我公司承擔(dān)制造的3臺(tái)高壩洲水輪發(fā)電機(jī)組是高水頭軸流式機(jī)組，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為5.8m，轉(zhuǎn)輪葉片從進(jìn)水邊到出水邊扭曲度大，葉片背面轉(zhuǎn)緣帶有外裙邊，葉片轉(zhuǎn)轂側(cè)帶有較大內(nèi)裙邊，從法蘭球面區(qū)至進(jìn)、出水邊的曲面R沿空間曲面逐漸變化過渡到零。應(yīng)用戶要求，機(jī)組全套葉片(3臺(tái)×5片)采用5FZG龍門移動(dòng)式五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工。數(shù)控刀具的研制和應(yīng)用成為加工能否成功的關(guān)鍵因素之一。

    1、刀具的選用

    選用加工葉片數(shù)控刀具時(shí)需考慮以下因素：

    刀具幾何形狀應(yīng)能適應(yīng)凸曲面和凹曲面的加工，應(yīng)具有良好的切削性能及斷屑、排屑性能。

    選用刀具時(shí)除應(yīng)根據(jù)機(jī)床功率、銑頭轉(zhuǎn)速、葉片材質(zhì)等對刀具、刀片的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算外，還需要對刀片、刀桿、銑頭等進(jìn)行仿真加工驗(yàn)證和干涉檢查驗(yàn)算。

    可選用不同直徑的刀具進(jìn)行仿真加工驗(yàn)算，在機(jī)床功率、剛性、銑頭轉(zhuǎn)速足夠的條件下，盡量選用大直徑刀具，以提高加工效率。

    經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算及仿真加工驗(yàn)證，選定以下4種刀具加工高壩洲機(jī)組葉片：①60°D200面銑刀盤，用于粗銑葉片表面；②D100玉米銑刀，用于加工葉片進(jìn)、出水邊及外緣；③D100球頭銑刀，用于加工葉片表面與法蘭球面間過渡曲面；④D125R面銑刀，用于精銑葉片表面。

2、刀具的國產(chǎn)化研制

    為保證加工質(zhì)量，加工第一臺(tái)機(jī)組葉片時(shí)全部采用了進(jìn)口數(shù)控刀具(Kennametal、Sandvik產(chǎn)品)。由于葉片材料為含Ni、Cr不銹鋼，材料強(qiáng)韌性好，加工溫度高，刀具消耗量較大。雖然進(jìn)口刀具加工輕快，切削效率高，但價(jià)格昂貴(每把5000～32000元)，供貨周期長，對降低加工成本、保證生產(chǎn)進(jìn)度不利。為此，我們對部分刀具進(jìn)行了國產(chǎn)化研制。

    與綿江工具廠合作研制了60°面銑刀盤。Kennametal公司進(jìn)口刀盤為右刀盤(正刀盤)，未生產(chǎn)左刀盤(反刀盤)，只能利用刀片4次。而國產(chǎn)化的正、反兩種銑刀盤可將刀片使用次數(shù)增加到8次。另外，原裝進(jìn)口刀具采用杠桿式壓緊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)、制造較復(fù)雜，我們改用了螺釘壓緊式結(jié)構(gòu)，通過試加工證明是成功的。

    與綿江工具廠合作研制了D100螺旋玉米銑刀。因螺旋玉米銑刀加工量大且不均勻，因此我們選用了立裝結(jié)構(gòu)且?guī)Х中疾鄣牡镀岣吡说毒邚?qiáng)度和排屑流暢性。

    大規(guī)格非標(biāo)刀具，由于為長切削刃結(jié)構(gòu)，國產(chǎn)化開發(fā)難度較大，因此仍采用進(jìn)口刀具。

    R125面銑刀為精銑刀，加工量小，不易損壞，所以無需國產(chǎn)化。

    3、刀片的國產(chǎn)化研制

    加工葉片使用的進(jìn)口刀片雖然性能優(yōu)良，但消耗量大，價(jià)格昂貴，有必要進(jìn)行國產(chǎn)化開發(fā)。進(jìn)口刀片全部為加工不銹鋼材料的涂層刀片，且刀片幾何形狀復(fù)雜。如60°面銑刀片采用曲面15°大前角；玉米銑刀片一面帶3個(gè)分屑槽，另一面帶2個(gè)分屑槽；R面銑刀片的前刀面帶有復(fù)雜紋路。因此刀片模具的開發(fā)難度很大。國產(chǎn)化刀片必須滿足以下要求：①材質(zhì)好，適合葉片加工；②形狀精度和尺寸精度高，可滿足加工要求。

    經(jīng)過對加工能力的認(rèn)真考察，我們選擇株洲硬質(zhì)合金廠進(jìn)行刀片的國產(chǎn)化開發(fā)。開發(fā)的具體刀片牌號(hào)為：CN35160°面銑刀片；CN351玉米銑刀片；CN351球頭銑刀片；YB235R面銑刀片。國產(chǎn)化刀具及刀片經(jīng)生產(chǎn)使用，效果良好，證明國產(chǎn)化研制是成功的。

4、刀具的修復(fù)

    在生產(chǎn)過程中，球頭銑刀損壞嚴(yán)重，消耗量很大。這種刀具進(jìn)口單價(jià)近2萬元人民幣，為降低加工成本，有必要對損壞的球頭銑刀進(jìn)行修復(fù)。

    首先對刀具缺損部分進(jìn)行補(bǔ)焊，然后用砂輪機(jī)磨出刀具外形輪廓，用旋風(fēng)銼修銼刀座部位。為糾正焊接變形，還需用M3.5絲錐將刀片壓緊螺釘孔重新攻絲。雖然修復(fù)后的刀具精度不如原裝刀具，但完全可以滿足加工要求。我們先后修復(fù)刀具14把，共節(jié)約資金27.7萬元。

    5、效益分析

    水輪機(jī)葉片數(shù)控加工刀具的國產(chǎn)化開發(fā)大幅度降低了加工中的刀具成本。國產(chǎn)60°面銑刀盤單價(jià)為1580元(進(jìn)口銑刀盤為12500元)；國產(chǎn)D100螺旋玉米銑刀單價(jià)為3000元(進(jìn)口銑刀為31980元)；60°面銑刀片單價(jià)為75元(進(jìn)口刀片為174.75元)；國產(chǎn)玉米銑刀片單價(jià)為45元(進(jìn)口刀片為83.97元)；國產(chǎn)球頭銑刀片單價(jià)為25元(進(jìn)口刀片為62.24元)；國產(chǎn)R面銑刀片單價(jià)為32元(進(jìn)口刀片為80元)。國產(chǎn)刀片的加工效率可達(dá)到進(jìn)口刀片的70%～80%，而價(jià)格不到進(jìn)口刀片的1/2。在對三臺(tái)高壩洲水輪機(jī)組葉片的加工中，第一臺(tái)機(jī)組葉片全部采用進(jìn)口刀片加工，刀片費(fèi)用8.9萬元；第二臺(tái)機(jī)組葉片大部分采用國產(chǎn)刀片加工，刀片費(fèi)用降為3.7萬元；第三臺(tái)機(jī)組葉片全部采用國產(chǎn)刀片加工，刀片費(fèi)用僅為3.2萬元。