CN111570878B - 一种叶轮的高速铣粗加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶轮的高速铣粗加工方法，包括以下步骤：模型分析‑刀具选择‑编程模型设计‑程序轨迹规划‑参数收集调整；该方法通过设计一种全新的锥度铣刀配合现有的CAM软件中的高速摆线铣，可以使叶轮的空间狭窄区域使用高速摆线铣进行加工，解决了现有使用球头铣刀分层加工产生的大量刀具消耗及加工时间，也解决了普通铣刀进行摆线加工无法进入狭窄区域的难题。

Description

一种叶轮的高速铣粗加工方法
技术领域
本发明涉及叶轮叶盘加工技术领域，特别涉及一种叶轮的高速铣粗加工方法。
背景技术
在透平机械及航空航天领域，压缩机离心叶轮及整体叶盘越来越普及，行业发展在推进压缩机的成本及效率，如何快速生产高质量的产品是业内人员值得深思的技术问题；目前离心叶轮的加工方案目前有很多种，比如球头铣刀分层粗加工技术，插铣加工技术，电解加工技术等；但是现有的技术方案都无法对狭窄区域进行加工，且刀具消耗量大工作效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种叶轮的高速铣粗加工方法，以解决现有技术中无法对狭窄区域进行加工，且刀具消耗量大工作效率较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种叶轮的高速铣粗加工方法，包括以下步骤：
步骤1：模型分析：分析叶轮模型以确定叶轮的直径尺寸大小、叶片类型、叶片数量、测量出两叶片之间的最小距离和最大开口距离，再测量叶片的最大高度，通过确定叶轮特征的参数，对叶轮的粗加工开槽区域划分为宽阔区域和狭窄区域；
步骤2：刀具选择：通过划分粗加工开槽区域，以选择不同直径的切削刀具；
步骤3：编程模型设计：把刀具选择完成后，需要对加工程序轨迹进行合理的设计，在进行粗加工时，不能使用分层铣的加工模式，需要编写定轴形式的摆线铣或者高速铣；
步骤4：程序轨迹规划：在粗加工时，需要绘制辅助曲面对加工区域进行拆分，实现编写粗加工程序轨迹规划；
步骤5：参数收集调整：对优化后的加工程序进行试切试验，根据机床反馈的震动幅度，对参数进行调整，以达到稳定切削的目的。
进一步地，所述步骤1中对叶轮的粗加工开槽区域进行合理的划分规则为：刀具的安装悬伸长度小于刀具直径4倍的可以加工的区域为宽阔区域；宽阔区域以外的区域为狭窄区域，针对于各区域选择安装悬伸长度小于4倍径的刀具。
进一步地，所述步骤2中对于宽阔区域使用圆角铣刀，对狭窄区域用锥度圆角铣刀。
进一步地，所述步骤4中NX软件的定轴摆线铣在程序编制时，不能直接使用叶轮的模型进行直接编程，需要对模型作一些辅助的曲面进行区域划分，在NX软件中使用的摆线铣粗加工命令ADAPTIVE_MILLING，可以直接选择部件和毛坯，输入切削参数后直接生成加工程序；
进一步地，所述步骤5中根据每台五轴加工设备的工作状态不同，每台五轴设备的主轴功率，直线轴功率，旋转轴功率不同，主轴的刀柄大小和叶轮的加持刚性不同，切削参数需要动态调整，切削参数应该为建议参数，机床试切加工时收集机床震动等信息，再进行调整，固化，形成一个稳定的加工参数。
与现有技术相比，本发明产生了以下有益效果：本发明的一种叶轮的高速铣粗加工方法，该方法通过设计一种全新的锥度铣刀配合现有的CAM软件中的高速摆线铣，可以使叶轮的空间狭窄区域使用高速摆线铣进行加工，解决了现有使用球头铣刀分层加工产生的大量刀具消耗及加工时间，也解决了普通铣刀进行摆线加工无法进入狭窄区域的难题。
附图说明
图1为叶轮的结构示意图；
图2为自由曲面叶轮的示意图；
图3为直纹曲面叶轮的示意图；
图4为本发明的叶轮粗加工区域划分图；
图5为本发明的叶轮粗加工宽阔区域刀具选用示意图；
图6为本发明的叶轮粗加工狭窄区域刀具选用示意图；
图7为本发明的狭窄区域所选用的定制锥度铣刀图纸；
图8为本发明的编程软件中的辅助体示意图；
附图标记说明：1-主叶片，2-尾缘，3-分流叶片，4-叶尖，5-直纹面参数线，6-前缘，7-流道面，8-叶片背弧，9-叶片内弧，10-自由曲面叶片弧形，11-直纹曲面叶片弧形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1-8，本发明的优选实施例提供了一种叶轮的高速铣粗加工方法，包括以下步骤：
步骤1：模型分析：分析叶轮模型以确定叶轮的直径尺寸大小、叶片类型、叶片数量、测量出两叶片之间的最小距离和最大开口距离，再测量叶片的最大高度，通过确定叶轮特征的参数，对叶轮的粗加工开槽区域划分为宽阔区域和狭窄区域；所述步骤1中对叶轮的粗加工开槽区域进行合理的划分规则为：刀具的安装悬伸长度小于刀具直径4倍的可以加工的区域为宽阔区域；宽阔区域以外的区域为狭窄区域，针对于各区域选择安装悬伸长度小于4倍径的刀具根据叶轮的结构，需要对叶轮的整个流道加工区域进行划分，区域划分的目的是为了选用更合适的加工刀具，相比于统一选用一种规格的加工刀具，分区域选用刀具可以降低刀具的消耗量，当选用较大的刀具后，可以增加切削速度和切削量，提高了加工效率。自由曲面的粗加工和直纹曲面的粗加工可以是相同的参数和相同的加工方法，但是精加工却不一样，自由曲面精加工必须使用球头铣刀进行点铣(分多层铣)，直纹曲面的叶轮结构相对比较简单，粗铣加工时由于曲面的曲率方向一致性好，粗加工的刀轴轨迹变化比较平滑，精加工可以使用铣刀的侧刃进行精加工，加工的效率非常高；
步骤2：刀具选择：通过划分粗加工开槽区域，以选择不同直径的切削刀具；请参阅图4，区域1和区域2可以分别选用大直径的立铣刀或者锥度铣刀进行粗加工，一般采用D12\D10\D8\D6等规格的标准立铣刀，区域3可以选用小直径的立铣刀，如果区域最小范围小于6mm时，叶片高度又大于35mm时，普通的立铣刀就已经不再适用，因为刀具的悬伸过长会导致刀具的异常破损，在本发明中，推荐了一种新的刀具选择方案，它可以完美的规避掉这个缺点，如图7，新的锥度铣刀是根据每个叶轮的大小专门设计，其设计特点为：铣刀的直径是由叶片之间的最小距离决定(如：叶片之间的最小距离为8mm，那么锥度铣刀设计大小应该小于8mm，最佳为5-6mm)，铣刀的锥度是由叶片靠近叶尖部分的宽度和叶片的高度决定(如：叶片高度为45mm，叶片宽度为16mm，那么锥度铣刀的设计锥度长度为45-55mm,锥度的最大直径为12mm),全新的刀具方案的优点为：它可以用立铣刀的工作模式进行加工叶片最狭窄的区域，由于刀具是锥度设计，刚性较好，所以刀具的加工效率和加工寿命都得到了显著的提高；
步骤3：编程模型设计：把刀具选择完成后，需要对加工程序轨迹进行合理的设计，在进行粗加工时，不能使用分层铣的加工模式，需要编写定轴形式的摆线铣或者高速铣；根据图5和图6所示，把刀具选择完成后，需要对加工程序轨迹进行合理的设计，使用立铣刀和锥度铣刀进行粗加工时，不能使用分层铣的加工模式，需要编写定轴或者是联动形式的摆线铣或者高速铣，因为叶轮的材料通常为不锈钢或者钛合金，其材料特点为：热传导性差，容易集中在刀尖区域，导致刀具过早损坏，根据这一特性，摆线铣是使用侧刃进行高速加工，侧刃大切深，小切宽，高速度，可以迅速的让切削把热量带走，刀具的使用寿命很长，不锈钢和钛合金的高速摆线粗加工的建议参数为：
线速度80米；
切深1*D
切宽0.1*D
如12的立铣刀：80*1000/3.14/12＝2123,切深12mm，切宽1.2mm；
步骤4：程序轨迹规划：在粗加工时，需要绘制辅助曲面对加工区域进行拆分，实现编写粗加工程序轨迹规划；见图8，根据使用的CAM软件不同，比如NX软件的定轴摆线铣，程序编制时，不能直接使用叶轮的模型进行直接编程，需要对模型作一些辅助的曲面进行区域划分，在NX软件中使用的摆线铣粗加工命令ADAPTIVE_MILLING，可以直接选择部件和毛坯，输入切削参数后直接生成加工程序；
步骤5：参数收集调整：对优化后的加工程序进行试切试验，根据机床反馈的震动幅度，对参数进行调整，以达到稳定切削的目的；参数的调整，根据每台五轴加工设备的工作状态不同，每台五轴设备的主轴功率，直线轴功率，旋转轴功率不同，主轴的刀柄大小和叶轮的加持刚性不同，切削参数需要动态调整，切削参数应该为建议参数，机床试切加工时收集机床震动等信息，再进行调整，固化，形成一个稳定的加工参数。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该方法通过设计一种全新的锥度铣刀配合现有的CAM软件中的高速摆线铣，可以使叶轮的空间狭窄区域使用高速摆线铣进行加工，解决了现有使用球头铣刀分层加工产生的大量刀具消耗及加工时间，也解决了普通铣刀进行摆线加工无法进入狭窄区域的难题。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种叶轮的高速铣粗加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：模型分析：分析叶轮模型以确定叶轮的直径尺寸大小、叶片类型、叶片数量、测量出两叶片之间的最小距离和最大开口距离，再测量叶片的最大高度，通过确定叶轮特征的参数，对叶轮的粗加工开槽区域划分为宽阔区域和狭窄区域；
步骤2：刀具选择：通过划分粗加工开槽区域，以选择不同直径的切削刀具；
步骤3：编程模型设计：把刀具选择完成后，需要对加工程序轨迹进行合理的编程设计，在进行粗加工时，不能使用分层铣的加工模式，需要编写定轴形式的摆线铣或者高速铣；
步骤4：程序轨迹规划：在粗加工时，需要绘制辅助曲面对加工区域进行拆分，实现编写粗加工程序轨迹规划；
步骤5：参数收集调整：对优化后的加工程序进行试切试验，根据机床反馈的震动幅度，对参数进行调整，以达到稳定切削的目的；
所述步骤1中对叶轮的粗加工开槽区域进行合理的划分规则为：
刀具的安装悬伸长度小于刀具直径4倍的可以加工的区域为宽阔区域；宽阔区域以外的区域为狭窄区域，针对于各区域选择安装悬伸长度小于4倍径的刀具；
所述步骤2中对于宽阔区域使用圆角铣刀，对狭窄区域用锥度圆角铣刀；
所述步骤4中NX软件的定轴摆线铣在程序编制时，不能直接使用叶轮的模型进行直接编程，需要对模型作一些辅助的曲面进行区域划分，在NX软件中使用的摆线铣粗加工命令ADAPTIVE_MILLING，直接选择部件和毛坯，输入切削参数后直接生成加工程序；
所述步骤5中根据每台五轴加工设备的工作状态不同，每台五轴设备的主轴功率，直线轴功率，旋转轴功率不同，主轴的刀柄大小和叶轮的加持刚性不同，切削参数需要动态调整，切削参数应该为建议参数，机床试切加工时收集机床震动信息，再进行调整，固化，形成一个稳定的加工参数。
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