CN1400075A - 径、混流式三元叶轮单轴进刀铣削工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径、混流式三元叶轮单轴进刀铣削工艺，使用常规数显铣(镗)床，配用数显万能回转工作台，利用X、Y、Z、A、B单轴进刀，可完全取代五轴联动数控铣，整体铣制出圆柱面割线元素径、混流式三元叶轮。对于任意空间直线元素三元叶轮采用本发明可为五轴联动数控铣节约90％以上的工时，对于“全可控涡”任意空间曲线三元叶轮，可节约80％以上的五轴联动数控加工工时。

Description

径、混流式三元叶轮单轴进刀铣削工艺

一、所属领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种叶轮机械的加工工艺，特别涉及一种径、混流式三元叶轮单轴进刀整体铣削的工艺方法。

二、背景技术

径、混流式三元叶轮的制造工艺可分为三大类，一类是铸造工艺，由于材质的力学性能往往不能满足用户需求而受到限制。另一类是焊接工艺，它也会因为焊接变形、焊接内应力、焊缝力学性能等，限制了其应用。近年来整体铣削工艺无论是材质的力学性能、形位的精确度诸方面均受到越来越多用户的青睐。但此类工艺必须使用五轴联动数控铣床，该五轴联动数控铣要求机床具有X、Y、Z三个移动坐标(进给导轨)，还需要具有绕旋转轴A、B的二个转动坐标，而且要求必须是联动，即X、Y、Z、A、B五轴的运动同时可以由计算机加以数字控制。

三、发明内容

由于整体铣削三元叶轮无论在材质力学性能、叶轮形位公差等方面具有极大的优越性，随着数控机床软、硬件的发展，越来越多地被应用于各个工业部门。但由于整体铣削工艺必须用五轴联动数控铣床方可实现，其工时成本十分昂贵，从而限制了这种工艺的适用范围，一般用于外径500mm以下的叶轮，否则因工时成本过高而影响其市场竞争力。造成这一局面的根本原因在于直线元素三元叶轮的叶片通道是由空间方位任意的直线(铣刀侧刃)连续移动形成的，因此必须使用五轴联动数控铣床。

本发明旨在克服任意空间直线元素三元叶轮必须使用五轴联动铣床的限制条件，提供一种径、混流式三元叶轮单轴进刀铣削工艺，可以大部分或全部避免采用五轴联动的数控铣削。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，根据对国外任意空间直线元素三元叶轮的分析，其叶片表面与以叶轮旋转轴为中心的圆柱面交线十分接近直线(圆柱面展开后)，即使是西安交大“全可控涡”三元叶轮的空间扭曲叶片与圆柱面的交线也相当接近于一条直线，对于西安交大另一发明“径、混流式圆柱面割线元素三元叶轮”，则是一条精确的直线。因此本发明针对这一特点构造了一种新的直线元素三元叶轮的铣削工艺。

以所加工叶轮叶轮转向顺时针为例，本发明的具体工艺步骤是：

1.经检验合格的上道工序(立车)叶盘用中心压板紧固在万能工作台上；

2.将万能工作台用压紧螺丝紧固在镗床工作台面上；

3.叶轮是垂直摆放，万能工作台倾角回转轴调至零度(数显α＝0°)；

4.移动镗床水平X轴及垂直Y轴，使键槽铣刀(精铣则用球头铣刀)上端A对准叶轮中心，使数显水平轴X＝0，垂直轴Y＝0；当叶轮转向为逆时针时，则上端点改为下端点；

5.移动水平轴，使键槽铣刀上端点A移至叶轮外径处，水平轴数显X＝R₂然后将铣刀略向外移(X＞R₂)，再使铣刀端面位于叶轮流道底面基准处，使主轴数显Z＝Z_max；

6.移动主轴Z及水平轴X，使铣刀端面A点接触叶盘最高点，检验此时主轴坐标值Z＝Z_min，X＝R₀；

7.按序分别移动X轴及Z轴，此时Y轴始终保持Y≡0，使铣刀A点位于轮盖外径处X＝R₂，θ＝0°，Z＝Z₂；

8.转动万能工作台中心轴，使叶顶包角数显值θ与数据表相合；

9.转动万能工作台水平回转角，使叶轮倾角α值与数据表相合；

10.检验刀具A点与轮盖回转面接触处R、Z与数据相合；

11.视主轴总进刀量δ值减去底面余量3mm后，沿Z轴进刀，用一刀/或二刀进刀至(δZ-3)；

12.X、Y、α、Y轴保持不动，手动万能转台中心轴，摆铣δθ₁角度，此时数显值为(θ+δθ₁)，完成一个圆柱面的一个流道的摆铣；

13.移动主轴，将铣刀提至轮盖回转面处，手动万能转台，将转角转动δθ角度，此时数显θ＝θ+(360°/叶片数)；

14.重复10---13步骤，直至R圆柱面上各叶道粗铣完毕；

15.沿半径方向进刀，对应不同的R(x)值，重复7---14步骤，将整个叶轮流道粗铣完毕。

本发明的效果是：

1.可以绝大部分或完全避免使用五轴联动数控铣床，改用普通数显立铣、卧铣或镗床配用万能工作台即可完成。

2.为提高工效降低工人劳动强度，最好是数显。

3.无须五轴联动，可以分别单轴进刀。

四、附图说明

图1是本发明在移动镗床水平X轴及垂直Y轴，使键槽铣刀上端A的示意图；其中(a)是主视图，(b)是(a)的侧视图。

图2是铣刀直径为d，X轴方向进刀步距为s，则残留高度 $h=\frac{d}{2}(1-\cos \mathrm{\θ})$ 的示意图。

五、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和发明人依本发明的技术方案所完成的实施例作进一步的详细说明。

5.1叶片残留高度h与半径R(水平X轴)进刀步距的关系：

参见图2，图中所示的铣刀直径为d，X轴方向进刀步距为s，则残留高度 $h=\frac{d}{2}(1-\cos \mathrm{\θ}),$ 式中 $\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\left(\frac{s}{d}\right).$

实施例1：铣刀直径d＝30mm，步距s＝10mm，则h＝0.86mm；

    铣刀直径d＝30mm，步距s＝1mm，则h＝0.00057mm；

精加工的二种方式：

5.2.1手工抛光：

若采用手工抛光，则要求水平X轴方向进刀步距在1mm左右，则因其残留高度仅0.6μm，手工抛光即可，此工艺适合于圆柱面割线元素三元叶轮。

5.2.2五轴联动数控铣：

对于任意空间直线元素或“全可控涡”三元叶轮叶片表面，最终仍须五轴联动数控铣。则单轴进刀切削工艺仅适合于粗加工或半精加工，此时水平轴进口步距可在10mm以上。因流道表面余量很少，可节约五轴联动数控铣床80％以上工时。

其特点是：

1：可以绝大部分或完全避免使用五轴联动数控铣床，改用普用数显立铣、卧铣或镗床配用万能工作台即可完成。

2：为提高工效降低工人劳动强度，最好是数显。

3：无须五轴联动，可以分别单轴进刀。实验实施例：

今年，申请人承接了52万吨尿素二氧化碳压缩机第三级叶轮的加工任务，该叶轮外径D₂＝650mm，叶片出口宽度b₂＝19.6mm，若采用全可控涡三元叶轮，应用五轴联动加工中心整体铣制，工时为20天；申请人采用本发明的工艺，在昆明机床厂产生的(型号TX6113A/1)普通铣床上粗加工3天、五轴联动加工中心3天，共计6天就加工完成了任务。

Claims (1)

1.一种径、混流式三元叶轮单轴进刀铣削工艺，使用常规数显铣(镗)床，配用数显万能回转工作台，利用X、Y、Z、A、B单轴进刀，完全取代五轴联动数控铣，整体铣制出圆柱面割线元素径、混流式三元叶轮；其特征在于：以所加工叶轮的转向顺时针为例，具体工艺按以下步骤进行：

1.经检验合格的上道工序(立车)叶盘用中心压板紧固在万能工作台上；

2.将万能工作台用压紧螺丝紧固在镗床工作台面上；

3.叶轮是垂直摆放，万能工作台倾角回转轴调至零度(数显θ＝0°)；

4.移动镗床水平X轴及垂直Y轴，使键槽铣刀(精铣则用球头铣刀)上端A对准叶轮中心，使数显水平轴X＝0，垂直轴Y＝0；当叶轮转向为逆时针时，则上端点改为下端点；

5.移动水平轴，使键槽铣刀上端点A移至叶轮外径处，水平轴数显X＝R₂然后将铣刀略向外移(X＞R₂)，再使铣刀端面位于叶轮流道底面基准处，使主轴数显Z＝Z_max；

6.移动主轴Z及水平轴X，使铣刀端面A点接触叶盘最高点，检验此时主轴坐标值Z＝Z_min，X＝R₀；

7.按序分别移动X轴及Z轴，此时Y轴始终保持Y≡0，使铣刀A点位于轮盖外径处X＝R₂，θ＝0°，Z＝Z₂；

8.转动万能工作台中心轴，使叶顶包角数显值θ与数据表相合；

9.转动万能工作台水平回转角，使叶轮倾角α值与数据表相合；

10.检验刀具A点与轮盖回转面接触处R、Z与数据相合；

11.视主轴总进刀量δ值减去底面余量3mm后，沿Z轴进刀，用一刀/或二刀进刀至(δZ-3)；

12.X、Y、α、Y轴保持不动，手动万能转台中心轴，摆铣δθ₁角度，此时数显值为(θ+δθ₁)，完成一个圆柱面上一个流道的摆铣；

13.移动主轴，将铣刀提至轮盖回转面处，手动万能转台，将转角转动δθ角度，此时数显θ＝θ+(360°/叶片数)；

14.重复10---13步骤，直至R圆柱面上各叶道粗铣完毕；

15.对应不同的R(x)值，沿半径方向进刀，重复7---14步骤，将整个叶轮流道粗铣完毕。

16.根据粗、精加工残余高度的需要，确定R方向的进刀量；

其残余高度 $h=\frac{d}{2}(1-\cos \mathrm{\θ}),$ $\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\left(\frac{s}{d}\right).$ 式中d为铣刀直径，S为R方向进刀步距。

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