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)計成整體結(jié)構(gòu)。整體葉輪因為葉型 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,,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 般都是封閉的運行模塊,,其難點和一些關(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(lián)動的加工程序,這樣由于聯(lián) 動加工運動軸數(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)動的運動軸數(shù),。本發(fā)明根據(jù)葉輪的參數(shù)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(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 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算X軸坐標(biāo)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(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,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 算X軸坐標(biāo)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(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,!