一種半開(kāi)式葉輪固定空間矢量刀軸的插銑加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控加工制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)械零件的機(jī)械加工方法，具體的是涉及一種半開(kāi)式三元葉輪在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心上使用空間矢量固定刀軸方向插銑的數(shù)控加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半開(kāi)式三元葉輪作為動(dòng)力機(jī)械的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、導(dǎo)彈、能源化工等領(lǐng)域，其數(shù)控加工技術(shù)一直是機(jī)械制造業(yè)中的一個(gè)重要課題。半開(kāi)式三元葉輪作為透平壓縮機(jī)中唯一對(duì)工作介質(zhì)做功的部件，主要運(yùn)行在高溫、高壓、高腐蝕的介質(zhì)中，其材質(zhì)主要為FV520B (美標(biāo)的17-4PH材料)、KMN等不銹鋼鍛件構(gòu)成。半開(kāi)式三元葉輪作為離心壓縮機(jī)的心臟設(shè)備，主要應(yīng)用于大型乙烯、空分、煉油等大型工程制造領(lǐng)域，葉輪的加工制造技術(shù)屬于典型的薄壁難加工零件。
[0003]由于半開(kāi)式葉輪的葉片是在空間呈不規(guī)則三維扭曲，只能使用五軸聯(lián)動(dòng)加工中心銑制或者電解加工。目前半開(kāi)式葉輪常采用五軸聯(lián)動(dòng)分層銑削流道的加工方法，由于機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)加工，加工周期較長(zhǎng)，效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種半開(kāi)式葉輪在五軸聯(lián)動(dòng)加工中心上固定空間某一矢量刀軸進(jìn)行插銑加工的方法。使用此種加工方法，提高了葉輪的加工效率，縮短了加工周期，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。使用空間矢量固定插銑刀軸，保證了葉片加工表面余量均勻一致，便于后續(xù)精加工葉片。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種半開(kāi)式葉輪固定空間矢量刀軸的插銑加工方法，該方法是在五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工中心上，固定機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸A、B軸，只有機(jī)床的三個(gè)直線軸X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)，增加數(shù)控機(jī)床的剛性，使用帶有CVD硬質(zhì)合金涂層的插銑刀，通過(guò)計(jì)算分析來(lái)確定合理的刀軸矢量，插銑刀在此固定的刀軸矢量方向上銑制加工葉輪流道。所述的加工方法具體步驟如下:
[0007](I)將半開(kāi)式葉輪的流道拆分成若干個(gè)待加工區(qū)域
[0008]依據(jù)半開(kāi)式葉輪流道在軸向方向上曲率變化，將流道分為若干個(gè)待加工區(qū)域，盡量保證待加工區(qū)域流道在軸向方向上的曲率變化較小，把切削起點(diǎn)和切削終點(diǎn)之間的軸向曲率變化控制在18.5%以內(nèi)；
[0009]( 2 )合理選擇硬質(zhì)合金插銑刀具
[0010]根據(jù)流道尺寸選擇所需直徑的插銑刀，這樣刀具的剛性較強(qiáng)，而且可以配合較長(zhǎng)的刀桿便于插銑。由于插銑刀在設(shè)計(jì)時(shí)切削刃不過(guò)刀具中心，要防止插銑加工時(shí)刀具中心部位與葉輪發(fā)生碰撞，出現(xiàn)“頂?shù)丁爆F(xiàn)象。插銑刀刀片表面為通過(guò)CVD制備的硬質(zhì)合金涂層，它本身具有韌性好、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；所述插銑刀帶有內(nèi)冷孔(內(nèi)冷卻孔)，保證斷屑的快速排出。
[0011](3)使用UG NX4軟件確定刀軸矢量和規(guī)劃刀路軌跡
[0012]依據(jù)步驟(I)確定的待加工區(qū)域，通過(guò)分析區(qū)域起點(diǎn)的軸向方向矢量和區(qū)域終點(diǎn)的軸向方向矢量，通過(guò)比對(duì)分析設(shè)計(jì)出介于兩個(gè)軸向方向矢量的平均矢量，通過(guò)使用此平均矢量作為刀軸方向，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)軟件參數(shù)，實(shí)現(xiàn)插銑加工；設(shè)置相應(yīng)軟件參數(shù)過(guò)程中，為了避免刀具的非切削的中心刃部分與葉輪發(fā)生碰撞，要設(shè)置切削步距小于刀具直徑的45%。
[0013](4)使用Vericut軟件進(jìn)行數(shù)控程序仿真
[0014]將步驟(3)生成的數(shù)控加工程序,通過(guò)專(zhuān)業(yè)的CAM仿真加工軟件Vericut進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬加工，在仿真過(guò)程中，如存在過(guò)切、干涉和/或碰撞等加工問(wèn)題，則返回步驟(I)、
(2)、(3)，直至無(wú)上述現(xiàn)象后進(jìn)行步驟(5)。
[0015](5)在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心上，實(shí)際試切加工。
[0016]本發(fā)明有益效果如下:
[0017]1、本發(fā)明一種半開(kāi)式葉輪固定空間矢量刀軸的插銑加工方法，解決了葉輪流道粗加工效率較低的問(wèn)題，此種方法還用于加工高溫合金類(lèi)、鈦合金類(lèi)等難加工材料的葉輪、葉盤(pán)類(lèi)零件。使用此方法，能夠在葉片表面產(chǎn)生均勻的余量，便于后續(xù)精加工工序。
[0018]2、本發(fā)明利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心鎖死兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸狀態(tài)下，只有三個(gè)直線軸X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)，此時(shí)增加了機(jī)床的剛性減少切削振動(dòng)，通過(guò)計(jì)算分析確定刀軸矢量，使用硬質(zhì)合金刀具固定軸插銑葉輪流道加工，通過(guò)某一刀軸矢量插銑某一待加工區(qū)域，從而提高葉輪的加工效率。
[0019]3、本發(fā)明采用的固定軸插銑加工方法，是在空間中確定刀軸矢量，然后鎖死機(jī)床的A、B軸，增加機(jī)床的剛性，從而保證在插銑加工后葉片兩側(cè)余量均勻，利用硬質(zhì)合金刀片線速度高、采用CVD化學(xué)涂層增加刀片壽命。插銑加工的特點(diǎn):刀具切削時(shí)軸向受力，可以有效減少由于徑向力產(chǎn)生的振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)懸臂加工(長(zhǎng)懸臂L/D〈6DC);插銑是目前金屬去除率最高的加工方法，可以明顯減少刀軌數(shù)量，縮短加工時(shí)間。插銑時(shí)一般采用內(nèi)冷和外冷相結(jié)合，也可使用氣冷。此方法保證提高葉輪加工效率的同時(shí)，不僅降低了生產(chǎn)成本，還滿足了葉輪類(lèi)產(chǎn)品的高精度制造要求。
[0020]4、本發(fā)明半開(kāi)式葉輪在插銑關(guān)鍵點(diǎn)在于，合理選用硬質(zhì)合金刀具和合理控制空間矢量的刀軸方向，保證葉片兩側(cè)余量均勻，便于進(jìn)行后續(xù)葉片精加工工序，使用此種方法可以明顯提高半開(kāi)式葉輪、葉盤(pán)類(lèi)零件的加工效率，縮短交貨周期。
【附圖說(shuō)明】
:
[0021]圖1半開(kāi)式葉輪三維示意圖。
[0022]圖2半開(kāi)始葉輪計(jì)算分析UV曲率選取空間矢量刀軸。
[0023]圖3本發(fā)明的步驟示意圖。
[0024]圖4專(zhuān)用插銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明插銑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的闡述，本發(fā)明通過(guò)此實(shí)例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不局限于此實(shí)例。
[0027]本實(shí)例的半開(kāi)式三元葉輪具體尺寸、材料和加工參數(shù)如下:
[0028]葉輪的最大回轉(zhuǎn)直徑Φ 100mm
[0029]葉片數(shù)17個(gè)，圓周分布
[0030]葉尖的最大厚度5.5mm
[0031]葉片的最大厚度13.33mm
[0032]葉輪的出口寬度66.76mm