CN101670465B - 增压器导风轮圆头叶片的加工方法 - Google Patents

增压器导风轮圆头叶片的加工方法 Download PDF

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Abstract

一种增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其主要是在四轴联动数控机床上，用棒棒糖式球头立铣刀沿着径向对导风轮一周的A区域进行分层点铣粗加工，采用与上述相同的分层加工、刀具和加工余量沿着径向对导风轮一周的B区域进行分层点铣粗加工，采用棒棒糖式球头立铣刀进行叶片根部的点铣粗加工，采用棒棒糖式球头立铣刀进行叶片的点铣精加工。本发明可以实现四轴联动数控机床加工增压器导风轮圆头进口边叶片，成本低，实际加工叶片轮廓度误差小，减小了叶片的变形。

Description

增压器导风轮圆头叶片的加工方法
技术领域：本发明涉及一种内燃机车，特别是与柴油机配合的增压器导风轮叶片的加工方法。
技术背景：目前，采用四轴联动数控机床铣制的增压器导风轮的叶片进口边为平面。这样的导风轮在工作中不仅产生进口气流损失，降低了压气机的效率；而且使叶片进口根部存在应力集中的问题，导致叶片强度下降，容易产生叶片疲劳断裂。由于增压器导风轮的叶片是空间扭曲的三维叶型，因此按照目前的四轴侧刃加工方法不但无法实现导风轮叶片进口铣圆头，并且加工的叶片轮廓度误差达到±0.6mm以上。虽然采用五轴联动数控加工中心可以铣制进口边为圆头的导风轮叶片，但这样的加工设备昂贵，加工成本较高。
发明内容：本发明的目的在于提供一种仍在四轴联动数控机床铣制增压器导风轮圆头叶片的加工方法。本发明主要是从粗加工到精加工均采用点铣加工，即采用球头立铣刀的球头部位进行铣削加工。粗加工时根据叶片扭曲的程度，分区域进行加工。导风轮长叶片靠近进口部位，即两个相邻长叶片之间位于短叶片进口边上部区域，包括长叶片的进口边圆头部位(以下简称A区域)扭曲较大，采用棒棒糖式球头立铣刀加工。该铣刀球头的半径大于刀干半径0.1mm以上，刀干与叶片不发生干涉，使得A区域的加工得以实现。导风轮长叶片靠近出口部位，即长叶片与短叶片之间区域(以下简称B区域)扭曲较小。考虑到铣刀的刚性强度，可采用刀干为锥形的球头立铣刀加工。
具体加工方法如下：
(1)先根据导风轮外形尺寸的大小和材质，选择适当直径和材质的棒棒糖式球头立铣刀的球头部位沿着径向对导风轮A区域进行分层点铣粗加工。根据导风轮的材质、机床的主轴扭矩及刚性、刀具的刚性这三方面确定每层的切削深度，深度不超过刀头直径的四分之一。由于相邻叶片之间的距离(喉口直径)随着导风轮叶片高度的减小而减小，因此选择的最小刀头直径应大于等于叶片最小喉口直径。为提高加工效率，A区域的加工沿着径向可采用不同球头直径的棒棒糖立铣刀。靠近叶片顶部(导风轮外子午面)，叶片喉口直径较大的部位采用较大球头直径的刀具；靠近叶片根部(导风轮内子午面)，喉口直径较小的部位采用较小球头直径的刀具。粗加工留有的余量应根据导风轮的材质、叶片的高度和叶片的厚度确定，一般不小于0.3mm。
(2)对导风轮一周的A区域加工完成后，进行B区域的点铣粗加工。B区域分层加工、刀具的采用和加工余量与A区域基本相同。由于B区域的叶片扭曲程度较小，因此还可以采用锥干球头立铣刀，以提高加工效率。
(3)对导风轮一周的B区域加工完成后，进行叶片根部的点铣粗加工，清除由于A区域和B区域粗加工产生的根部圆角残留。该加工过程采用棒棒糖式球头立铣刀，加工余量为0.1mm至0.3mm。
(4)对导风轮叶片根部的粗加工完成后，进行叶片的点铣精加工。精加工采用棒棒糖式球头立铣刀。但有时由于叶片根部的喉口直径较小，而不得不采用直径较小(小于等于6mm)的球头立铣刀，这时为了满足刀具的刚性强度要求，需采用球头直径与刀柄直径相等的立铣刀。采用点铣加工，相邻加工刀轨之间会产生残留余量，残留余量的高度根据叶片表面粗糙度的设计要求预先确定，从而计算刀具的加工轨迹。残留高度＜0.008mm时，粗糙度Ra＜3.2μm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)可以实现四轴联动数控机床加工增压器导风轮圆头进口边叶片，这种叶片既可以是直纹叶片，也可以是自由曲面叶片。
(2)理论叶片轮廓度误差小于等于0.008mm。实际加工叶片轮廓度误差小于等于0.2mm。
(3)采用分区域加工和点铣分层加工，减小了叶片的变形。
(4)采用点铣加工，只需刀具的球头带切削刃，提高了刀具的可靠性和加工的稳定性。
(5)加工成本低。
附图说明
图1是本发明待加工件导风轮主视示意图。
图2是本发明所采用的球头立铣刀主视示意图。
具体实施方式
图1所示的待加工导风轮1材质为锻铝，最大直径210mm，叶片高度小于61mm，叶片顶部厚度大于1.1mm，叶片表面粗糙度Ra3.2μm，共10个长叶片2和10个短叶片3，长叶片和短叶片进口边要求铣圆头，A区域叶片根部喉口直径大于等于14mm，B区域叶片根部喉口直径大于等于5.4mm。采用本发明的方法在四轴联动数控机床进行加工，过程如下：
(1)先后采用刀头直径为16mm、刀干直径为15.2mm(T1)和刀头直径为12mm、刀干直径为11.5mm(T2)的球头立铣刀4，如图2所示，沿着径向对导风轮一周的A区域进行分层点铣粗加工。叶片顶部和根部分别留有0.55mm和0.3mm的加工余量，叶片中间的加工余量按照线性分布。T1刀每刀切深3mm，转速4000rpm，进给1000mm/min；T2刀每刀切深2.5mm，转速4800rpm，进给1500mm/min。
(2)采用T1刀沿着径向对导风轮一周的B区域进行分层点铣粗加工，加工参数与加工A区域相同，之后分别采用刀头直径为8mm、刀干锥度为89度(T3)和刀头和刀干直径均为6mm(T4)的球头立铣刀进行B区域的分层点铣粗加工，加工余量与A区域相同。T3刀每刀切深2mm，转速5000rpm，进给1500mm/min；T4刀每刀切深0.5mm，转速5000rpm，进给1000mm/min。
(3)采用T4刀进行叶片根部的点铣粗加工，去除前两步粗加工留下的根部圆角残留。加工余量为0.2mm。T4刀每刀切深1mm，转速3500rpm，进给300mm/min。
(4)采用T4刀进行叶片的点铣精加工。按照残留高度为0.008mm计算刀轨，刀具的转速为4800rpm，进给为1500mm/min。
加工完成后实现了四轴连动数控机床加工叶片进口边的圆头。经三座标测量仪检测，叶片轮廓度误差小于0.2mm。叶片表面粗糙度达到Ra3.2μm。

Claims (6)

1.一种增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：
(1)在四轴联动数控机床上，用球头半径大于刀柄半径0.1mm的棒棒糖式球头立铣刀沿着径向对导风轮一周的A区域进行分层点铣粗加工，其中A区域为两个相邻长叶片之间位于短叶片进口边上部区域，包括长叶片的进口边圆头部位，每层的切削深度不超过刀头直径的四分之一，粗加工留有的余量不小于0.3mm；
(2)采用与上述(1)相同的分层加工、刀具和加工余量沿着径向对导风轮一周的B区域进行分层点铣粗加工，其中B区域为导风轮长叶片靠近出口部位，即长叶片与短叶片之间区域；
(3)采用棒棒糖式球头立铣刀进行叶片根部的点铣粗加工，加工余量为0.1mm至0.3mm；
(4)采用棒棒糖式球头立铣刀进行叶片的点铣精加工，残留余量的高度根据叶片表面粗糙度的设计要求预先确定，从而计算刀具的加工轨迹。
2.根据权利要求1所述的增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：对A区域进行分层点铣粗加工，最小刀头直径应大于等于叶片最小喉口直径。
3.根据权利要求1或2所述的增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：对A区域进行分层点铣粗加工，采用不同球头直径的棒棒糖式球头立铣刀。
4.根据权利要求3所述的增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：对B区域进行分层点铣粗加工，采用锥柄球头立铣刀。
5.根据权利要求4所述的增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：对叶片进行点铣精加工，采用直径小于等于6mm且球头直径与刀柄直径相等的立铣刀。
6.根据权利要求5所述的增压器导风轮圆头叶片的加工方法，其特征在于：对叶片进行点铣精加工，残留高度＜0.008mm时，粗糙度Ra＜3.2μm。
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