關(guān)于四軸數(shù)控銑機(jī)床加工整體葉輪的方法
四軸精工銑機(jī)床加工整體葉輪的方法描述本發(fā)明是關(guān)于采用四軸精工銑機(jī)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(tǒng)葉輪結(jié)構(gòu)的葉片和輪盤設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)。整體葉輪因?yàn)槿~型 復(fù)雜，精度要求高，刀具加工可達(dá)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(qiáng)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(gòu)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(dǎo)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(nèi)外已經(jīng)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(yīng)用最廣泛的整體葉輪制造方法。 葉輪是透平機(jī)械的關(guān)鍵部件，其精工加工一直是研究的焦點(diǎn)，通常需要在5軸聯(lián)動精工機(jī) 床進(jìn)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(biāo)精工銑削加工技術(shù)。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(jié)構(gòu)的嚴(yán) 格限制，干涉現(xiàn)象比加工自由曲面要復(fù)雜的多。相鄰葉片間的空間較小，刀具極易與相鄰葉 片發(fā)生干涉。在實(shí)際加工中，由于目前國內(nèi)還沒有比較成熟的且適應(yīng)性強(qiáng)的CAD/CAM系統(tǒng)， 絕大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家還依靠從國外進(jìn)口的軟件來完成其5坐標(biāo)精工加工。進(jìn)口軟件一 般都是封閉的運(yùn)行模塊，其難點(diǎn)和一些關(guān)鍵問題的技術(shù)資料很難獲得。雖然目前國內(nèi)多數(shù) 葉輪生產(chǎn)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(shí)際應(yīng)用時還有若干關(guān)鍵技術(shù)問題。其一，由于刀具 磨損造成加工誤差，雖可采用編程補(bǔ)償，但其磨損規(guī)律有待針對不同材料進(jìn)行試驗(yàn)研究；其 二，隨著新型高溫、高強(qiáng)度等難切削材料的使用日益增多，且5坐標(biāo)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(jī)床價格昂貴裝備數(shù)量少的限制，用五軸機(jī)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(jī)床相對裝備數(shù)量較多，使用成本低，有利于降低加工 成本。但是傳統(tǒng)方法在四軸機(jī)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(jìn)行點(diǎn)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(yán)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?yàn)橥骨€， 刀觸點(diǎn)軌跡為凹曲線，加工誤差較大，它最后生成的是四軸聯(lián)動的加工程序，這樣由于聯(lián) 動加工運(yùn)動軸數(shù)過多而造成刀具承受較大的切削力，進(jìn)而引起加工震動過大，使加工零件 表面質(zhì)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(tǒng)四軸機(jī)床加工方法在葉輪曲面加工中 的零件表面質(zhì)量并不理想，沒有充分發(fā)揮出四軸機(jī)床加工葉輪曲面類零件的優(yōu)勢。內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)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(lián)動的運(yùn)動軸數(shù)，用四軸精工銑 機(jī)床加工整體葉輪的精工銑加工方法本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種四軸精工銑機(jī)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(jù)葉輪參數(shù)構(gòu)建葉輪模型，導(dǎo)入CAM軟件 Powermill中，設(shè)置加工原點(diǎn)于葉輪回轉(zhuǎn)中心，采用導(dǎo)程參考線投影回轉(zhuǎn)加工方式建立加工 策略，由葉輪導(dǎo)程參數(shù)生產(chǎn)加工參考線，根據(jù)葉輪的導(dǎo)程、直徑，葉片厚度參數(shù)計(jì)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(dǎo)程參考線投影回轉(zhuǎn)加工方式，使銑刀跟隨 葉輪導(dǎo)程曲率變化進(jìn)行多軸聯(lián)動銑削加工；再用固定軸方式設(shè)置刀具軸線垂直于加工路徑 方向，走刀方向與葉輪回轉(zhuǎn)軸心線4重合，生成四軸機(jī)床X軸和A軸的聯(lián)動加工刀路軌跡程 序，根據(jù)加工機(jī)床控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)調(diào)用相對應(yīng)后處理生成加工程序；(b)將葉輪零件1固定于四軸機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸A軸中心，并將機(jī)床Y向和Z向的加工原 點(diǎn)設(shè)置在A軸回轉(zhuǎn)中心；并在加工中將錐度平底立銑刀2加工方向設(shè)置為機(jī)床回轉(zhuǎn)軸方向 X向，加工中Y向保持回轉(zhuǎn)軸心位置不變；(c)在四軸聯(lián)動加工中心進(jìn)行葉輪的多軸聯(lián)動加工，控制錐度平底立銑刀2跟隨葉輪 導(dǎo)程線曲率變化進(jìn)行多軸聯(lián)動銑削加工。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果，本發(fā)明采用錐度平底立銑刀2進(jìn)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(fā)明根據(jù)不同的葉輪參數(shù)計(jì)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(zhuǎn)軸心線4進(jìn)行，完全用刀具錐度面做葉片曲面的 擬合加工，通過四軸機(jī)床X軸和A軸多軸聯(lián)動的方式實(shí)現(xiàn)葉輪的曲面加工，可以充分發(fā)揮四 軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)工作臺的加工能力，簡化四軸加工參與聯(lián)動的運(yùn)動軸數(shù)。這種方法能夠提高加 工效率和零件表面光潔度，更好的發(fā)揮四軸精工機(jī)床的加工性能以提升生產(chǎn)效率。本發(fā)明根據(jù)葉輪的導(dǎo)程、直徑，葉片厚度等參數(shù)計(jì)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(shè)置 為機(jī)床回轉(zhuǎn)軸方向X向，加工中Y向保持回轉(zhuǎn)軸心位置不變，使錐度平底立銑刀2錐面跟隨 葉輪導(dǎo)程曲率變化進(jìn)行曲面聯(lián)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(fā)揮出了四軸機(jī)床聯(lián)動加工的技術(shù) 優(yōu)勢。本發(fā)明在編程軟件中采用四軸回轉(zhuǎn)加工策略，使銑刀錐面跟隨葉輪導(dǎo)程曲率變化 進(jìn)行曲面聯(lián)動銑削加工，加工中Y向保持回轉(zhuǎn)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(chǎn)效率。本發(fā)明將葉輪零件1固定于四軸機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸中心，并將機(jī)床Y向和Z向加工原 點(diǎn)設(shè)置在A軸回轉(zhuǎn)中心，可******程度的優(yōu)化刀具加工路徑，簡化四軸時加工的參與聯(lián)動的運(yùn)動軸數(shù)。本發(fā)明根據(jù)葉輪的參數(shù)計(jì)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(fā)明在程序編制中采用導(dǎo)程參考線投影回轉(zhuǎn)加工方式，使銑刀跟隨葉輪導(dǎo)程曲 率變化形成多軸聯(lián)動刀路，用銑刀錐度加工面進(jìn)行曲面的擬合銑削加工，采用固定刀軸運(yùn) 動方式設(shè)置刀具加工路徑，可生成簡潔高效的四軸機(jī)床多軸聯(lián)動加工的精工程序。本發(fā)明對葉片加工尺寸的公差調(diào)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(biāo)方向進(jìn)行偏移補(bǔ)償。其偏移值可依據(jù)葉片曲面與刀具接觸點(diǎn)處曲面法矢 偏移量，根據(jù)尺寸的調(diào)整需要，由葉輪導(dǎo)程參考線與葉輪軸向夾角計(jì)算X軸坐標(biāo)方向的偏 置值。實(shí)施參閱圖1、圖2。按照圖1所示葉輪所提供參數(shù)情況，可在CAD軟件PowerSHAPE中 根據(jù)葉輪參數(shù)構(gòu)建葉輪模型，導(dǎo)入CAM軟件Powermill中，設(shè)置加工原點(diǎn)于葉輪1回轉(zhuǎn)中 心，采用導(dǎo)程參考線投影回轉(zhuǎn)加工方式建立加工策略，由葉輪導(dǎo)程參數(shù)生產(chǎn)加工參考線，根 據(jù)葉輪的導(dǎo)程、直徑，葉片厚度參數(shù)計(jì)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(shè)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(zhuǎn)軸心 線4重合，控制銑刀跟隨葉輪導(dǎo)程線曲率變化進(jìn)行多軸聯(lián)動銑削加工，可生成四軸機(jī)床X軸 和A軸的聯(lián)動加工刀路軌跡，根據(jù)加工機(jī)床控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)調(diào)用相對應(yīng)后處理生成加工程 序。然后用仿真軟件Vericut進(jìn)行精工程序加工干涉過切驗(yàn)證，確保加工不發(fā)生過切和碰 撞后，可在四軸聯(lián)動加工中心進(jìn)行葉輪的多軸聯(lián)動加工。將錐度平底立銑置于葉輪回轉(zhuǎn)軸心，根據(jù)典型四軸機(jī)床VMC700其結(jié)構(gòu)帶A軸旋轉(zhuǎn) 工作臺的特點(diǎn)，將葉輪零件1固定于四軸機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸A軸中心，并將機(jī)床Y向和Z向的加 工原點(diǎn)設(shè)置在A軸回轉(zhuǎn)中心，保持加工中Y向處于回轉(zhuǎn)軸心位置不變。根據(jù)葉輪的導(dǎo)程、直 徑，葉片厚度等參數(shù)計(jì)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(zhuǎn)軸心線4重合。而對于 葉片加工尺寸的公差調(diào)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(zhuǎn)軸心位置不變，沿X軸坐標(biāo)方向進(jìn)行偏移補(bǔ)償，其偏移值可依據(jù)葉片曲面與刀 具接觸點(diǎn)處曲面法矢偏移量，根據(jù)尺寸的調(diào)整需要，由葉輪導(dǎo)程參考線與葉輪軸向夾角計(jì) 算X軸坐標(biāo)方向的偏置值。在程序編制中將刀具起點(diǎn)位置沿X軸向偏移，采用導(dǎo)程參考線投影回轉(zhuǎn)加工的加工策略，使錐度平底立銑刀跟隨葉輪導(dǎo)程曲率變化形成多軸聯(lián)動加工數(shù) 控程序。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！