涡轮增压器叶片四轴数控加工技术研究.pdf

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1、第34卷第1期东北电力大学学报Vo1．34．No．12014年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．．20l4文章编号：1005—2992(2014)01-0059—03涡轮增压器叶片四轴数控加工技术研究付大鹏，马艳丽，张卫华2(1．东北电力大学机械工程学院，吉林吉林132012；2．中国石油吉林石化公司，吉林吉林132002)摘要：涡轮叶轮属于流体叶片中型面比较复杂的一类，其叶片形状扭曲大、变壁厚，加工中易变形，所以给加工带来了很大难度。大部分整体叶轮采用压力

2、铸造方法制造，而该方法虽然相对比较方便快捷，但很难保证叶片强度，其叶片的动平衡性也差。该文阐述了在四轴加工中心上进行叶片分段式铣削，而后叶片采用镶嵌式与轮体组成一体，极大地减小了变形，提高了质量，为复杂的曲面零件加工又提供了一个具有实际意义的方法。关键词：大扭曲超薄叶片；变形；分段加工中图分类号：TH164文献标识码：A对于叶轮加工，传统加工方法一般是铸造成型后抛光，该加工方法存在模具复杂，且叶片精度难保证，叶片强度低，动平衡性较差，生产周期也比较长等缺点H]。当今数控加工技术发展迅速，多轴联动数控机床

3、也相继问世，在国外涡轮增压器叶轮一般是用五轴联动数控机床加工，在国内由于受到设备的限制，针对五轴加工起步比较晚。本文通过对整体叶轮进行分体加工，而如何应用四轴加工中心加工出高质量的叶片有着重要意义。1叶片的基本加工思路叶片分段加工是指把一个叶片划分成几段，对每一段分别进行加工，在加工各段时根据变形情况选择适当的切削参数，其难度就在于使叶根部和叶端部薄厚误差及由于加工时“让刀”带来的误差最小，且叶片整体变形最小。本文采用CimatronE软件对叶片进行数控加工编程和模拟仿真，根据叶片的外形结构选择适当的加

4、工方法，方便快捷，在模拟仿真中检验程序的正确性，以便及时更改。涡轮增压器整体叶轮由多个大扭曲超薄叶片组成，叶片形状如图1所示，叶片的厚度仅有1．5～2mm厚，且刚度小。在加工时很容易变形，减小加工中的变形是本文的加工重点和难点。为了提高加工效率，保证加工质量，先在车床上车削加工出基准面和叶片的基本毛坯，而后在四轴机床上进行叶片的分段加工。2叶片的加工刀路轨迹生成图1叶片图应用CimatronE软件对叶片进行加工编程和反复模拟仿真，再加上对实际加工条件和要加工零件收稿日期：2013—10—10作者简介：付

5、大鹏(1960一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学机械工程学院教授，主要研究方向：数控技术东北电力大学学报的外形结构不同的考虑，分别选择适当的加工方法和切削参数：，根据以卜分析，现将叶片的加工分为粗Di；~、、精力【l工、精加T(1)、精加工(2)。粗加工又分为叶片正面整体粗加工和叶片反面整体~t．DH叶片_IF面整体粗加工刀路轨迹如图2所示，为提高叶片Dll_-s~效率，该粗加工选择相对较大的切削用量和较大直径的球头铣刀。为r减小加工中叶片型面时的变形，粗加工后先对叶片边沿进行精加工，采用Cimat

6、ronE软件中的“流线铣一3轴零件曲面”，之后对叶片型面进行半精加工和精加：L(1)、精加工(2)。图2叶片正面整体粒ll力IJJ：叶片型面的半精加工和精加工都采用CimatronE软件中的“高级五轴一航空铣”，为了使刀路轨迹任两曲线之问分布均匀美观，也为了提高加工效率，铣削方式都为“两曲线之问仿形铣”，综合考虑叶片加工变形和工件的表面质量，加工时进刀点都从l：i}．片最宽部进刀，且半精加_I和精加f(1)采用叶片分段加上，IJr片前端部采用较小的切削参数，而靠近轮毅的叶片后根部采用较大的切削参数，半精

7、加工叶片前端部路轨迹如图3所示，精加工(2)刀路轨迹如图4所示3精加lT叶片前端部闭4精加工(2)lit‘片整体3后置处理后嚣处理是根据机床的具体参数及控制系统将刀位轨迹转化成对应机床所能识别的G代码。CimatronE提供了3～5轴的后置处理模块，简单快捷。将各个工序的程序分别进行后置处理，个个程序段相互独立，町以检查所生成的刀路轨迹是否合理及刀具是否会产生碰撞和过切现象，从而再对加工过程中出现的种种问题进行分析，可以随时进一步修改和调整。。4叶片的机床实验加工没有进行分段加I二时，变形很大，加工出来

8、的叶片根部与端部的厚度差竟然有0．5～0．8ITlln左右，而根据}二述改进后冉进行机床实验加工，现在的厚度差只有0．05～0．08mm，已经达到了我们的要求，可见叶片分段加工可以很好地解决变形问题，如果叶片精度要求更高，可以再把叶片分成3段、4段，只要条件允}，f：甚至可以分成更多段。实验加工叶片成品如5所示。图5加工出的叶片成5第1期付大鹏等：涡轮增压器叶片四轴数控；b~-Y-技术研究5结论该文应用CimatronE软件对叶片进行数控编