CN107052419A - 一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法及装置 - Google Patents
一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法及装置,步骤如下:1、用软件(Solidworks)制成半开式叶轮的三维模型,存为IGS格式导入UG4.0进行编程;2、将锻件用车床进行铣前加工;3、将铣前加工件轴向平行于铣床Z轴的方向立放于铣床工作台,轴盘面向上,铣出与叶片数相等的等多边形后卸下,安装芯轴和连接盘,找平找中心后固定;4、导入程序1序和2序进行加工;5、将完成1序和2序的坯件通过连接盘固定在分度盘上,利用叶轮卡头、分度盘及轴盘上的等多边形边找平找正,完成第3序加工;5、去除轴盘预留工艺面和工艺卡头,叶轮加工完成。本发明与五轴铣床加工半开式叶轮相比,在保证加工精度的同时,大大节约了加工成本。
Description
技术领域
本发明属于数控加工制造技术领域,涉及一种机械零件的机械加工方法和加工装置,具体的说是一种利用特殊工装在普通三轴数控铣床上加工变截面扭曲叶片半开式叶轮的方法及装置。
背景技术
半开式三元叶轮作为流体机械中的关键动力部件,广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域,其数控加工技术一直是机械制造业中的一个重要课题。半开式三元叶轮作为透平压缩机中一种主要的对工作介质做功的部件,大多数运行在高温、高压、高腐蚀的介质中,其材质主要由沉淀硬化不锈钢-FV520B(美标的17-4PH材料)、KMN、LD10等锻件构成。半开式三元叶轮作为离心式压缩机的心脏部件,主要应用于大型乙烯、空分、炼油、石化等大型工程制造领域。
半开式叶轮的叶片的压力面和吸力面都是三维空间扭转不规则曲面,属于典型的薄壁难加工零件,传统的加工方法是使用五轴联动加工中心铣制或者电解加工。目前半开式叶轮一般都采用五轴联动分层铣削流道的加工方法,但是机床的五轴联动加工成本投入大,加工周期长,效率较低,加工费用高。
对于普通立式数控铣床,要实现对三维空间扭转不规则曲面叶片的半开式叶轮的加工,其技术难点在于:(1)半开式叶轮在铣制前的铣前加工工艺安排;(2)利用三轴铣床铣制变截面扭曲叶片半开式叶轮时,叶轮流道中部有死角区域,如何利用工装装置使得待铣半开式 叶轮坯件在三轴铣床上增加自由度,使得流道中部死角区域铣削到位;(3)由于叶片数目多,半开式叶轮在铣制每个流道中部死角区域时如何接序定位;(4)针对实际加工流程,每序的刀具选择。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的普通三轴数控铣床铣制方法及装置。本发明通过合理的铣前工艺编排;在铣削叶片流道中部死角区域时,制作特殊工装与分度头连接,给普通三轴数控铣床增加一个X轴旋转自由度;分度头的每次转位后的接序都通过等多边形的定位面和定位边来实现;流道面利用专门用来加工曲面的球刀来进行精加工。具体技术方案如下:
一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,包括以下步骤:
步骤1:将机械性能合格的锻件用普通车床进行粗加工,型线边界单边预留余量,轮轴盘面预留轴向加工余量,并留有装卡卡头,再用数控车床对型线边界面和进出口边界面进行精加工,制成坯件;
步骤2:将坯件轴向平行于铣床Z轴的方向放于铣床工作台,轴盘面向上压紧固定,铣出与叶片数相等的等多边形,所述多边形的高度小于轮轴盘面预留轴向加工余量;
步骤3:将坯件安装芯轴和连接盘,然后轴盘面向下立于工作台压紧固定;导入程序加工进口流道和出口流道;
步骤4:将坯件通过连接盘固定在分度盘上,利用叶轮卡头、分度盘找分度盘和叶轮的同心,固定分度盘的底座,再利用轴盘上的等多边形找平加工流道中部;
步骤5:去除轴盘预留工艺面和工艺卡头。
步骤1前用软件制做半开式叶轮的三维模型,存为IGS格式导入 UG4.0进行编程,每道序都进行模拟试切,避免铣削过程中干涉、撞刀及过切。
铣前加工过程中,坯件轴向前后端面平行度保证在0.02mm以内,轴向前后端面和型线边界面光洁度Ra3.2以上;
所述步骤2加工过程中,等多边形各边面的平面度保证在0.01mm以内,各边平面与轴盘面的垂直度保证在0.01mm以内;
所述步骤3芯轴和坯件轴孔采用过渡配合,连接盘背面和轮轴盘面平行度0.01mm以内,连接盘和叶轮坯件同心度0.01mm以内。
所述步骤4利用定位卡头外圆和分度盘外圆进行坯件中心轴线与分度盘轴线中心定位,同心度在0.01mm以内。
分度头的转位次数等于等多边形的边数,且每次转位后等多边形的基准边面平行于工作台平面。
正多边形的边面与边面的交线作为分度头每次转位程序续接的基准。
本发明进一步公开了一种实现权利要求1所述方法的装置,包括芯轴、连接盘、分度盘,所述芯轴与坯件轴孔过渡配合;芯轴通过螺栓与连接盘固定;芯轴突出定位卡头处设置凸台,所述凸台设置通孔,螺栓穿过所述通孔后旋紧在定位卡头端面的螺孔中;所述连接盘通过螺钉与分度盘固定。
本发明的有益效果是:本发明与五轴数控铣床加工相比,操作简单,加工效率高,总成本投入明显减少。
下面结合附图和实施案例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明半开式叶轮铣前加工示意图;
图2-1是本发明半开式叶轮定位基准铣制示意图;
图2-2是图2-1的P向视图;
图3是本发明半开式叶轮进口和出口铣制示意图;
图4是本发明半开式叶轮侧铣组装示意图(含装置);
图5是本发明半开式叶轮侧铣流道中部示意图;
图6是本发明半开式叶轮叶片铣制完成后示意图;
图7是本发明半开式叶轮成品示意图;
图8是本发明半开式叶轮成品轴测图;
图9是本发明半开式叶轮铣制流程图;
在图4中:1-待铣叶轮,2-连接盘,3-分度头,4-芯轴,5-螺钉;图1中,8-工艺卡头,9-进口面,10-型线面,11-出口面,12-预留轴向加工余量,13-坯件轴孔,14-轴盘面。
具体实施方式
本发明所针对的一种半开式叶轮的普通三轴数控铣床铣制方法及装置,辅助零部件主要包括:分度头1个,转接盘1个,芯轴1根。具体参照附图1~9,对本发明作进一步详述,步骤如下:
本实例的半开式三元叶轮具体尺寸、材料和加工参数如下:
(1)叶轮的最大回转直径:Φ600mm
(2)叶片数目:13个,圆周均匀分布
(3)叶尖的最大厚度:6.5mm
(4)叶片的最大厚度:12.83mm
(5)叶轮的进口宽度:121.37mm
(6)叶轮的出口宽度:39.76mm
(7)叶轮材料:LD10
步骤1:利用叶片压力面和吸力面的点元数据在Solidworks中完成半开式叶轮的三维模型(如图7-图8),另存为IGS格式,导入UG4.0 进行编程,将试件分为26个加工区域(1、2序共13个区域,3序13个区域);模拟刀具选用时,粗加工选取φ20的R2平底刀,半精加工选取R8的球形刀,精加工选取R4的球形刀,每道序都进行模拟试切,以避免铣削过程中存在死角区域,刀具非加工中心刃与叶片发生撞刀及过切;
步骤2:将机械性能合格的锻件用普通车床进行粗加工,型线边界单边预留2mm余量,并留有20mm长的定位卡头,型线圆周面部分通过数控车床利用20个型值点点线插补法进行编程精加工完成,半精车进刀量0.5mm,精加工进刀量0.1mm,粗糙度达到Ra3.2以上;叶片进口面、出口面也用数控车床进行加工,并保证出口面和轴盘面垂直度在0.02mm内,进口面和轴盘面平行度在0.01mm以内,粗糙度达到Ra3.2以上,加工完成后如图1;
步骤3:将铣前加工件轴向平行于铣床Z轴的方向立放于铣床工作台,轴盘面向上,找平找中心后压紧固定,导入程序选取φ20的R2平底刀铣出与叶片数相等的等13边多边形,多边形平面和立面粗糙度都达到Ra3.2以上,平面度小于0.01mm,如图2;
步骤4:铣完基准多边形后,安装芯轴和连接盘,连接好后,保证连接盘背面和轴盘面的平行度在0.01mm以内,将坯件轴盘面向下立于工作台,找平(进口面和铣床台面平行度0.01mm内)找中心(以卡头外圆定中心,中心偏差在0.01mm以内)后压紧固定;导入程序按照图3中1序(加工进口流道)和2序(加工出口流道)进行加工,粗加工选取φ20的R2平底刀,半精加工选取R8的球形刀,精加工选取R4的球形刀;
步骤5:将完成1序和2序的坯件通过连接盘与分度头连接(如图4),利用叶轮卡头外圆及分度盘外圆找中心线后(中心线偏移度 0.01mm内),轴盘面垂直度验证,压紧分度盘的底座固定;找中心线可利用定位卡头外圆及分度盘外圆的数据进行坯件中心轴线与分度盘轴线中心定位,即在定位卡头外圆处和分度盘外圆处设置千分表,利用千分表的读数判断是否同心,然后根据数值确定是否与分度盘轴线是否同心。
按图5中3序(加工中部流道)进行13次加工,每次加工通过分度盘旋转,然后多边形平面找平(多边形平面和铣床台面平行度0.01mm内),轴盘面校直,以多边形边面交线作为程序连接基准,每次粗加工选取φ20的R2平底刀,半精加工选取R8的球形刀,精加工选取R4的球形刀,直到此序13次加工完成;
步骤6:用数控车床找正后去除轴盘处预留工艺面和工艺卡头,并手工进行整个叶轮表面毛刺飞边的修磨,叶轮加工完成,如图7-图8。
Claims (9)
1.一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征包括以下步骤:
步骤1:将机械性能合格的锻件用普通车床进行粗加工,型线边界单边预留余量,轮轴盘面预留轴向加工余量,并留有装卡卡头,再用数控车床对型线边界面和进出口边界面进行精加工,制成坯件;
步骤2:将坯件轴向平行于铣床Z轴的方向放于铣床工作台,轴盘面向上压紧固定,铣出与叶片数相等的等多边形,所述多边形的高度小于轮轴盘面预留轴向加工余量;
步骤3:将坯件安装芯轴和连接盘,然后轴盘面向下立于工作台压紧固定;导入程序加工进口流道和出口流道;
步骤4:将坯件通过连接盘固定在分度盘上,利用叶轮卡头、分度盘找分度盘和叶轮的同心,固定分度盘的底座,再利用轴盘上的等多边形找平加工流道中部;
步骤5:去除轴盘预留工艺面和工艺卡头。
2.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:步骤1前用软件制做半开式叶轮的三维模型,存为IGS格式导入UG4.0进行编程,每道序都进行模拟试切,避免铣削过程中干涉、撞刀及过切。
3.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤1铣前加工过程中,坯件轴向前后端面平行度保证在0.02mm以内,轴向前、后端面和型线边界面光洁度Ra3.2以上。
4.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数 控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤2中等多边形各边面的平面度保证在0.01mm以内,各边面与轴盘面的垂直度保证在0.01mm以内。
5.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤3芯轴和坯件轴孔采用过渡配合,连接盘背面和轮轴盘面平行度0.01mm以内,连接盘和叶轮坯件同心度0.01mm以内。
6.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤4利用定位卡头外圆和分度盘外圆进行坯件中心轴线与分度盘轴线中心定位,同心度在0.01mm以内。
7.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤4中分度头的转位次数等于等多边形的边数,且每次转位后等多边形的基准边面平行于工作台平面。
8.按权利要求1所述一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法,其特征在于:所述步骤4利用定位正多边形的边面与边面的交线作为分度头每次转位程序续接的基准。
9.一种实现权利要求1所述方法的装置,其特征在于:包括芯轴、连接盘、分度盘,所述芯轴与坯件轴孔过渡配合;芯轴通过螺栓与连接盘固定;芯轴突出定位卡头处设置凸台,所述凸台设置通孔,螺栓穿过所述通孔后旋紧在定位卡头端面的螺孔中;所述连接盘通过螺钉与分度盘固定。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170818 |