大型導(dǎo)葉式混流泵葉片

 

導(dǎo)葉式混流泵轉(zhuǎn)子體葉片是水泵的心臟，其制造技巧和制造質(zhì)量間接影響到水泵運(yùn)行的水力性能和牢靠性，而其中大型水泵轉(zhuǎn)子體葉片（如圖1所示）的數(shù)控加工工藝是癥結(jié) 目前，國外也僅有法國阿爾斯通、德國沃依滋、日本日立等多數(shù)幾家公司此項(xiàng)的制造工藝對比成熟，但加工裝備低廉；海內(nèi)對此鉆研較少。本文為初次就大型導(dǎo)葉式混流水泵葉片的數(shù)控加工進(jìn)行較為體系的論述，并對其加工工藝進(jìn)行鉆研和翻新實(shí)際。

 

第一、葉片數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

　　數(shù)控加工工藝流程圖

　　大型曲面零件數(shù)控加工編程觸及多方面的技巧，癥結(jié)技巧包含：①毛坯三維型面測量；② 曲面的三維幾何外型；③依據(jù)零件上各曲面的形態(tài)，合理地進(jìn)行刀位軌跡計(jì)劃和盤算；④ 切削仿真與刀具干預(yù)測驗(yàn)；⑤機(jī)床靜止仿真與碰撞干預(yù)測驗(yàn)；⑥機(jī)床靜止的后置變換等。本零件的數(shù)控加工工藝流程如圖2所示。

 

　　加工工藝剖析

　　為了避免加工歷程中機(jī)床碰撞，關(guān)于葉片的正反面分區(qū)域、采取不同方法進(jìn)行加工。區(qū)域的劃分準(zhǔn)則是在不碰撞的條件下盡量采取大直徑的曲面銑刀加工。

　　因?yàn)槿~片有多張曲面須要加工，對大過流面宜采取五軸聯(lián)動(dòng)銑削加工，沿流體進(jìn)出口方向弧形走刀；同時(shí)，葉片毛坯是鑄件，存在鑄造變形，加工余量較大且不平均，為了進(jìn)步加工效力，采取了三軸和五軸混雜加工工藝計(jì)劃，粗加工采取三軸加工，精加工采取五軸加工。

五軸數(shù)控龍門銑床的重要技巧參數(shù)

　　因?yàn)槿~片曲面的龐雜性和UG軟件編程方法的通用性，實(shí)際加工狀態(tài)并不能完整遵照咱們的工藝想象來實(shí)現(xiàn)，區(qū)域的最后劃分必需借助于仿真加工屢次模仿來抉擇。全部加工計(jì)劃必需采取仿真加工技巧在盤算機(jī)上仿真驗(yàn)證，在屢次修正完美的基本下去肯定，否則在加工中能夠會(huì)涌現(xiàn)很多意想不到的負(fù)面問題。

　　1、加工裝備抉擇

　　選用濟(jì)南二機(jī)床消費(fèi)的五軸數(shù)控龍門銑床（型號(hào)規(guī)格XKV2420×40），重要規(guī)格參數(shù)見表1。

　　2、毛坯質(zhì)量掌握

　　本例葉片為鑄件，資料為馬氏體不銹鋼。首先將葉片進(jìn)行隨形粗磨，去除夾砂，再進(jìn)行UT，MT探傷，檢討缺點(diǎn)狀態(tài)。因?yàn)槿~片存在鑄造質(zhì)量缺點(diǎn)及余量不均景象，必需通過三坐標(biāo)測量儀對葉片實(shí)行檢測，掌握葉片正、反面及周邊的加工余量，增加數(shù)控加工量。

 

　　3、葉片定位

　　一端以葉片旋轉(zhuǎn)軸心線、軸柄端面為基準(zhǔn)，用角鐵和定位套定位，另一端以葉片輪緣上工藝軸中央孔為基準(zhǔn)，采取頂尖座頂牢。在法蘭端面標(biāo)志有葉片零度地位，應(yīng)用夾具和標(biāo)志，借助機(jī)床的測量功用，測量順序中指定的找正點(diǎn)，主動(dòng)找正到加工地位，肯定工件零點(diǎn)。

　　4、加工刀具的抉擇

　　加工導(dǎo)葉式混流泵葉片，經(jīng)過盤算和仿真加工驗(yàn)證，采取山特維克中型四周刀片Φ63曲面銑刀，前角－7°，刀柄用整體式短刀柄，保障切削不銹鋼時(shí)切削力小，抗震性好。

第二、葉片型面的加工

　　2。1 葉片型面三軸粗加工

　　UG軟件供給了豐碩的三軸加工方法。葉片型面?zhèn)€別采取等高、面銑削等方法加工，僅等高加工UG軟件就供給了9種方法，觸及到走刀方法及刀路中步進(jìn)和進(jìn)退刀方法的變更就更多了；面銑削加工方法也因驅(qū)動(dòng)方法和投影方法的不同可組合出很多種加工方法。詳細(xì)采取何種加工方法，須要通過少量的加工仿真來最終肯定。切削仿真能夠運(yùn)用UG軟件自帶的仿真功用或用VERICUT仿真軟件，順序款式能夠是APT或G代碼。本例三軸粗銑采取能夠切除少量余量的等高加工，簡直沒有空行程，綜合加工效力高。工藝計(jì)劃詳見表2和圖4～圖7

 

　　在對該葉片進(jìn)行三軸粗加工時(shí)，要注重葉片輪轂球面和葉片型面相交處的圓角。因z軸一直垂直向下，葉片假如遵照任務(wù)零度地位擺放（如圖9所示），較低處的圓角因在中央地位以下，會(huì)招致刀柄和葉片軸柄干預(yù)而加工不到該處圓角（左邊圓角）。關(guān)于詳細(xì)的零件，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度個(gè)別通過仿真加工最終肯定。在本例中，葉片從設(shè)計(jì)零度地位轉(zhuǎn)動(dòng)到－30°

第三、葉片型面五軸精加工

　葉片經(jīng)三軸加工后不轉(zhuǎn)變裝夾，改換五軸附件頭，實(shí)現(xiàn)五軸精加工。

葉片編程和加工仿真

　　UG軟件進(jìn)行五軸編程個(gè)別要指定加工零件、刀路的驅(qū)動(dòng)方法、刀具的切削類型、刀軸掌握方法、切削方向、投影矢量等。

　　在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工曲面的歷程中，刀軸矢量是由定義在刀位軌跡上的部分坐標(biāo)系（Frenet坐標(biāo)架）的λL（前導(dǎo)角）和 （側(cè)傾角）兩個(gè)角度來肯定的。當(dāng)λL=ωL=0時(shí)，為刀具軸垂直于外表的端銑方法；當(dāng)ωL=90°時(shí)，為刀具軸平行于加工外表的側(cè)銑方法。刀軸掌握方法是影響五軸聯(lián)動(dòng)加工后果的一個(gè)重要因素。因?yàn)槟壳暗腃AM 體系中個(gè)別在五軸聯(lián)動(dòng)端銑加工方法中供給了人工輸出固定傾角的方法，刀具地位是依據(jù)投影方向來肯定的，刀具沿投影方向降落直至刀具和曲面相切。

　　本例中葉片型面對比平整，抉擇運(yùn)用 3曲面銑刀，編程時(shí)指定葉片為加工零件，運(yùn)用曲面驅(qū)動(dòng)方法。UG的曲面驅(qū)動(dòng)方法十分靈巧，能夠指定恣意大小的切削區(qū)域（只要指定驅(qū)動(dòng)曲面的參數(shù)規(guī)模），也能夠運(yùn)用多張曲面來驅(qū)動(dòng)（可運(yùn)用零件面做驅(qū)動(dòng)面，也可另外構(gòu)建驅(qū)動(dòng)面）。在采取曲面驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，刀路的走刀方向是沿著驅(qū)動(dòng)面的U，V線方向進(jìn)行走刀的。因?yàn)槿~片任務(wù)時(shí)，流體是從出口邊向出口邊方向活動(dòng)的，葉片曲面的外型應(yīng)依據(jù)徑向截面線構(gòu)建，同時(shí)，在葉片加工時(shí)，葉片的安置地位也發(fā)作了變更，此時(shí)葉片型面的 ， 線和流體活動(dòng)方向已不同。因而，以葉片型面為基本，用球面截取葉片型面獲取驅(qū)動(dòng)面構(gòu)建線，從新構(gòu)造驅(qū)動(dòng)面。指定資料和切削方向，走刀方向?yàn)閱蜗蜃叩?，投影方向采取指向?qū)動(dòng)面，刀軸方向掌握運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法，指定刀具前導(dǎo)角5。，掌握刀軸變更角度，指定平安面，進(jìn)退刀垂直于平安面和進(jìn)須要注重的是：①在運(yùn)用平刀或牛鼻刀加工時(shí)，刀軸的方向掌握個(gè)別運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法，前導(dǎo)角個(gè)別在5°左右，否則加工時(shí)會(huì)發(fā)作刀具后部過切；②在刀軸方向掌握運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，驅(qū)動(dòng)面最好運(yùn)用單個(gè)曲面，并且驅(qū)動(dòng)曲面和零件曲面質(zhì)量要好，否則生成的刀路會(huì)發(fā)作過切或撞刀，或許刀路看上去很好，但刀軸能夠發(fā)作漸變形成過切或撞刀，這在加工面有多張曲面形成時(shí)更輕易發(fā)作；③五軸加工較之于三軸或四軸加工對外型和編程有更高的請求和更多的技巧，尤為須要仿真來加以驗(yàn)證。五軸和三軸的仿真請求是不同的，五軸的必需采取G代碼仿真，并且要運(yùn)用UG或VERICUT構(gòu)造實(shí)在的機(jī)床，設(shè)定數(shù)控掌握體系和靜止關(guān)系，模仿實(shí)在的數(shù)控加工。圖12為葉片五軸精加工仿真后果圖。

 

　　須要用戶對通用后解決進(jìn)行修正，或用VB，VC等高等言語制造專用的后解決順序。UG的POSTBUILD模塊在制造三軸后解決方面還是對比成熟的，適用性對比強(qiáng)；在制造五軸后解決方面因?yàn)檎遄猛ㄓ眯院蜏?zhǔn)確性對比多，通用后解決順序和機(jī)床的匹配性要差一點(diǎn)，在有些機(jī)床上加工會(huì)有問題。這是因?yàn)槲遢S靜止的算法對比龐雜，三軸在空間上肯定刀具地位只要X，Y，Z就行，在數(shù)學(xué)上是惟一解；而五軸要同時(shí)肯定X，Y，Z，B，C，在數(shù)學(xué)上是多重解，個(gè)別有兩三個(gè)解，甚至更多。同時(shí)五軸要做到延續(xù)靜止，須要對這些解進(jìn)行挑選，并斟酌機(jī)床的構(gòu)造和靜止情勢、加工方法和走刀方法，對刀軸的延續(xù)靜止進(jìn)行掌握，不同的機(jī)床就有與之匹配的最佳算法和掌握方法。本例中有運(yùn)用POSTBUILD后解決順序解決的名為ZM_5Z_PB。MPF的加工順序文件和用VB制造的專用后解決順序解決的名為ZM－5Z－VB。