2017年5月23日

關于四軸數控銑機床加工整體葉輪的方法

四軸精工銑機床加工整體葉輪的方法描述本發明是關于采用四軸精工銑機床加工整體葉輪的精工銑加工方法。背景整體葉輪是指將傳統葉輪結構的葉片和輪盤設計成整體結構。整體葉輪因為葉型復雜，精度要求高，刀具加工可達性差。葉片薄，扭曲大，葉片間隔小，葉片薄受力后變形大；葉輪材料多為耐高溫、具有高比強度比剛度的難加工材料，所以整體葉輪的加工制造很難。整體葉輪是由輪轂和若干葉片構成的，葉片均勻分布在輪轂表面上，相鄰兩個葉片，以及輪轂面形成的空間為流通道，每個葉片與輪轂的連接處有一個倒圓的過渡面，以保證葉片與輪轂間的光滑拼接。葉片型面是一種不可展直紋面，在直紋面的兩條導動曲線中，與輪轂表面相交的那條稱為葉根線，而另外一條稱為葉頂線，它們分別以列表形式給出。國內外已經采用的加工整體葉輪的方法主要有精工銑削、精密鑄造、精密鍛造、精工加工、精工電火花加工以及精工組合電加工。精工銑削加工是應用最廣泛的整體葉輪制造方法。葉輪是透平機械的關鍵部件，其精工加工一直是研究的焦點，通常需要在5軸聯動精工機床進行加工。美國GE公司和P&W公司、英國R. R公司等在研制整體葉輪時，均采用了五坐標精工銑削加工技術。在整體葉輪的精工加工過程中，刀具的工作空間受到葉輪結構的嚴格限制，干涉現象比加工自由曲面要復雜的多。相鄰葉片間的空間較小，刀具極易與相鄰葉片發生干涉。在實際加工中，由于目前國內還沒有比較成熟的且適應性強的CAD/CAM系統，絕大多數生產葉輪的廠家還依靠從國外進口的軟件來完成其5坐標精工加工。進口軟件一般都是封閉的運行模塊，其難點和一些關鍵問題的技術資料很難獲得。雖然目前國內多數葉輪生產廠家都采用CAD/CAM軟件，但這些軟件生成的精工程序并非盡如人意，而且精工銑削加工整體葉輪的精工銑削方法在實際應用時還有若干關鍵技術問題。其一，由于刀具磨損造成加工誤差，雖可采用編程補償，但其磨損規律有待針對不同材料進行試驗研究；其二，隨著新型高溫、高強度等難切削材料的使用日益增多，且5坐標精工加工對刀具要求更高，由于刀具切削性能卻相對落后，使得整體葉輪的精工銑削加工受到很大程度的制約；其三，對于葉間間隙狹窄，彎扭度較大的葉輪而言，直柄刀具很難完成，而且整體開式葉輪類零件受制于五軸機床價格昂貴裝備數量少的限制，用五軸機床加工葉輪會造成加工工時成本高昂，大大提高制造成本，而四軸機床相對裝備數量較多，使用成本低，有利于降低加工成本。但是傳統方法在四軸機床上加工葉輪往往是用球頭錐度立銑刀加工，其用球頭銑刀進行點切削，不僅加工效率低，而且加工表面的一致性差，表面硬化嚴重。而且采用固定錐度的刀具加工葉輪，并沒有考慮到不同葉輪的曲面變化，加工表面沿走刀方向為凸曲線，刀觸點軌跡為凹曲線，加工誤差較大，它最后生成的是四軸聯動的加工程序，這樣由于聯動加工運動軸數過多而造成刀具承受較大的切削力，進而引起加工震動過大，使加工零件表面質量下降，光潔度差，接刀痕跡大，并且球頭銑刀并不適用于大余量切削，其排屑能力差，使切削速度難以提升造成加工效率低。因此傳統四軸機床加工方法在葉輪曲面加工中的零件表面質量并不理想，沒有充分發揮出四軸機床加工葉輪曲面類零件的優勢。內容本發明的目的是針對現有技術存在的不足之處，提供一種排屑通暢，切削效率高，加工成本低，能夠縮短加工時間，能夠簡化四軸加工的參與聯動的運動軸數，用四軸精工銑機床加工整體葉輪的精工銑加工方法本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種四軸精工銑機床加工整體葉輪的方法，其特征在于包括以下步驟：(a)編程中，在CAD軟件PowerSHAPE中根據葉輪參數構建葉輪模型，導入CAM軟件 Powermill中，設置加工原點于葉輪回轉中心，采用導程參考線投影回轉加工方式建立加工策略，由葉輪導程參數生產加工參考線，根據葉輪的導程、直徑，葉片厚度參數計算出葉輪葉片的錐度角；在刀具管理模塊中，按照葉片高度、槽寬和錐度角生成錐度平底立銑刀2模型，在刀具軸矢量模塊中選擇固定軸模式，采用導程參考線投影回轉加工方式，使銑刀跟隨葉輪導程曲率變化進行多軸聯動銑削加工；再用固定軸方式設置刀具軸線垂直于加工路徑方向，走刀方向與葉輪回轉軸心線4重合，生成四軸機床X軸和A軸的聯動加工刀路軌跡程序，根據加工機床控制系統和結構調用相對應后處理生成加工程序；(b)將葉輪零件1固定于四軸機床的回轉軸A軸中心，并將機床Y向和Z向的加工原點設置在A軸回轉中心；并在加工中將錐度平底立銑刀2加工方向設置為機床回轉軸方向 X向，加工中Y向保持回轉軸心位置不變；(c)在四軸聯動加工中心進行葉輪的多軸聯動加工，控制錐度平底立銑刀2跟隨葉輪導程線曲率變化進行多軸聯動銑削加工。本發明相比于現有技術具有如下有益效果，本發明采用錐度平底立銑刀2進行整體開式葉輪1的四軸加工，其刀具相比直柄立銑刀和錐度球頭立銑刀具有更好的加工剛性及排屑性，更適合于葉間間隙狹窄，彎扭度較大的葉輪加工。本發明根據不同的葉輪參數計算出錐度刀具的錐角，控制刀具軸心3與葉輪軸心線4重合，保持加工走刀方向并沿葉輪回轉軸心線4進行，完全用刀具錐度面做葉片曲面的擬合加工，通過四軸機床X軸和A軸多軸聯動的方式實現葉輪的曲面加工，可以充分發揮四軸機床旋轉工作臺的加工能力，簡化四軸加工參與聯動的運動軸數。這種方法能夠提高加工效率和零件表面光潔度，更好的發揮四軸精工機床的加工性能以提升生產效率。本發明根據葉輪的導程、直徑，葉片厚度等參數計算出葉輪葉片的錐度角，由葉片高度和槽寬制作出專用錐度平底立銑刀2,并在加工中將錐度平底立銑刀2加工方向設置為機床回轉軸方向X向，加工中Y向保持回轉軸心位置不變，使錐度平底立銑刀2錐面跟隨葉輪導程曲率變化進行曲面聯動銑削加工，由于平底錐度平底立銑刀2加工線速度相比球型銑刀要大，提高了加工效率和零件表面光潔度，充分發揮出了四軸機床聯動加工的技術優勢。本發明在編程軟件中采用四軸回轉加工策略，使銑刀錐面跟隨葉輪導程曲率變化進行曲面聯動銑削加工，加工中Y向保持回轉軸心位置不變，由于錐度平底立銑刀2其加工線速度相比球型錐度平底立銑刀2要大，排屑通暢，切削效率高，可以使加工時間縮短，提高生產效率。本發明將葉輪零件1固定于四軸機床的回轉軸中心，并將機床Y向和Z向加工原點設置在A軸回轉中心，可最大程度的優化刀具加工路徑，簡化四軸時加工的參與聯動的運動軸數。本發明根據葉輪的參數計算出葉輪葉片錐度角，制作專用錐度平底立銑刀2加工葉片曲面，采用錐度平底立銑刀2加工即保持了刀具的剛性，又適合加工葉片間的深槽。本發明在程序編制中采用導程參考線投影回轉加工方式，使銑刀跟隨葉輪導程曲率變化形成多軸聯動刀路，用銑刀錐度加工面進行曲面的擬合銑削加工，采用固定刀軸運動方式設置刀具加工路徑，可生成簡潔高效的四軸機床多軸聯動加工的精工程序。本發明對葉片加工尺寸的公差調整，以及針對由于刀具磨損造成加工誤差，可在編程中沿X軸坐標方向進行偏移補償。其偏移值可依據葉片曲面與刀具接觸點處曲面法矢偏移量，根據尺寸的調整需要，由葉輪導程參考線與葉輪軸向夾角計算X軸坐標方向的偏置值。實施參閱圖1、圖2。按照圖1所示葉輪所提供參數情況，可在CAD軟件PowerSHAPE中根據葉輪參數構建葉輪模型，導入CAM軟件Powermill中，設置加工原點于葉輪1回轉中心，采用導程參考線投影回轉加工方式建立加工策略，由葉輪導程參數生產加工參考線，根據葉輪的導程、直徑，葉片厚度參數計算出葉輪葉片的錐度角，在刀具管理模塊中，按照葉片高度、槽寬葉片和錐度角生成錐度平底立銑刀2模型，在刀具軸矢量模塊中選擇固定軸模式，采用固定軸方式設置刀具軸心線3垂直于加工路徑方向，走刀方向與葉輪回轉軸心線4重合，控制銑刀跟隨葉輪導程線曲率變化進行多軸聯動銑削加工，可生成四軸機床X軸和A軸的聯動加工刀路軌跡，根據加工機床控制系統和結構調用相對應后處理生成加工程序。然后用仿真軟件Vericut進行精工程序加工干涉過切驗證，確保加工不發生過切和碰撞后，可在四軸聯動加工中心進行葉輪的多軸聯動加工。將錐度平底立銑置于葉輪回轉軸心，根據典型四軸機床VMC700其結構帶A軸旋轉工作臺的特點，將葉輪零件1固定于四軸機床的回轉軸A軸中心，并將機床Y向和Z向的加工原點設置在A軸回轉中心，保持加工中Y向處于回轉軸心位置不變。根據葉輪的導程、直徑，葉片厚度等參數計算出葉輪葉片的錐度角，由葉片高度和槽寬制作出專用錐度平底立銑刀2,并在加工中將錐度平底立銑刀2的刀具軸心線3與葉輪回轉軸心線4重合。而對于葉片加工尺寸的公差調整，以及針對由于刀具磨損造成加工誤差，可在編程中保持加工中Y 向處于回轉軸心位置不變，沿X軸坐標方向進行偏移補償，其偏移值可依據葉片曲面與刀具接觸點處曲面法矢偏移量，根據尺寸的調整需要，由葉輪導程參考線與葉輪軸向夾角計算X軸坐標方向的偏置值。在程序編制中將刀具起點位置沿X軸向偏移，采用導程參考線投影回轉加工的加工策略，使錐度平底立銑刀跟隨葉輪導程曲率變化形成多軸聯動加工數控程序。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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