摘要：现代水轮机一般可划分为反击式和冲击式两大类。而冲击式水轮机是依靠由特殊导水机构引出的仅具有动能的高速射流冲向水轮机转轮叶片（水斗），使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。水轮机转轮制造加工质量及其型面的准确性对水电站机组的安全、可靠、经济运行有着巨大的影响。近年来，水轮机制造业应用数控加工技术对水斗进行整体数控加工，并探索五轴联动数控加工大型水斗，随着转轮零件的曲面复杂程度加大，加工程序也越来越复杂，因此进行数控加工模拟仿真验证变得越来越重要，数控加工仿真技术不但可以对零件的加工过程进行实时的动态模拟，在计算机上模拟出机床运动和零件切削的全过程，而且还能检验加工的干涉问题，有着非常好的实用性。本课题论文系开发冲击式水轮机转轮数控加工工艺。通过对转轮数控加工工艺优化，解决转轮工作中的失效断裂问题，提高加工效率，降低加工成本，并能够提高水轮机工作效率。

本课题论文利用转轮的二维平面图和水斗型面截面图，根据线云数据通过Pro/ENGINEER进行曲面造型，再建立转轮水斗、转轮的三维实体模型，对建立的三维模型，进行转轮水斗和转轮的数控加工工艺设计。利用复杂曲面数控加工相关技术对水轮机转轮进行数控加工工艺仿真，生成NC代码。最后在数控加工机床上进行数控加工。

关键词：Pro/ENGINEER  冲击式水轮机  转轮  数控加工

目 录

摘 要

ABSTRACT

1  绪 论-1

1.1 冲击式水轮机概述-1

1.1.1冲击式水轮机的主要类型-1

1.1.2冲击式水轮机的工作特点-2

1.1.3冲击式水轮机结构及主要工作部件-2

1.1.4冲击式水轮机的发展-2

1.2 冲击式水轮机的特性-3

1.3 冲击式水轮机转轮制造技术-3

1.3.1冲击式水轮机转轮制造简介-3

1.3.2冲击式水轮机转轮制造技术的发展趋势-4

1.4 复杂曲面加工-4

1.4.1复杂曲面设计与加工技术-4

1.4.2复杂曲面加工设备的发展-5

1.5 课题的来源-5

1.6 课题的研究目的和意义-5

2  产品设计-6

2.1产品设计流程-6

2.2 产品设计方法-7

2.2.1组合设计-7

2.2.2计算机辅助设计-7

2.2.3 面向可制造与可装配的设计-8

2.3 现代机械产品设计-8

2.3.1 三维实体造型-8

2.3.2 有限元结构分析-8

2.3.3 优化设计-8

2.3.4 动态仿真设计-9

2.3.5 零部件的详细设计-9

3  冲击式水轮机转轮三维造型设计-10

3.1 Pro/E软件简介-10

3.2 基于Pro/E软件的转轮三维建模分析-10

3.3 冲击式水轮机转轮水斗三维建模-11

3.3.1转轮水斗工作面曲面造型-11

3.3.2转轮水斗背面曲面造型-15

3.3.3水斗工作面与背面过渡型面造型-15

3.3.4转轮的实体造型-16

4 复杂曲面数控加工-20

4.1多轴数控加工技术-20

4.2 复杂曲面的加工-20

4.3 Pro/E数控加工-21

4.3.1 Pro/E虚拟制造系统-21

4.3.2 Pro/E数控加工相关模块-21

4.3.3 虚拟数控加工过程-22

5  冲击式水轮机转轮数控加工工艺设计-24

5.1转轮毛坯的选用-24

5.2冲击式水轮机转轮加工工艺分析-24

5.2.1转轮轮毂加工工艺设计-24

5.2.2水斗型面加工工艺设计-25

5.3冲击式水轮机转轮工艺流程-25

6  冲击式水轮机转轮数控加工-27

6.1数控加工中心简介-27

6.2数控编程-27

6.2.1切削参数设定-27

6.2.2机床设置-28

6.2.3刀具设置-29

6.2.4 NC序列设置-30

6.2.5 轨迹生成和加工仿真-34

7  总 结-35

致  谢-36

参考文献-37

附 录-39

附录1 冲击式水轮机转轮木模图-39

附录2 冲击式水轮机转轮水斗型面截面图-39

附录3 冲击式水轮机转轮水斗部分NC加工代码-39