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1、·数控加工技术·彭芳瑜邹孝明丁继东等面向特征的整体叶轮五轴数控加工技术51面向特征的整体叶轮五轴数控加工技术彭芳瑜,邹孝明,丁继东,李斌(华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心,湖北武汉430074)摘要:基于特征制定整体叶轮数控加工工艺,同时兼顾叶轮的工作要求和加工刚度,利用UGNX3.0提供的Interpolate方式规划流道特征的开粗加工和精加工轨迹,Swarf方式规划叶片特征的侧铣加工轨迹。经过仿真验证加工轨迹的合理性,最后使用配有HNC-22M数控系统的五轴加工中心VMC-1100成功加工了整体叶轮。关键词:整体叶轮;五轴加工;加工轨迹规划;侧铣;
2、UGNX中图分类号:TP391.7文献标识码:A文章编号:1672-1616(2007)01-0051-03叶轮是涡轮式发动机、汽车增压器等动力机械1.1叶轮几何模型特征分析的核心部件,其加工技术一直是研究的焦点。整体分析整体叶轮的叶片、流道等几何特征,确定叶轮的结构复杂,规划加工轨迹时约束条件多,加叶片曲面、流道面和清根的特征参数,判断叶片曲工时易产生碰撞干涉,采用传统的铸造成型后修光面的类型,图2即为叶轮的基本几何特征。整体叶法、石蜡精密铸造法等较难保证叶片、流道以及叶轮的关键体素是叶片,叶片曲面可以分为直纹曲面[1]片与轮毂倒角处的加工质量。五轴数控加工
3、因和自由曲面(非直纹曲面),其中直纹面又可分为可具备有效避免干涉、可侧铣直纹面、切削状态良好展直纹面和非可展直纹面。此外,为合理选择刀具等优点,从而成为提高整体叶轮加工效率和质量的并规划加工轨迹,也要确定流道的进水口宽度、出首选。水口宽度等参数值。目前,许多加工整体叶轮的企业多采用一些功能强大、界面良好、适用面广的通用型CAD/CAM软件,如UGNX、CATIA、Pro/Engineer等。本文基于整体叶轮的几何特征,利用大型通用CAD/CAM软件UGNX3.0对其进行加工轨迹规划。1整体叶轮五轴数控加工工艺分析图2整体叶轮的几何特征根据复杂型面零件的多轴数控
4、加工特点,整体1.2整体叶轮加工工艺方案叶轮的五轴数控加工一般遵循如下的基本技术路根据叶轮的几何结构特征和使用要求,确定基线(如图1所示)。[2]本的加工工艺流程为:(1)在锻铝材料上车削加工回转体的基本形状;(2)开粗加工流道部分;(3)精加工流道部分;(4)叶片精加工;(5)清根。本文主要对流道开粗、精加工和叶片精加工加工轨迹规划进行研究。根据整体叶轮的几何模型特征,可以基本确定加工所使用机床型号、刀具参数、夹具和装夹方式等。整体叶轮为叶片分布均匀的回转体类零件,建议选择其底面圆心为工件原点,以此简图1整体叶轮加工技术路线化工件的找正和后处理的过程。收稿日
5、期:2006-08-10作者简介:彭芳瑜(1972-),男,江西萍乡人,华中科技大学副教授,博士,主要研究方向为高速高精数控技术、多轴数控编程技术、STEP-NC技术。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net522007年1月中国制造业信息化第36卷第1期加工整体叶轮可使用由3个平动轴和2个转动轴方向规划加工轨迹,这样可以增加叶轮片的强度和构成的标准多坐标机床,例如刀具双摆动、工作台刚度,改善使用性能,如图4所示。双
6、回转和刀具与工作台分别回转等类型。本文所使用的五轴加工中心VMC-1100为工作台双回转结构,即由3个平动轴和A,C2个转动轴构成,如图3所示。图4叶片受力指导加工轨道规划2.1流道特征开粗加工轨迹规划流道开粗加工过程去除主要加工余量,直接影响着精加工的效率和质量,提高开粗加工的效率和质量对整个叶轮的加工具有重要意义。叶轮流道图3VMC-1100五轴数控加工中心部分的加工余量并不随着叶轮型线均匀分布,切削为提高加工效率,在不发生碰撞干涉的同时尽过程中切削深度不断变化,刀具受力变化较为剧可能选用大直径铣刀,并优先选择多刃铣刀。在进烈,大大缩短了刀具寿命,降低了加
7、工质量,这需要行流道粗加工时优先选用平底铣刀,流道、叶片的合理规划加工轨迹。精加工尽可能选用球头铣刀。对于流道较窄的叶流道开粗加工通常需分成若干层渐进开粗。轮,在加工窄流道处时,可以适当选择锥度球头铣根据叶片型面的V向分割流道区域,可使粗加工刀。的各层厚度比较均匀,加工过程稳定。在进水边和出水边之间设定若干辅助面作为驱动面,选择两侧2面向特征规划叶轮加工轨迹的叶片为干涉检查面,如图5所示。流道开粗加工常用的刀轴控制方式为Interpolate、RelativetoUGNX3.0提供了大量多坐标数控加工编程Drive等。方法,一般选用SurfaceArea(曲面
8、区域)驱动方式来规划叶轮加工轨迹。Su
