CN102962502A - 一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法，根据零件的待加工部位的结构和尺寸，确定加工方案：采用大直径铣刀去除叶轮叶片进排气边边缘外侧部位的大余量，然后对叶片型面进行分段铣削；将叶片型面划分成若干切削区域；分析叶片尺寸，计算叶片型面加工可用的刀具直径并选择铣刀；规划加工方法及加工路线；编制数控程序并进行仿真验证，若仿真过程中出现干涉或过切，则重新将叶片型面划分切削区域；否则，进行零件加工。本发明在考虑叶片部位结构特点和尺寸、技术条件要求并保证加工系统刚性的情况，合理设置切削区域，选择整硬端铣刀，采用U钻预开槽进排气部位、四轴整硬端刀插铣和光整加工相结合的方法，成功解决了窄流道钛合金整体叶轮粗开槽数控铣加工难题。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，具体是一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法。
背景技术
窄流道整体叶轮的粗开槽加工过程中，由于叶片部位流道区域空间狭窄，开敞性差，加工时采用的刀具直径小，刀杆相对长度较长，工艺性很差，使得窄流道整体叶轮的粗开槽加工难度极大。对于高温合金材料整体叶轮的粗开槽，采用电火花方法进行，但对于钛合金材料零件来说，由于材料不同，需要采用数控铣加工方法进行。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法，包括如下步骤：
步骤1：根据零件的待加工部位的结构和尺寸，确定加工方案：采用大直径铣刀去除叶轮叶片进排气边边缘外侧部位的大余量，然后对叶片型面进行分段铣削；
步骤2：将叶片型面划分成若干切削区域；
步骤3：分析叶片尺寸，计算叶片型面加工可用的刀具直径并选择合适的铣刀；
步骤4：规划加工方法及加工路线；
首先采用U钻预开槽去除两叶片之间进排气边边缘部位余量，然后采用整硬端铣刀进行分段（按切削区域）插铣，最后采用端刀进行光整叶片；
步骤5：编制数控程序并进行仿真验证，若仿真过程中出现干涉或过切，则返回步骤2，重新将叶片型面划分切削区域；否则，继续执行步骤6；
步骤6：加工零件。
有益效果：
本发明在考虑叶片部位结构特点和尺寸、技术条件要求并保证加工系统刚性的情况，合理设置切削区域，选择整硬端铣刀，采用U钻预开槽进排气部位、四轴整硬端刀插铣和光整加工相结合的方法，成功解决了窄流道钛合金整体叶轮粗开槽数控铣加工难题。本发明提供的可行有效的窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法，易于实现，容易掌握，解决了窄流道钛合金整体叶轮粗开槽数控铣加工难题，同时也拓宽了整硬端铣刀的使用范围。
附图说明
图1为本发明的实施例1的待加工零件的去除大余量区域示意图；
图2为本发明的实施例1的待加工叶片的划分切削区域示意图；
图3为本发明的实施例1的窄流道整体叶轮粗开槽的插铣区域示意图；
图4为本发明的实施例1的窄流道整体叶轮粗开槽刀具轨迹示意图；
图5为本发明的实施例2的待加工叶片的划分切削区域示意图；
其中，1-玉米铣刀去除大余量区域，2-大型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第一段，3-大型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第二段，4-大型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第三段，5-端刀插铣区域，6-U钻预开槽区域，7-中型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第一段，8-中型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第二段，9-中型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第三段，10-中型钛合金窄流道整体叶轮叶片的切削区域第四段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的两个实施例做详细说明。
实施例1
本实施例为某大型钛合金窄流道整体叶轮粗开槽工序加工试验，该大型钛合金整体叶轮直径尺寸约630mm，叶片数量为78片，叶片之间夹角为4.615o；叶片长度约41mm，宽度约38mm，粗开槽后相邻叶片间距离为11mm左右。
采用窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法对上述钛合金整体叶轮进行粗开槽数控铣加工的，包括如下步骤：
步骤1：根据零件的待加工部位的结构和尺寸，确定加工方案：采用大直径铣刀去除叶轮叶片进排气边边缘外侧的大余量，然后采用插铣方式对叶片型面进行分段铣削；
本实施例中，叶轮叶片之间夹角为4.615o；叶片长度约41mm，宽度约38mm，粗开槽后相邻叶片间距离为11mm左右，考虑到粗开槽前毛坯为环形锻件及加工时装夹方式，对进、排气边边缘外侧部位采用φ40玉米铣刀去除大余量，同时，考虑加工时叶片刚性，采用分段铣削的方法对叶片型面进行铣削加工；采用铣刀去除叶轮叶片进排气边边缘外侧的大余量的区域如图1所示，其中的1、2均为采用φ40玉米铣刀去除大余量的区域；
步骤2：将叶片型面划分成若干切削区域；
本实施例中，将叶片型面共划分3段切削区域，切削长度比为1：0.8：0.6（叶尖至叶根方向），如图2所示；
步骤3：分析叶片尺寸，计算叶片型面加工可用的刀具直径并选择合适的铣刀；
通过MAX-AB软件通过分析和计算，确定使用刀具直径范围在φ10以内，本实施例选取φ10和φ8两种整硬端铣刀进行粗开槽加工，两种刀具牌号为EC100B55/65-4C10R.5T110和EC080B35/45-4C08R.5M80；
步骤4：规划加工方法及加工路线；
由于零件材料为钛合金，并且粗开槽阶段的主要目的是去除大余量，考虑刀具结构特点，粗开槽加工采用U钻+插铣+光整相结合的方式进行：首先采用φ20U钻预开槽去除两叶片之间进排气边边缘部位余量，然后采用φ10整硬端铣刀进行分段（按切削区域）插铣，最后采用φ8端刀进行光整叶片。由于叶根部位叶型扭曲变化大，并且空间狭窄，采用五轴联动光整流道的方式进行加工，如图3和图4所示。先采用φ20U钻预开槽去除进排气边边缘部位余量的目的是为了避免插铣时出现满刀切削的现象，造成刀具急剧磨损，从而延长刀具使用寿命；
具体加工路线如下：
φ40玉米铣刀铣加工进排气边外侧、φ20U钻进/排气边预开槽、φ10端刀插铣第一段、φ8端刀光整第一段、φ10端刀插铣第二段、φ8端刀光整第二段、φ10端刀插铣第三段、φ8端刀光整第三段和φ8球刀光整流道；
步骤5：编制数控程序并进行仿真验证，若仿真过程中出现干涉或过切，则重新将叶片型面划分切削区域或重新规划加工方法及加工路线；否则，继续执行步骤6；
本实施例利用整体叶轮专用编程软件MAX-AB对粗开槽加工过程进行编程，在选定的切削区域中建立并生成刀具轨迹。并将MAX-PAC计算出的刀具轨迹输入到UG软件中，利用UG后置生成数控加工程序，并使用Vericut软件对数控程序进行仿真，确保加工过程中无干涉、过切及碰撞。
生成的数控程序如下：
;%_N_SAE00378_MPF
N03 T="D10R0.5"
N04TC
N0022 G01 X-4.63 Y15.64 Z330.36 A0.0 B3.149 F200. M08
N0023 X-4.02 Z319.22
N0024 Z304.22 F128.
N0025 Z319.22 F1000.
N0026 G64 G00 X-4.54 Y15.56 B3.216
N0027 Z319.21
N0046 G01 X-9.73 Y14.7 Z319.07 B3.885 F200.
N0047 Z304.07 F137.
N0048 Z319.07 F1000.
N0049 G00 X-9.97 Y14.57 B3.905
N0050 Z319.06
N1071 G01 X-58.72 Y-18.21 B14.41 F200.
N1072 Z297.88 F145.
N1073 Z312.88 F1000.
N1074 X-61.14 Z322.28
N130 G0Z800
N150 X0Y0M09
N160 M05
N170 M30
步骤6：加工零件；
本实施例选用五坐标加工中心，按工艺文件装夹找正零件，设定加工坐标系并根据数控工步卡要求进行零件的加工。
实施例2
本实施例为某中型钛合金窄流道整体叶轮粗开槽工序加工试验，该中型钛合金整体叶轮直径尺寸约420mm，叶片数量为56片，叶片之间夹角为6.429o；叶片长度约40mm，宽度约35mm，粗开槽后相邻叶片间距离为9.5mm左右。
采用窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法对上述钛合金整体叶轮进行粗开槽数控铣加工的，包括如下步骤：
步骤1：根据零件的待加工部位的结构和尺寸，确定加工方案：采用插铣方式对叶片型面进行分段铣削；
本实施例中，叶轮叶片之间夹角为6.429o；叶片长度约40mm，宽度约35mm，粗开槽后相邻叶片间距离为9.5mm左右，由于该叶轮在粗开槽前已经去除进排气边边缘外侧部位大余量因此省去用玉米铣刀铣加工进排气边边缘外侧的过程；
步骤2：将叶片型面划分成若干切削区域；
本实施例中，划分切削区域时仅考虑叶片刚性，采用分段铣削的方法，共划分4段切削区域，如图5所示，切削长度比为1:1:1:1（叶尖至叶根方向）。
步骤3：通过MAX-AB软件，分析叶片尺寸，计算叶片型面加工可用的刀具直径并选择合适的铣刀；
通过分析和计算，确定使用刀具直径范围在φ9.5以内，本实施例选取φ8整硬端刀和 φ8球刀两种刀具进行粗开槽加工，两种刀具牌号为EC080B35/45-4C08R.5M80和NK15.Φ8X30X85。
步骤4：规划加工方法及加工路线；
由于零件材料为钛合金，并且粗开槽阶段的主要目的是去除大余量，考虑刀具结构特点，粗开槽加工采用U钻+插铣+光整相结合的方式进行：首先采用φ16U钻预开槽去除两叶片之间进排气边边缘部位余量，然后采用φ8整硬端铣刀进行分段（按切削区域）插铣，最后采用φ8球刀进行光整叶片。由于叶根部位叶型扭曲变化大，并且空间狭窄，采用五轴联动光整流道的方式进行加工，如图3和图4所示。先采用φ16U钻预开槽去除进排气边边缘部位余量的目的是为了避免插铣时出现满刀切削的现象，造成刀具急剧磨损，从而延长刀具使用寿命；
具体加工路线如下：
Φ16U钻进/排气边预开槽、φ8端刀插铣第一段、φ8球刀光整第一段、φ8端刀插铣第二段、φ8球刀光整第二段、φ8端刀插铣第三段、φ8球刀光整第三段、φ8端刀插铣第四段、φ8球刀光整第四段和φ8球刀光整流道；
步骤5：编制数控程序并进行仿真验证，若仿真过程中出现干涉或过切，则重新将叶片型面划分切削区域或重新规划加工方法及加工路线；否则，继续执行步骤6；
本实施例利用整体叶轮专用编程软件MAX-AB对粗开槽加工过程进行编程，在选定的切削区域中建立并生成刀具轨迹。并将MAX-PAC计算出的刀具轨迹输入到UG软件中，利用UG后置生成数控加工程序，并使用Vericut软件对数控程序进行仿真，确保加工过程中无干涉、过切及碰撞。
步骤6：加工零件；
本实施例选用五坐标加工中心，按工艺文件装夹找正零件，设定加工坐标系并根据数控工步卡要求进行零件的加工。
在实施例1和2中，针对窄流道整体叶轮类零件粗开槽的数控铣加工，在考虑叶片部位结构特点和尺寸、叶片系统刚性的情况下，合理设置切削区域、选择整硬端铣刀，采用U钻+插铣+光整相结合的加工方式，成功解决了窄流道钛合金整体叶轮粗开槽数控铣加工难题，同时拓宽了整硬端铣刀的使用范围。
Claims (2)
1.一种窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：根据零件的待加工部位的结构和尺寸，确定加工方案：采用大直径铣刀去除叶轮叶片进排气边边缘外侧部位的大余量，然后对叶片型面进行分段铣削；
步骤2：将叶片型面划分成若干切削区域；
步骤3：分析叶片尺寸，计算叶片型面加工可用的刀具直径并选择铣刀；
步骤4：规划加工方法及加工路线；
加工方法及加工路线具体是：首先采用U钻预开槽去除两叶片之间进排气边边缘部位余量，然后采用整硬端铣刀进行分段插铣，最后采用端刀或球刀进行光整叶片；
步骤5：编制数控程序并进行仿真验证，若仿真过程中出现干涉或过切，则返回步骤2，重新将叶片型面划分切削区域；否则，继续执行步骤6；
步骤6：加工零件。
2.根据权利要求1所述的窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工方法，其特征在于：所述的编制数控程序并进行仿真验证，是对窄流道整体叶轮粗开槽数控铣加工过程进行编程，在选定的切削区域中建立并生成刀具轨迹，并根据该刀具轨迹生成数控加工程序进行仿真。
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