行加工；6）通过步骤4）、步骤5）完成一个水斗的表面复合能量加工后，利用七轴五联动数控加工中心数控回转工作台分度，同样步骤实现其它水斗的逐个加工。

其中，在所述步骤1）中，其装夹包括装夹工具的装夹和转轮的装夹，所述装夹工具装夹到七轴五联动数控加工中心工作台中心上；所述转轮装夹到装夹工具上。

进一步，所述装夹工具的装夹是这样的：将装夹工具下止口与七轴五联动数控加工中心工作台定位孔配合定位；用百分表吸附在七轴五联动数控加工中心主轴上保持不动，百分表表针指向上止口面法向，转动工作台，检查上止口面是否与，微整工装，使百分表跳动在0.01mm以内，用螺杆、T型螺母等与七轴五联动数控加工中心工作台压紧固定，压紧后重新检查装夹工具面与七轴五联动数控加工中心2工作台同心度。

进一步，所述转轮的装夹是这样的：将冲击式转轮装夹于装夹工具上，以装夹工具上止口的柱面及台阶面作为定位基准，用找正装夹工具的同样方法找正冲击式转轮内孔，使冲击式转轮与七轴五联动数控加工中心工作台同心，压紧后重新复校其同心度。

在本发明中，所述装夹工具包括截面呈U形的基体，在所述基体上端面设置有定位法兰，在所述定位法兰上设置上有连接孔。

其中，所述豪克能执行器A包括依次连接的锥柄A、刀身A和刀杆A，在所述刀身A上设置有气管接头A和电缆接头A，所述刀杆A的端头为圆弧直径为16mm的球头；所述豪克能执行器B包括依次连接的锥柄B、刀身B和刀杆B，在所述刀身B上设置有气管接头B和电缆接头B，所述刀杆B的端头为圆弧半径为7mm的球头。

进一步描述，在所述步骤4）中，所述豪克能执行器A的轴线与被加工面法线的夹角为-45°～+45°；所述运动轨迹为在水斗面上从转轮外圆到水斗根部作往复运动，以0.05mm的步距从水斗的一侧往另一侧逐步推进。

进一步描述，在所述步骤5）中，所述豪克能执行器B的轴线与被加工面法线的夹角为-30°～+30°；所述运动轨迹为在水斗根部表面上从由高到低作螺旋插补运动，螺距设定为0.03mm。

由于采用了上述技术方案，本发明实现了水斗根部的抗疲劳制造，提高了水斗根部抗疲劳度，减少疲劳裂纹的产生，实现水斗内侧空间型面的镜面加工，在水斗内侧空间型面直接加工出纳米层，消除水斗根部及切水刃残余拉应力，预置高低可控压应力，延长了冲击式转轮运行寿命。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的加工示意图；

图2为本发明的装夹工具结构示意图；

图3为豪克能执行器A结构示意图；

图4为豪克能执行器B结构示意图；

图5为水斗面加工示意图；

图6为水斗根部加工示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1所示，一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是，所述方法包括如下布步骤：1）、装夹；将需加工的转轮1装夹至七轴五联动数控加工中心2上；2）安装；将豪克能执行器安装到七轴五联动数控加工2中心上,同时与豪克能设备系统连接；3）确定转轮1加工基准；4）利用豪克能执行器A3执行编写好的加工程序，对转轮1水斗面进行加工；5）利用豪克能执行器B4执行编写好的加工程序，对转轮1水斗根部进行加工；6）通过步骤4）、步骤5）完成一个水斗的表面复合能量加工后，利用七轴五联动数控加工中心数控回转工作台分度，同样步骤实现其它水斗的逐个加工。

其中，所述步骤1）中，其装夹包括装夹工具5的装夹和转轮1的装夹，所述装夹工具5装夹到七轴五联动数控加工中心2工作台中心上；所述转轮1装夹到装夹工具5上。

进一步，在本发明中，所述装夹工具5的装夹是这样的：将装夹工具5下止口与七轴五联动数控加工中心2工作台定位孔配合定位；用百分表吸附在七轴五联动数控加工中心2主轴上保持不动，百分表表针指向上止口面法向，转动工作台，检查上止口面是否与，微整工装，使百分表跳动在0.01mm以内，用螺杆、T型螺母与七轴五联动数控加工中心2工作台压紧固定，压紧后重新检查装夹工具5面与七轴五联动数控加工中心2工作台同心度。

进一步描述，在本发明中，所述转轮1的装夹是这样的：将冲击式转轮1装夹于装夹工具5上，以装夹工具5上止口的柱面及台阶面作为定位基准，用找正装夹工具5的同样方法找正冲击式转轮1内孔，使冲击式转轮1与七轴五联动数控加工中心2工作台同心，压紧后重新复校其同心度。

如图2所示，进一步描述，为了便于转轮的装夹，所述装夹工具5包括截面呈U形的基体6，在所述基体6上端面设置有定位法兰7，在所述定位法兰7上设置上有连接孔8。

如图3、4所示，其中，所述豪克能执行器A3包括依次连接的锥柄A9、刀身A10和刀杆A11，在所述刀身A10上设置有气管接头A12和电缆接头A13，所述刀杆A11的端头为圆弧直径为16mm的球头；所述豪克能执行器B4包括依次连接的锥柄B14、刀身B15和刀杆B16，在所述刀身B15上设置有气管接头B17和电缆接头B18，所述刀杆B16的端头为圆弧半径为7mm的球头。

如图5所示，在所述步骤4）中，所述豪克能执行器A3的轴线与被加工面法线的夹角为-45°～+45°；所述运动轨迹为在水斗面19上从转轮1外圆到水斗根部20作往复运动，以0.05mm的步距从水斗的一侧往另一侧逐步推进。在本发明中，尽量控制在-30°～+30°范围内。

如图6所示，在所述步骤5）中，所述豪克能执行器B4的轴线与被加工面法线的夹角为-30°～+30°；所述运动轨迹为在水斗根部20表面上从由高到低作螺旋插补运动，螺距设定为0.03mm。在本发明中，尽量控制在-25°～+25°范围内。

通过上述加工方法加工，实现水斗内侧空间型面的镜面加工，表面粗糙度达到Ra≤0.2；同时，对于表面改性加工，使得在水斗内侧空间型面直接加工出纳米层，消除水斗根部及切水刃残余拉应力，预置高低可控压应力，表面微硬度提高20%以上，耐磨性能提高50%以上，耐腐蚀性提高40%以上；并且还提高高水头冲击式转轮运行寿命30%。

Claims

1.一种高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是，所述方法包括如下布步骤：1）、装夹；将需加工的转轮装夹至七轴五联动数控加工中心上；2）安装；将豪克能执行器安装到七轴五联动数控加工中心上,同时与豪克能设备系统连接；3）确定转轮加工基准；4）利用豪克能执行器A执行编写好的加工程序，对转轮水斗面进行加工；5）利用豪克能执行器B执行编写好的加工程序，对转轮水斗根部进行加工；6）通过步骤4）、步骤5）完成一个水斗的表面复合能量加工后，利用七轴五联动数控加工中心数控回转工作台分度，同样步骤实现其它水斗的逐个加工。

2.如权利要求1所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：所述步骤1）中，其装夹包括装夹工具的装夹和转轮的装夹，所述装夹工具装夹到七轴五联动数控加工中心工作台中心上；所述转轮装夹到装夹工具上。

3.如权利要求2所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是，所述装夹工具的装夹是这样的：将装夹工具下止口与七轴五联动数控加工中心工作台定位孔配合定位；用百分表吸附在七轴五联动数控加工中心主轴上保持不动，百分表表针指向上止口面法向，转动工作台，检查上止口面是否与，微整工装，使百分表跳动在0.01mm以内，用螺杆、T型螺母与七轴五联动数控加工中心工作台压紧固定，压紧后重新检查装夹工具面与七轴五联动数控加工中心2工作台同心度。

4.如权利要求3所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是，所述转轮的装夹是这样的：将冲击式转轮装夹于装夹工具上，以装夹工具上止口的柱面及台阶面作为定位基准，用找正装夹工具的同样方法找正冲击式转轮内孔，使冲击式转轮与七轴五联动数控加工中心工作台同心，压紧后重新复校其同心度。

5.如权利要求4所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：所述装夹工具包括截面呈U形的基体，在所述基体上端面设置有定位法兰，在所述定位法兰上设置上有连接孔。

6.如权利要求5所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：所述豪克能执行器A包括依次连接的锥柄A、刀身A和刀杆A，在所述刀身A上设置有气管接头A和电缆接头A，所述刀杆A的端头为圆弧直径为16mm的球头。

7.如权利要求6所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：所述豪克能执行器B包括依次连接的锥柄B、刀身B和刀杆B，在所述刀身B上设置有气管接头B和电缆接头B，所述刀杆B的端头为圆弧半径为7mm的球头。

8.如权利要求7所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：在所述步骤4）中，所述豪克能执行器A的轴线与被加工面法线的夹角为-45°～+45°；所述运动轨迹为在水斗面上从转轮外圆到水斗根部作往复运动，以0.05mm的步距从水斗的一侧往另一侧逐步推进。

9.如权利要求8所述的高水头冲击式转轮水斗表面复合能加工方法，其特征是：在所述步骤5）中，所述豪克能执行器B的轴线与被加工面法线的夹角为-30°～+30°；所述运动轨迹为在水斗根部表面上从由高到低作螺旋插补运动，螺距设定为0.03mm。