转轮是冲击式水轮机的核心部件,转轮制造水平关系着水轮机工作效率、寿命和企业的经济效益。现阶段,整体锻造配合数控加工是转轮制造的主流方式,但此种方式材料利用率低,通常毛坯的3/4需要去除,造成了大量的材料浪费。寻求转轮制造的新思路,研制相应的装备,减小材料的浪费、提高生产效率,提升转轮的制造水平很有必要。本文针对转轮水斗的制造问题,把堆焊技术与3D打印技术融合在一起,用于转轮水斗毛坯的制造,实现转轮水斗的近净成型加工。结合3D堆焊技术研制适合于转轮水斗堆焊制造和修复的专用堆焊装置,本文的主要研究内容如下:首先,论述了3D堆焊工艺的原理、特点及其用于转轮制造的合理性。结合转轮待焊位置分析研究了适合转轮材料堆焊的常用堆焊工艺,确定了转轮水斗的堆焊方法。研究了堆焊工艺参数对焊丝熔化速度、堆焊成形、飞溅的影响,制定了转轮水斗的堆焊工艺。其次,根据企业的技术要求,对堆焊装置进行设计,主要进行了堆焊装置总体方案设计,焊枪水平移动模块设计,焊枪上下移动模块设计,焊枪角度调整模块设计,转轮变位机构设计,并对关键部件进行静刚度、强度分析,通过堆焊装置装配体干涉检查进一步优化结构设计。根据堆焊装置的实际运动情况,制定堆焊装置的控制方案,对控制系统主要硬件进行了简单介绍。再次,确定了堆焊路径规划的整体思路,分析比较了数控铣削刀具路径和堆焊路径的差异,通过Creo对转轮进行三维建模并进行模型处理。采用Creo CAM模块对水斗的每一层进行加工,采用以焊丝直径为直径的铣刀进行堆焊过程模拟,并在Vericut中利用以堆焊熔宽为直径的刀具进行单层材料移除模拟,阐述了采用刀具路径代替堆焊时焊丝末端轨迹的合理性。创建后置处理器对CL文件进行编译转换成数控系统能识别的MCD文件。最后,根据堆焊装置的实际运动情况,通过Creo的机构分析模块,创建机构连接定义,添加伺服电机,创建分析定义,创建测量,进行运动碰撞干涉检查,检验焊枪与相邻水斗可能出现干涉的位置是否会产生干涉,通过调整焊枪角度使焊枪与相邻水斗处于临界干涉状态,测得焊枪不干涉的角度范围,为其他角度的堆焊提供了一个参考。