五轴数控加工整体叶轮的cam分析

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1、1绪论我公司是铁路内燃机车用增压器的专业制造单位。对于高性能的增压器产品研制来说，离心式压气机是关键部件，提高压气机性能是必不可少的研究项点之一。叶轮作为压气机的关键零件，其工作转速高，零件形状复杂，加工精度高，尤其是其流道型面的制造精度，对提高压气机的性能具有决定性的作用。叶轮的制造有多种方法，常见的方法有：铸造，即做好模型，用铸造的方法获得叶轮型面，因叶片形状复杂，取模困难，一般采用橡皮模或融模铸造。优点是大批量铸造，成本低。缺点是，制作周期长，精度低，强度差，一般用于低端产品，目前尚有应用。对于高精度和高转速叶轮不适合。电加工，用电火花等电加工机床进行加工，成本非常高，周期

2、很长，目前很少使用。数控加工，即用数控机床铣削加工，具有精度高，周期短，调整灵活的特点，目前已经广泛使用。对于这种方法，一般是从整体锻造毛坯开始铣制，因整体锻造毛坯强度高，但去除量非常大，效率受影响。对于批量大的型号，在满足强度的前提下，采用模锻毛坯，即用模具先锻造出叶片型面的基本形状后，再用数控加工中心进行精铣加工，效率就非常高了。压气机叶轮作为关键零件，在我公司一直是自行加工，之前限于五轴数控加工中心购置上的障碍，～直使用四轴加工中心进行叶轮加工，因其加工范维的局限性，不能一次完成整个叶轮的加工，叶轮进口和出口部分必须分开加工，所生产的叶轮为分体式组合叶轮，即将压气机叶轮分成

3、两部分，进口部分为曲面型面叶片，称为导风轮，出口部分为径向直叶片，称为叶轮，导风轮和叶轮通过衬套联接在一起，构成压气机叶轮。而导风轮的型面设计是不可展开的直纹面，四轴联动加工中心在铣制不可展开直纹面时会产生很大的加工误差，对叶轮的效率和强度有不利的影响，若要准确加工，必须使用五轴联动加工中心。而且在运用过程中，分体式叶轮暴露出强度差、效率低、联接部分不稳定等一系列问题，而国际上增压器叶轮的前沿技术的代表厂商如ABB等的高端产品均采用了整体叶轮，为解决产品运用过程中的问题，我公司进行了整体叶轮的设计开发。为适应整体叶轮加工需要，2000年我公司购置了一台德马吉公司生产的DMU70V

4、五轴数控加工中心，当时因价格太高就未购置专用的编程软件，这样如何将设备用起来就是一个问题了。大家知道，五轴数控程序的编制过程是，根据叶轮设计所给出的型面上的多个直线线元数据(针对直纹面造型而非自由曲面造型)，结合刀具参数，通过计算得出直线元上两个点所对应的刀具中心坐标值(xl、yl、zl，x2、y2、z2)，多组数据形成了刀具轨迹，再根据铣削方案计算出叶轮加工过程中需要去除部分的刀具轨迹，这个过程称为前置处理，而后针对不同的机床结构形式，通过计算将刃具的(xl、yl、zl，x2、y2、z2)数据转换成机床的五个坐标值(X、Y、Z、B、C)或(X：Y、Z、A、C)，这个过程称为后置

5、处理。编程过程中前置处理是核心，刀具轨迹的合理排布和计算都是很繁琐的，在没有专业的叶轮加工软件的前提下，若依靠通用的CAM软件如UG、PROE等，计算刀具轨迹需要耗时j≥常多，方法非常繁琐，调整起来也很困难。丽针对各类机床的不同结构形式，需要不同的后置处理程序，对于异形结构机床都需要单独购置，价格不菲。另外，露前叶轮的加工效率本平相差很大，直接影响加工成本，如何持续提高加工效率是摆在我们面前的难题。本论文的研究目标就是通过编制前置和后置处理计算程序，解决加工编程的刀具轨迹计算和DMU70V五轴加工中心的异型结构后处理问题，并通过加工试验探讨提高加工效率的若干问题的解决方案，给后续

6、的产品加工提供一套成熟的工艺路线。{。{问题的提出及研究意义在五轴加工整体叶轮的数控程序编制这个阅题上，具备独立编制计算程序能力的企业不多，在专用软件尚未普及或价格昂贵时，很多企业不具备编程能力，程序编制是备受露扰的难题，一般都选择委托其他有能力鳇企业进行程序编制，耗费资金不说，沟逶费时费力，工期和加工效率无法保证，程序的进一步调整和改进更是无从谈起。1．1．1问题的提出我公司也面临同样的闯题，因此急需叁行解决程穿编制问题并透过工艺试验解决加工中影响加工效率和质量的问题。1．1．2研究的意义是行编制程序进行计算来编制数控加王程序，通过该过程可对数控编程的原理有比较深入的研究，对编

7、程过程中原理性误差有深入的理解，通过后续的工艺试验，解决了影响加工效率和加工质量的因素，为后续研究提供了良好的基础。_l。2国内外研究现状研究之初，国内普遍利用通用CAM软件进行程序编制，当时国外的专用叶轮编程软件刚刚推出，如CONCEPTS／NREC的淞X一5，仍然是DOS敝本，尚无windows版本。国内没有专用的叶轮编程软件。1．3本文研究的主要内容(1)分析DMU70V机床结构形式，编制前置和后置处理程序。2(2)进行误差分析和误差检验。(3)对加工中的影响加工效率和质量