CN104416324A - 主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，在六轴五联动加工中心下进行如下步骤，包括：步骤1）将待加工叶轮和工装夹具在六轴五联动加工中心下的坐标系与三维数据模型的坐标系相匹配，步骤2）建立叶轮三维实体模型，步骤3）建立工装夹具三维实体模型，并与步骤2）的叶轮三维数据模型进行装配，步骤4）数控仿真系统仿真刀路轨迹生成的机床控制指令，步骤5）将步骤4）生成的机床控制指令发送至六轴五联动加工中心，机床完成叶轮的加工。通过利用本方法，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，保证叶轮的各项精度要求，同时满足了批量生产所需要的生产效率，达到了这种结构叶轮的加工的先进水平。

Description

主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法

技术领域

本发明涉及叶轮加工方法，具体涉及主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法。 

背景技术

以往生产的叶轮多为叶片和叶轮座分体结构形式，分开加工，再组装，整体叶轮加工也都是开式叶轮或是闭式单吸叶轮，国内外也没有双吸闭式叶轮整体加工， 

整体叶轮以往都是采用铸造毛坯，手工修磨的方式，但是铸造的缺陷难以避免，以及手工修磨无法保证型面的精度。根本保证不了每个流道的一致性，会导致过流量的波动，引起震动。 

专利申请号为200610125473.X的中国发明专利公开了一种整体叶轮叶片的插铣刀加工方法，这种方法采用插铣刀同时选择基本垂直于叶片顶面弧线的进给方向进行加工，其特点在于进给方向为刀具轴向，刀具与工件不易产生干涉，同时，刀具路径短，不能很好加工出叶片弧面。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，由于主给水泵双吸叶轮结构非常复杂，其结构比常规的闭式叶轮更为复杂，上下流道中间还有一段轮毂分流面，连接处扭曲大导致空间很小，需要对刀轴进行多次模拟定位加工，在上端多次定位，出水口处也需要多次定位，多次定位既要避免刀轴的干涉，又要保证流道加工的完整与光顺连接， 

本发明将毛坯整体锻造后，利用数控加工叶轮流道及型面，并且可以达到甚至超越以试切工件实际加工验证的效果，在生产成本及时间上都有非常明显的优势。 

为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 

主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，在六轴五联动加工中心下进行如 下步骤，包括： 

步骤1）将待加工叶轮和工装夹具装夹，并在六轴五联动加工中心下的坐标系与三维数据模型的坐标系相匹配， 

步骤2）建立叶轮三维数据模型，首先将若干个叶片型面数据输入至叶轮三维数据模型后，建立叶片的实体模型，然后建立轮毂与盖板，形成叶轮三维模型， 

步骤3）建立工装夹具三维实体模型，并与步骤2）的叶轮三维数据模型进行装配， 

步骤4）数控仿真系统仿真刀路轨迹，提供一刀具参数、主轴参数、刀具进给参数等，并在按照三维数据模型下的坐标系完成刀位点的运动轨迹和刀轴矢量，不断修改上述参数值，直至工件无干涉，工件无过切和过剩情况，则生成一机床控制指令， 

步骤5）将步骤4）生成的机床控制指令发送至六轴五联动加工中心，机床完成叶轮的加工。 

在本发明的一个优选实施例中，步骤5）中叶轮加工：首先从工件每一个流道顶部加工，再加工所述流道的侧面出水口；然后加工所述流道的相邻流道；最终利用刀具进行完整精加工及连接圆角的清理，完成叶轮加工。 

在本发明的一个优选实施例中，顶部加工区域的划分：首先整体开粗叶片进水边以上的余量，然后划分五个流道口进行加工， 

侧面加工区域的划分：以工作台旋转C轴定位流道侧面出口位置，分别以C轴旋转和A、B轴旋转分割加工区域，并设定相应的加工深度； 

在本发明的一个优选实施例中，进行步骤5）之前，先对毛坯工件粗车叶轮外形，单边留0.5mm的加工余量，防止装夹或加工过程中划伤工件表面。 

在本发明的一个优选实施例中，步骤1）中坐标系的建立，将C轴处于零位，利用六轴五联动加工中心的雷尼绍探头将X、Y坐标轴零点设置在工件顶部内孔轴线上，Z轴零点设置在工件顶部平面偏下0.5mm处，X、Y、Z轴正向与机床坐标系平行。 

通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 

通过利用本方法，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，保证叶轮的各项精度要求，同时满足了批量生产所需要的生产效率，达到了这种结构 叶轮的加工的先进水平。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明的工作原理图。 

图2为待加工叶轮和工装夹具装夹的示意图。 

图3为叶轮建立坐标系的示意图。 

图4为叶轮的立体图。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

主给水泵叶轮加工难点在于叶轮三元扭曲叶片及流道型面的整体数控加工，并且包角大，扭曲严重，要求达到设计要求，保证水利性能。 

本发明采用了以下两个部件： 

1、TRT314六轴五联动加工中心，设备厂家：意大利JOBS公司 

TRT314是一台带有回转工作台，双摆头的六轴五联动加工中心，可实现X\Y\Z\A\C五轴联动或X\Y\Z\A\B五轴联动，设备运动形式多样，可多方位对零件进行加工。主要技术参数如下： 

1）：各轴行程 

X轴：2500mm 

Y轴：1600mm 

Z轴：2000mm 

A轴：-10°～+110° 

B轴：±360°（连续） 

C轴（工作台）：±N×360° 

2）：数控系统配置为Sinumerik840D SL，控制六个坐标轴（X、Y、Z、A、 B、C轴），可实现其中任意五轴联动控制。 

3）：工作台尺寸1600mm×1600mm，承重10吨，T型槽22H7 

4）：全闭环位置检测：TRT314机床三个直线轴（X、Y、Z）采用HEIDENHAIN光栅尺（1μm）实现全闭环 

位置反馈控制，A、B、C旋转轴采用HEIDENHAIN圆光栅（0.001°）实现全闭环反馈控制。 

5）：自动换刀机构采用水平旋转刀库，刀柄形式HSK-A100，容量40。 

6）：TRT314机床配备雷尼绍自动测量循环系统，装备RMP60探头。 

该机床具有转速高、联动结构稳定性高、六轴五联联动技术成熟的特点。 

2、Vericut数控加工仿真系统，是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统，由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真多轴五联动加工中心的数控加工过程，也能进行NC程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误;具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工；具有CAD/CAM接口，能实现与UG.Hypermill等软件的嵌套运行。 

下面将详细说明叶轮的数控加工： 

参照图1，主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，在六轴五联动加工中心下进行如下步骤，包括： 

1、装夹 

参照图2，利用叶轮100的一个端面101和键槽（图中未标示）与工装夹具定位装夹，压板压紧内孔外圆，工装夹具200通过凸台止口201和定位键202与机床工作台配合。 

2、工件坐标系的建立 

参照图3，C轴处于零位，利用雷尼绍探头将X、Y坐标轴零点设置在工件顶部内孔轴线上，Z轴零点设置在顶部平面偏下0.5mm处，X、Y、Z轴正向与机床坐标系平行，建立的工件坐标系如图2所示。 

即将待加工叶轮和工装夹具在六轴五联动加工中心下的坐标系与三维数据模型的坐标系相匹配。 

3、叶轮和工装夹具三维模型建立 

根据叶轮水力模型数据文件，将叶轮水力模型数据逐一以点数据输入，建立基本造型元素—点，将各截面型线的点文件分组，便于管理与分析，再利用样条曲线工具，通过分好组的点建立每个截面型线，利用软件show combs功能，分析曲线的光顺状态，对曲线进进行修整及光顺，利用建立的截面型线创建叶片的型面，并进行适当的延伸，之后进行缝合，建立叶片的实体模型，最后建立轮毂与盖板，分割去除延伸部分，由于实际加工模型各加工面预留的0.5mm的余量，所以创建轮毂和盖板时也要留有0.5mm的余量。 

由于加工仿真需要，需将设计的工装夹具建立三维实体模型，各定位尺寸需按实际尺寸造型，并与叶轮装配检查定位约束是否完全约束。 

4：加工区域的划分 

之前已经阐述MFA3630/680主给水泵叶轮装夹方案及加工策略，首先从顶部加工，再由侧面出水口加工。 

顶部加工区域的划分：首先整体开粗叶片进水边以上的余量，然后划分五个流道口进行加工，顶部5个流道加工区域是线条围成的扇形区域，5个扇形区域的直线边方向要保证至少有一个刀片半径大小的重叠区域，保证加工接刀处的光顺； 

参照图4：首先顶部300全局粗加工，然后单一流道粗加工，流道侧面出水口400方向粗加工，粗加工后，采用不同的刀具进行粗加工，采用相同的方式，进行其余流道加工。 

侧面加工区域的划分：以工作台旋转C轴定位流道出口位置，分别以C轴旋转和A、B轴旋转分割加工区域，并设定相应的加工深度。 

旋转A、B、C轴的目的是改变刀轴矢量方向，使刀具能够对有遮挡区域的流道区域500进行加工。 

5、刀具参数的设定 

利用Zoller刀具预调仪测量确定加工刀具的几何形状、刀杆尺寸、刀柄尺寸等，设定刀具线速度Vc、每齿进给量Fz，再计算得出刀具进给率F，和主轴转速S等。 

首先以三轴加工方式利用Φ40R2.3开粗，清理进水边以上的余量，然后通过坐标变换利用Φ32R6和Φ20R2对单一流道进行开粗。 

接下来重新设定刀轴矢量，从侧面出水口开始加工，分别利用Φ40R2.3、Φ32R6和Φ20R2再次开粗，保证上下加工刀轨有重叠部分， 

最终利用Φ16R8、Φ14R7进行完整精加工及连接圆角的清理，然后采用打磨、抛光去除刀纹， 

不断修改上述参数值，直至工件无干涉，工件无过切和过剩情况，则生成一机床控制指令， 

6、将数控加工仿真系统生成的机床控制指令发送至六轴五联动加工中心，六轴五联动加工中心完成叶轮的加工。 

通过利用本方法，在未加工前确定刀轴方向，模拟加工，再对加工后的毛坯进行分析，逐步加工，使工件粗加工后的毛坯余量尽可能的均匀，方便进行最终的加工；保证叶轮的各项精度要求，同时满足了批量生产所需要的生产效率。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，在六轴五联动加工中心下进行如下步骤，其特征在于，包括： 

步骤1）将待加工叶轮和工装夹具装夹，并在六轴五联动加工中心下的坐标系与三维数据模型的坐标系相匹配， 

步骤2）建立叶轮三维数据模型，首先将若干个叶片型面数据输入至叶轮三维数据模型后，建立叶片的实体模型，然后建立轮毂与盖板，形成叶轮三维模型， 

步骤3）建立工装夹具三维实体模型，并与步骤2）的叶轮三维数据模型进行装配， 

步骤4）数控仿真系统仿真刀路轨迹，提供一刀具参数、主轴参数、刀具进给参数等，并在按照三维数据模型下的坐标系完成刀位点的运动轨迹和刀轴矢量，不断修改上述参数值，直至工件无干涉，工件无过切和过剩情况，则生成一机床控制指令， 

步骤5）将步骤4）生成的机床控制指令发送至六轴五联动加工中心，机床完成叶轮的加工。 

2.根据权利要求1所述的主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，其特征在于：步骤5）中叶轮加工：首先从工件每一个流道顶部加工，再加工所述流道的侧面出水口；然后加工所述流道的相邻流道；最终利用不同刀具进行完整精加工及连接圆角的清理，完成叶轮加工。 

3.根据权利要求1所述的主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，其特征在于：顶部加工区域的划分：首先整体开粗叶片进水边以上的余量，然后划分五个流道口进行加工， 

侧面加工区域的划分：以工作台旋转C轴定位流道侧面出口位置，然后分别以C轴旋转和A、B轴旋转分割加工区域，并设定相应的加工深度。 

4.根据权利要求1所述的主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，其特征在于：进行步骤5）之前，先对毛坯工件粗车叶轮外形，单边留0.5mm的加工余量，防止装夹或加工过程中划伤工件表面。 

5.根据权利要求1所述的主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法，其特 征在于：步骤1）中坐标系的建立，将C轴处于零位，利用六轴五联动加工中心的雷尼绍探头将X、Y坐标轴零点设置在工件顶部内孔轴线上，Z轴零点设置在工件顶部平面偏下0.5mm处，X、Y、Z轴正向与机床坐标系平行。