CN109352048B - 一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，包括以下步骤：步骤一，叶轮开粗，1)建模，确定相邻叶片间的型腔结构并建模，2)划分区域，将叶轮毛坯划分为多个区域，3)定向编程，首先确定出一个适合单个区域铣削的刀轴方向，然后将确定的刀轴方向固定，在这个方向上编程出适合该区域的走刀路径，最后完成该区域的毛坯铣削模拟并处理出适合机床加工的实际程序，对每个区域进行重复，完成叶轮的整体开粗；步骤二，精铣叶片；步骤三，精铣流道。

Description

一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法
技术领域
本发明属于整体式钛合金压气叶轮技术领域，涉及一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法。
背景技术
近年来，随着蒸汽压缩机产品需求的日益增加，如何提高产品生产效率成为当前迫切需要解决的难题。
现有的整体式钛合金压气叶轮铣削工作主要分为叶轮开粗、精铣叶片、精铣流道这三步，这三步采用的都是五轴联动加工，加工时，刀轴随叶轮子午或流道型线连续摆动，并且根据相邻叶片间距大小在不同的区域选用合适大小的刀具从而完成叶轮的整体铣削。采用上述方法有以下缺点：1.进给参数低，现有的五轴联动加工中，刀轴沿叶轮子午或流道曲线在空间上连续摆动，摆动过程中，零件待去除的瞬时余量时刻给于机床主轴转轴一个空间上的反向作用力，进给参数越大，该反向作用力越大，而机床转轴所允许的安全负荷有限，因此在加工过程中，受加工方式的局限性影响，特别是叶轮开粗时的进给参数无法得到有效的提高，从而造成加工效率低下的生产情况；2.刀具成本高，五轴联动所用刀具受空间刀轴连续往复摆动影响，其底部刀刃必须过中心，针对所加工的叶轮材料为钛合金这一点，在以往的加工过程中，选用的符合要求的刀具为整体式硬质合金铣刀，这种铣刀价格昂贵，随着整体式钛合金叶轮轮径的增大，完成叶轮铣削所消耗的刀具越来越多，刀具成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法。
本发明的目的是这样实现的：一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，叶轮开粗，
1)建模，确定相邻叶片间的型腔结构并建模，
2)划分区域，根据叶片开口的宽度和深度将叶轮毛坯分为上层面和下层面，并将上层面和下层面均以分流短叶片为分界划分为若干个区域，其中，上层面的区域和与其对应的下层面区域之间的分界面为平面，
3)定向编程，刀轴方向以垂直于上层面区域和与其对应的下层面区域之间的分界面进行定向，然后将确定的刀轴方向固定，并在这个方向上编程出适合待加工区域的走刀路径，最后完成待加工区域的毛坯铣削模拟并处理出适合机床加工的实际程序，
4)对上层面和下层面的每个区域重复进行定向编程，完成叶轮的整体开粗；
步骤二，精铣叶片；
步骤三，精铣流道。
优选地，步骤一中，将叶轮毛坯的上层面和下层面均划分为两个区域。
优选地，步骤一中，叶轮开粗时采用可转位铣刀。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，通过对复杂曲面实体余量的区域划分，将叶轮待加工的余量转化为了简单规则的空间定向的平面加工，从根本上摆脱了五轴联动在叶轮开粗这一领域对生产的局限性，有效的提高了的生产效率；更进一步的，在本发明整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法中避免了使用五轴联动所用刀具，扩大了刀具的选用范围，降低了刀具成本。
附图说明
图1是现有技术的加工示意图；
图2是本发明的加工示意图；
图3是本发明中建模的示意图；
图4是本发明中划分区域的示意图；
图5是本发明中叶片开口宽度的示意图。
附图标记
附图中，1为叶轮毛坯的上层面，2为叶轮毛坯的下层面，3为分流短叶片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
参见图1-图5，整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法的一种实施例，包括以下步骤：
步骤一，叶轮开粗，
1)建模，确定相邻叶片间的型腔结构并建模；
根据压气叶轮叶片的一致性，确定出待加工毛坯模型的基本单元为相邻叶片之间的开放式型腔结构，加工前仅需要创建出如图3所示的基本模型单元即可，完成该单元的后续操作后，通过简单的分度旋转即可实现完整叶轮的整体加工。
2)划分区域，根据叶片开口的宽度和深度将叶轮毛坯分为上层面和下层面，并将上层面和下层面均以分流短叶片为分界划分为若干个区域，其中，上层面的区域和与其对应的下层面区域之间的分界面为平面，
本实施例中，上层面划分为区域a和区域b，下层面划分为区域c和区域d，一个区域对应一种加工刀具，刀具直径越大，铣削时效率越高，而一个区域所允许的最大刀具直径与该区域的宽度成正比，因此，在划分区域时，根据叶片开口的宽度和深度将叶轮毛坯分为上层面和下层面，然后根据区域的宽度对其进行初步的划分，从图5的叶片开口宽度示意图中可以看到同一位置越接近叶片根部的区域的宽度越小，对比图4中看到的四个区域对应的位置，可以很明确的发现这四个区域的开口宽度从大到小依次是b、a、c、d。
图4中，区域a对应的是叶片开口的上方，整体区域宽度宽，可以选用直径较大的硬质合金刀片刀完成该区域的铣削，而下层的区域c由于接近叶片根部，其宽度较窄，深度较深，加工时需选用直径较小的刀具，其种类以硬质合金球刀为优。
由图5的中分流短叶片的位置可见，分流短叶片将叶片开口区域的宽度骤然缩减一半，宽度上存在跨越式变化，以该位置为上层面和下层面中各区域的分界面时有效的避免了刀具在单个区域加工时因为结构突变带来的明显变化，保证刀路的一致性，减少刀具拟合时为躲避突变结构而带来众多空刀的问题。
3)定向编程，刀轴方向以垂直于上层面区域和与其对应的下层面区域之间的分界面进行定向，然后将确定刀轴方向的铣刀固定，并编程出适合待加工区域的走刀路径，最后完成待加工区域的毛坯铣削模拟并处理出适合机床加工的实际程序，
以图4中区域a的定向编程为例进行简要说明：
首先确定待加工区域a的刀轴方向，即定向，以方向垂直于区域a和区域c的分界面进行定向，避免刀轴方向的叶片上沿对根部的遮挡。
生成刀路，在定向后，根据区域a的特定宽度大小，选取直径大小适中的可转位铣刀与加工参数完成该区域的加工刀路的生成，需要说明的是在该步刀路生成的过程中要限制刀路的生成区域，编程时，通过区域边界线，将刀路限定于区域内。
三维仿真与后处理，刀路生成后对该区域的加工进行必要的三维仿真，并且注意将刀具与机床主轴模型按实体大小带入仿真中从而模拟碰撞，完成三维模拟后根据待加工机床***进行必要的后处理，即可将程序运用于生产。
4)对上层面和下层面的每个区域重复进行定向编程，完成叶轮的整体开粗；
步骤二，精铣叶片；
步骤三，精铣流道。
优选地，步骤一中，将叶轮毛坯的上层面和下层面均划分为两个区域。
优选地，步骤一中，叶轮开粗时采用可转位铣刀。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，叶轮开粗，
1)建模，确定相邻叶片间的型腔结构并建模，
2)划分区域，根据叶片开口的宽度和深度将叶轮毛坯分为上层面和下层面，并将上层面和下层面均以分流短叶片为分界划分为若干个区域，其中，上层面的区域和与其对应的下层面区域之间的分界面为平面，
3)定向编程，刀轴方向以垂直于上层面区域和与其对应的下层面区域之间的分界面进行定向，然后将确定的刀轴方向固定，并在这个方向上编程出适合待加工区域的走刀路径，最后完成待加工区域的毛坯铣削模拟并处理出适合机床加工的实际程序，
4)对上层面和下层面的每个区域重复进行定向编程，完成叶轮的整体开粗；
步骤二，精铣叶片；
步骤三，精铣流道。
2.根据权利要求1所述的整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，其特征在于，步骤一中，将叶轮毛坯的上层面和下层面均划分为两个区域。
3.根据权利要求1所述的整体式钛合金压气叶轮的空间定轴铣削加工方法，其特征在于，步骤一中，叶轮开粗时采用可转位铣刀。
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