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整体叶轮五轴数控技术的研究

2013/8/22    来源:万方数据    作者:丁刚强      
关键字:叶轮  三维建模  五轴  加工  
整体叶轮是典型的航空航天复杂零件。为了进行整体叶轮的数控加工,用Pro/E对其进行了参数化建模。在深入分析整体叶轮加工工艺的基础上,确定了五轴数控机床加工叶轮的工艺流程。使用UG软件实现了自动编程,生成了刀路轨迹。通过后置处理生成G代码。并在实际机床上进行了加工验证。

  整体叶轮是燃气发动机中的一种关键零件,其作用是由外界供给的机械功连续不断地将气体压缩并传输出去。气体经进气管进入工作轮,在工作轮中因受到叶片的作用力而压力升高,速度增加。因此对叶轮的要求:一是气体流过叶轮的损失要小,即气体流经叶轮的效率要高;二是叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。好的外形构造是发挥叶轮性能的保证。在设计过程巾,叶片的数量和外形轮廓需要经过多次的修改,配合发动机试车后的性能优化得以确定。

  整体叶轮的加工一直是机加工中长期困扰我们的难题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求,叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构,这都给叶轮的加工提出了较高的要求。普通的叶轮加工往往采用铸造成形,然后再机械加工成形;或者叶片单独加工,然后将叶片与轮毂焊接,再通过打磨、抛光使之外观平滑。这些方法的技术含量低,做出来的叶轮曲面精度难以保证,表面的质量也差,严重影响了叶轮的使用性能。近几年随着多轴联动数控技术的发展,使得加工整体叶轮类零件成为可能。由于整体叶轮的结构造型的复杂性,其数控加工技术一直是制造业的难点,也是研究的热点。为了解决该问题,本文从以下几个方面展开研究:用Pro/E对其进行了参数化建模;整体叶轮加工工艺的分析与设计,制定五轴数控机床加工叶轮的工艺流程;使用UG软件实现了自动编程,生成了刀路轨迹;通过后置处理生成G代码;通过实际机床加工进行验证。

1 叶轮的参数化建模

  叶轮是典型航空航天复杂零件,具有重大的应用意义。由于叶片的曲线和曲面形状比较复杂,本文利用Pro/Engineer软件进行参数化建模,并完成其三维设计。在做整体叶轮的三维造型时,我们需要通过测量得到叶片型面的离散数据点,首先将离散的数据点拟合成叶片上下缘曲线和轮毂曲线;运用“旋转”、“扫描”等建模工具构建出叶片和轮毂曲面;通过“实体化”将曲面转变为实体;最后通过“复制”、“阵列”等命令完成整体造型并作适当的倒圆角修饰。整体叶轮模型如图1所示。

叶轮的三维实体楱壅
图1叶轮的三维实体楱壅 

2 整体叶轮的加工工艺及CAM自动编程

  (1)整体叶轮的加工特点分析

  本文中加工的叶轮直径为208 mm,回转空间较大,在加工的时候要保证加工表面的一致性,以确保加工精度和表面质量,在加工的时候要控制好切削深度以及保证加工效率;

  叶片的加工是整个零件的加工难点,由于叶片之间的间隔距离小,而叶片的扭曲程度决定了加工时刀具轴的摆动范围,刀具轴必须在两叶片之间的范围内摆动,刀具才不会与叶片发生干涉;

  加工槽道变窄,叶片相对较长,刚度较低,属于薄壁类零件,加工过程极易变形,在加工过程中要防止加工残余应力所带来的变形;

  相邻叶片空间极小,在清角加工时刀具直径较小,刀具容易折断,要注意刀具的选择。

  (2)整体叶轮的加工工艺分析

  本文研究对象所采用的整体叶轮,直径为Φ8mm,高为76 mm,共有9组叶片,材料为7075硬铝合金。叶槽通道最小尺寸为18.5 mm,叶片与轮毂之间的倒圆角为R5 mm。

责任编辑:陈浩
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