下载文档原格式
整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工翟士民，张明岐，黄明涛，潘志福，刘萌，孙超(中国航空制造技术研究院，北京100024)摘要:针对整体叶盘狭小叶栅扭曲叶型结构，采用电解旋转套料的方法进行加工。
通过计算得出旋转套料的中心轴与叶型中心轴的偏移量与偏移角度，设计加工端面电极及分体等速螺旋体水套结构，并进行了小栅距通道加工试验，实现了狭小叶栅扭曲叶型的电解旋转套料加工，得到的产品能够满足后续精密电解加工技术要求。
关键词:整体叶盘;狭小叶栅;扭曲叶型；电解套料加工；等速螺旋体水套中图分类号:TG662文献标志码:A文章编号：1009-279X(2020)06-0048-04Electrochemical Rotating Nesting Machining for the NarrowCascade Channel of BliskZHAI Shimin,ZHANG Mingqi,HUANG Mingtao,PAN Zhifu,LIU Meng,SUN Chao(AVIC Manufacturing Technology Institute,Beijing100024,China) Abstract：For the structure of the the twisted blade of narrow blade cascade of the blisk,the electrochemical rotating nesting machining method is studied.Through the calculation of the offset and direction between the center axis of the rotary sleeve and the center axis of the blade,the electrode structure of the end-face and water jacket structure of split constant velocity screw were designed,and the small pitch channel processing testing was carried out.The electrochemical rotating nesting machining of the the twisted blade of narrow cascade blade was realized,and the obtained product can meet the technical requirements of subsequent precision electrochemical machining.Key words：integral blade disk；narrow cascade；twisted blade；electrochemical nesting machining；constant velocity spiral screw航空发动机整体叶盘是将叶片和轮盘制作成一个整体，代替传统叶片榫齿、轮盘榫槽加锁片的连接结构,使零件数量大大减少，整体重量也明显减轻；同时，由于整体叶盘可消除传统叶片、轮盘结构中气流在榫头与榫槽中逸流所造成的损失，使发动机工作效率增加，从而提高了整台发动机的推重比［1］。
科学技术创新2021.06叶轮轴数控加工技术及叶片加工误差分析闪双凤张丙臣(鹤壁市机电信息工程学校,河南鹤壁453000)数控技术的成熟应用,使得机械零件的精细化加工成为了可能。
它以PLC 作为控制中心,使用M N C 系统完成对刀具的控制,更加快速、更加精准的完成特定工件的加工。
叶轮轴上的叶片,既有弧面也有平面,因此加工难度较大。
使用数控技术进行加工有助于改善成品叶片的精度,对降低制造成本、保证使用效果有积极帮助。
1叶轮轴加工工艺问题及方法改进1.1叶轮轴原加工工艺问题分析某叶轮轴生产车间在技术改良前的加工刀具和加工参数见表1。
表1叶轮轴加工刀具和参数从加工效果来看,原工艺流程存在以下问题:第一,使用普通车床虽然降低了成本,但是因为加工效率低,且精度差,导致残次品率高;第二,内螺纹的底孔未经过精镗处理,孔径误差较大。
孔径偏小会导致外接轴无法正常连接,孔径偏大又会导致外接轴松动,转动时会产生明显的晃动。
第三,在铣削处理中,粗铣与精铣采用相同类型的铣刀。
精铣时可能会出现精度达不到要求的情况,而粗铣又会导致刀具过快磨损,增加刀具更换频率。
1.2方法改进鉴于原工艺存在诸多缺陷,需要对该叶轮轴生产工艺进行改良。
一种思路是采用数控技术,将车床与铣床联用,相互配合完成对叶轮轴工件的加工。
这样既提高了加工效率,同时也能够保证精度,有利于实现高质量、批量化的工件制造。
经过改良后的加工工艺,可以根据零件制造要求的不同,分别提供粗加工、半精加工和精加工三种模式,提高了机床的利用效率。
2叶轮轴数控加工技术2.1三维模型的建立利用U G 10.0软件进行建模。
启动软件之后,选择工具栏中的“插入”选项,在子选项中点击“创建草图”,可以得到一个新的绘制界面。
利用软件提供的线段、模组等完成叶轮轴叶片平面图的初步绘制。
在草图上添加参数进行标记,包括叶轮轴的直径、叶片的弧度等。
保存草图之后,利用软件提供的“拉伸”功能,在一侧的选项框中,输入相关的参数,包括高度、距离等,所有参数填写完毕后,点击“确定”将平面图拉伸成立体模型。
基于HyperMILL环境下五轴联动叶轮加工技术的实践教学研究夏雨【摘要】在HyperMILL软件环境下,以整体叶轮为例,利用TOPNC VMC-C50五轴高速机床,提出一套对整体叶轮五轴数控加工工艺整体方案,并设计了加工路线、刀路轨迹、切削方式的等工艺参数,生成了整体叶轮的后置处理程序.加工结果表明:通过刀轨的检查与实际加工及时发现刀具跟零件之间有无过切,提高了叶轮加工的质量,提高了生产效率,对整体叶轮零件加工工艺方案制定具有实际指导意义.%Under the environment of HyperMILL software,taking integral impeller as an example,it forwards a set of general scheme of five axis NC machining technology of integral impeller by using VMC-C50 TOPNC five axis high speed machine tool.It also devises the processing route,tool path,cutting process and other technological parameters to generate the post processing program of integral impeller.The result of the test shows that it can improve the production efficiency by improving the quality of impeller machining through the examination of the tool path and timely discovery of whether there exists over cut between the tool and the part.The test result mentioned above has practical guide for the formulating of the processing technology program for integral impeller.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2016(033)011【总页数】4页(P71-74)【关键词】整体叶轮;数控加工;五轴联动;HyperMILL【作者】夏雨【作者单位】浙江工商职业技术学院机电学院,浙江宁波 315012【正文语种】中文【中图分类】G642.0;TG519.1整体叶轮是高端装备制造中极为核心的部件,涉及军工、船舶、航空等各个行业中应用广泛,是典型的复杂的管道类复杂零件,整体叶轮的制造反映整个国家装备制造的整体水平,因此整体叶轮的制造水平衡量一个国家工业水平的发展。
基于UG NX6.0的整体叶轮的多轴加工技术
摘要：叶轮加工是当今多轴联动数控加工最常见的实例，也是数控加工的难点之一。本文详
细地介绍了叶轮加工的全过程及加工过程的注意事项，为复杂产品的模型建立和多坐标数控
编程提供了设计思路和方法。
关键词：UG；整体叶轮；多轴加工
Multi Axis NC Machining for Whole Impeller Based on UG NX4.0
The machining for whole impeller is very universal today, and how to machine it effectively and
accurately has been a chanllenge in cnc machining. It has been introduced detailedly the whole
process of machining for the impeller in this paper. it can give a good advice to machining the
complex part in the multi-axis NC.
Key words: UG; whole impeller; multi axis machining
引言
作为动力机械的关键部件,整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域,其加工技术一直是制造业
中的一个重要课题。叶轮的加工质量直接影响整机的动力性能和机械效率,数控加工是目前
国内外广泛采用的加工整体三元叶轮的方法。整体叶轮的加工难点主要表现在: ①三元整体
叶轮的形状复杂,其叶片多为非可展扭曲直纹面。②整体叶轮相邻叶片的空间较小,而且在径
向上设有半径的减小通道越来越窄,因此加工叶轮叶片曲面时除了刀具与被加工叶片之间发
生干涉外,刀具极易与相邻叶片发生干涉。③刀位规划时的约束条件多,自动生成无干涉刀位
轨迹较困难[ 1 ] 。前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件,如美国NREC公司的
MAX25,MAX2AB 叶轮加工专用软件等。目前,我国大多数生产叶轮的厂家多数采用国外大
型CAD/CAM软件,如UG NX、CATIA、MasterCAM等来加工整体叶轮[ 2 ] 。本文选用目
前流行且功能强大的UG NX6.0 对复杂曲面整体叶轮进行加工仿真研究。
1 整体叶轮数控加工工艺
根据叶轮的几何结构特征和使用要求(如图1) ,其基本加工工艺流程为: ①在锻压铝材上车
削加工回转体的基本形状； ②外型整体粗加工； ③流道粗加工； ④叶片精加工； ⑤对底
部倒圆进行清根。
图1 叶轮几何结构特征
2 机床准备
DMU-100T是从德国DMG 公司引进的一台全闭环五轴联动数控加工中心, 采用主轴摆动+
圆工作台旋转结构。行程参数为: X轴1080mm, Y轴710mm, Z轴710mm, B轴(主轴摆动)103°,
C 轴( 工作台旋转)360°。该机床具有转速高、联动结构稳定性高、五轴联动技术成熟的特
点。机床控制系统采用HEIDENHAIN iTNC 530 系统。利用UG/Post Builder 软件构建
DMU-100T机床专用的后置理。
3 刀具的选择
为提高加工效率,在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀,但是也
要注意使刀具直径小于两叶片间最小距离；在叶片精加工过程中,应在保证不过切的前提下
尽可能选择大直径球头刀,即保证刀具半径大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径。在对
流道和相邻叶片的交接部分进行清根时,选择的刀具半径小于流道和叶片相接部分的最小倒
圆半径。
4 数控编程
4.1 粗加工
粗加工是以快速切除毛坯余量为目的，其考虑的重点是加工效率，要求大的进给量和尽可能
大的切削深度。以便在较短的时间内切除尽可能多的余量，粗加工对表面质量的要求不高，
因此，提高粗加工效率对曲面加工效率及降低加工成本具有重要意义。在UG加工状态下，
在“创建操作”对话框中，选择类型“MIL-CONTOUR”建立机床控制操作，再选择子类型
“CAVITY-MILL” 型腔铣。这是三轴联动的粗加工模式，选用直径为25R5的圆角铣刀加工，
切削方式采用“ 跟随部件”，背吃刀量的0.6mm，刀具与刀具之间的步距为刀具直径的65%，
部件侧面与底面留余量0.5mm。其刀具路径如图2所以示。
图2 整体粗加工路径
4.2 开槽与扩槽
叶片扭曲且包角较大, 刀具要在通道内要合理摆动,使得刀具尽可能地接近叶片的两侧面而
又不过切轮毂及轮盖, 采用通常的刀轴驱动方法很难实现。刀轴插补( ToolAxis Interpolation)
这一功能对于叶轮通道加工非常有用,它通过在叶片与轮毂的交线上定义一系列的矢量以控
制刀轴, 轮毂面上其余刀具位置点的刀轴矢量由U、V 双向线性插值或样条插值获得。这样,
刀轴能很好地按照加工的需要而得到控制, 在不过切的情况下, 最大限度地减少叶片面与轮
毂之间的残留区。边界矢量的定义是一个十分细致的工作, 其基本原则是: 避免刀轴的突变,
保证刀轴平滑变化。本文的刀轴控制矢量如图3在创建操作对话框中，选择类型
“mill_multi_zxis” 多轴铣加工操作建立模板，选择“VARIABLE_CONTOUR”子类型变轴铣。
几何体选择整体叶轮，为了避免有过切现象，选择流道两侧的面为干涉检查面，选择驱动方
式为“表面积”，刀轴选择“ 插补”，选用直径为20mm的球刀加工，选择多重深度切削，步
进方式采用增量式，增量值为0.5mm，部件留余量为0.3mm。加工时需要考虑进刀退刀的
问题,在非切削参数设置界面,选择“传递/快速”区域之间下拉条中定义好逼近、离开、移刀运
动的设置，其中“安全设置”设置为“球”半径选择250mm. 生成的刀具路径如图4所以示。用
刀路变换命令加工其余流道曲面。
图4 流道粗加工路径
4.3 叶片精加工
SWARF方法也叫侧刃或表面驱动法, SWARF驱动刀轴随叶片直纹面的U向或V向连续变
化, 刀具底部接触轮毂面。侧面接触叶片表面形成单条刀路, 从而实现叶片的精加工。
在创建操作对话框中，选择类型“mill_multi_zxis” 多轴铣加工操作建立模板，选择
“VARIABLE_CONTOUR”子类型变轴铣。选择驱动方式为“表面积”，为了加工到位，曲面
百分比方法设置如图5。刀轴选择“侧刃驱动”，切削模式选择单向。选用直径为20mm的球
刀加工，部件留余量为0。产生的刀路路径如图6所示，用刀路变换命令加工其余叶轮曲面。
图5 曲面百分比设置
图6 叶轮精加路径
4.4 流道精加工
同样选择类型“mill_multi_zxis”多轴铣加工操作建立模板，选择“VARIABLE_CONTOUR”子
类型变轴铣。几何体选择整体叶轮，为了避免有过切现象，选择流道两侧的面为干涉检查面，
选择驱动方式为“表面积”，刀轴选择“插补”步进方式采用“残余波峰高度”，残余高度为0.005,
选用直径为20mm的球刀加工。产生的刀路路径如图7所示，用刀路变换命令加工其余流
道曲面。
图7 流道精加工刀具路径
4.5 叶片底部圆角清根加工
同样选择类型“mill_multi_zxis”多轴铣加工操作建立模板，选择“VARIABLE_CONTOUR”子
类型变轴铣。几何体选择根部圆角部位，选择驱动方式为“表面积”，刀轴选择“相对于驱动
体”步进方式采用数字控制模式，步数为15步，设置非切削移动参数→传递/连接选项→区
域之间→“安全设置”为“球”，半径选择200mm，刀具使用R8的球刀。产生的刀路路径如图
8所示用刀具路径，变换命令加工其余叶片底部圆角。
图8 叶片底部圆角清根刀具路径
4.6 机床模拟加工仿真
UG系统自带有三种类型的五轴机床,本论文选用其中的回转/摆动型机床进行虚拟仿真加工,
摆头旋转轴是B轴,转台旋转轴是C轴。通过机床导航器调入机床组件和刀具组件,叶轮零件
安放在转台上面即可进行加工仿真。
5 结论
本文利用UG NX6. 0软件对整体叶轮进行了加工仿真,合理选择了加工使用的刀具和机床,并
针对流道和叶片的几何特征确定了刀轴的控制方式，过选择了适当的刀具轨迹驱动方法进行
了流道和叶片的加工，生成的加工轨迹。
文中介绍的对流道的加工采用刀具轴插补刀具轴加工，这种方式可以通过在指定的点定义矢
量方向来控制刀具轴。当驱动或零件几何体非常复杂，又没有附加刀具轴控制几何体时，插
补刀具轴可以控制剧烈的刀具轴变化，调节刀轨，避免碰到障碍物。指定的矢量越多，对刀
具轴的控制越多。使用这种方法时，驱动几何体引导刀具侧刃，零件几何体引导刀具底部。
可以控制输出很好的加工刀轨，加工出来的曲面质量相当高。
五轴加工是最难也是最重要的是避免发生干涉，本文对对流道和底部圆角加工时对刀具的进
退倒进行了控制，依据叶轮的特征，区域之间快速移动时以球的方式控制刀轴的移动，使刀
轨变的更清晰，这样不仅提高加工效率，而且使加工变的更加安全。
