CN108581365A - 一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，包括：按粗车、半精车及精车的程序加工轮盖；装卡轮盖口圈处外径，对轮盖找正与找平，然后在轮盖上铣制叶片；铣制叶片后，铣制轮盖二次装卡找正平面；按粗车、半精车及精车的程序加工轮盘；将轮盖与轮盘安装在一起，并沿圆周方向焊接固定；确定轮盘铣制开槽的初始角度；从所述初始角度开始，在轮盘上铣制开槽。本发明提供的一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，能够使轮盘的开槽形线与轮盖铣制的叶片形线满足焊接尺寸的精度要求。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法。
背景技术
闭式三元叶轮在进行流道加工时，通常采用整体铣制的加工方法，即利用数控加工中心，在叶轮实体上将流道铣制出来。如果流道较窄，则采用电火花加工方法，即将叶轮放置在电火花加工设备中，将流道加工出来。以上两种常规方法加工周期较长，无法满足生产交货期要求。
为缩短加工周期，满足生产交货要求，现在又通常采用将闭式三元叶轮的轮盘与轮盖进行焊接的加工方式。而采用闭式三元叶轮的轮盘与轮盖焊接方式时，通常的结构形式是在轮盘上铣制叶片，再将铣制叶片后的轮盘与轮盖焊接成叶轮。但由于这种闭式三元叶轮流道出口宽度小于10mm，焊条伸进流道区域进行焊接比较困难，这样容易造成闭式三元叶轮的焊接难以满足尺寸精度的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能使轮盘的开槽形线与轮盖铣制的叶片形线满足焊接尺寸精度的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，包括如下加工过程：
按粗车、半精车及精车的程序加工轮盖；
装卡轮盖口圈处外径，对轮盖找正与找平，然后在轮盖上铣制叶片；
铣制叶片后，铣制轮盖二次装卡找正平面；
按粗车、半精车及精车的程序加工轮盘；
将轮盖与轮盘安装在一起，并沿圆周方向焊接固定；
确定轮盘铣制开槽的初始角度；
从所述初始角度开始，在轮盘上铣制开槽。
进一步地，所述轮盖的精车包括：
精车轮盖一侧的端面、轮盖大外圆处与轮盘的配合止口、轮盖与叶片配合的圆弧形面及焊接坡口；
精车轮盖另一侧的端面、轮盖口圈处内孔、打表找正平面及精铣叶片用的打表台。
进一步地，所述对轮盖找正是按轮盖口圈处内孔打表找正，使轮盖中心坐标值与五轴机床工作台中心重合；所述对轮盖找平是在轮盖大外径内侧非加工端面打表找平，使轮盖与五轴机床工作台平面平行。
进一步地，所述在轮盖上铣制叶片是先计算出轮盖的加工零点，将所述加工零点坐标值输入五轴机床，将铣刀装卡到五轴机床主轴上，测出刀具长度，并将刀具长度数据输入五轴机床，然后按编程程序铣制轮盖叶片。
进一步地，所述铣制轮盖二次装卡找正平面是在轮盖铣制叶片后，将五轴机床工作台旋转角度归零，主轴刀具与五轴机床工作台平行，在轮盖大外径处外侧面，铣制轮盖二次装卡找正平面。
进一步地，所述轮盘的精车包括：精车轮盘一侧的端面、内孔、外圆，精车轮盘另一侧的端面、与叶片配合的圆弧形面、与轮盖配合的止口。
进一步地，所述确定轮盘铣制开槽的初始角度包括：
装卡轮盖口圈处外径，按轮盖二次装卡找正平面，使五轴机床主轴与五轴机床工作台平面平行；
将机床工作台转角归零，将千分表平行固定在五轴机床主轴上，用千分表在轮盖二次装卡找正平面打表，调整五轴机床工作台旋转角度，使找正平面与千分表成90°夹角；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台所在的位置作为轮盖铣制叶片完成后的坐标零点；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台的旋转角度输入五轴机床工作台坐标系，作为轮盘铣制开槽的初始角度。
进一步地，所述在轮盘上铣制开槽是按输入到五轴机床工作台的坐标系，根据轮盘铣制开槽程序生成的开槽形线路径进行开槽。
本发明提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，采用轮盖铣制叶片，轮盘铣制开槽的加工形式，在轮盖铣制叶片完成后，增加加工二次装卡找正平面工序，在轮盘铣制开槽前利用找正平面进行二次找正的方法，能够确保轮盖与轮盘内外止口配合后，轮盖叶片形线及其位置与轮盘开槽形线及其位置完全一致，再通过轮盖与轮盘圆周方向焊接固定，使轮盘与轮盖配合稳定，可确保两者的间隙值保持在0.05mm范围内，从而满足了闭式三元开槽焊叶轮焊接尺寸的精度要求。并且为了保证轮盘铣制开槽槽底厚度与三元扭曲叶片厚度均匀，本发明采用了五轴联动的加工方法，使得铣制轮盘开槽的形式为三元扭曲槽形，能够保证开槽槽底厚度均匀。
附图说明
图1为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法的加工流程图；
图2为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盖粗车加工示意图；
图3为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盖半精车加工示意图；
图4为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盖精车加工示意图；
图5为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盖精铣加工示意图
图6为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盘粗车加工示意图；
图7为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盘半精车加工示意图；
图8为本发明实施例提供的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法中轮盘精铣加工示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，包括如下加工过程：
步骤1：按粗车、半精车及精车的程序加工轮盖；
步骤2：装卡轮盖口圈处外径，对轮盖找正与找平，然后在轮盖上铣制叶片；
步骤3：铣制叶片后，铣制轮盖二次装卡找正平面；
步骤4：按粗车、半精车及精车的程序加工轮盘；
步骤5：将轮盖与轮盘安装在一起，并沿圆周方向焊接固定；
步骤6：确定轮盘铣制开槽的初始角度；
步骤7：从所述初始角度开始，在轮盘上铣制开槽。
其中，轮盖的精车包括：
精车轮盖一侧的端面、轮盖大外圆处与轮盘的配合止口、轮盖与叶片配合的圆弧形面及焊接坡口；
精车轮盖另一侧的端面、轮盖口圈处内孔、打表找正平面及精铣叶片用的打表台。
其中，对轮盖找正是按轮盖口圈处内孔打表找正，使轮盖中心坐标值与五轴机床工作台中心重合；所述对轮盖找平是在轮盖大外径内侧非加工端面打表找平，使轮盖与五轴机床工作台平面平行。
其中，所述在轮盖上铣制叶片是通过图纸尺寸计算出轮盖的加工零点，零点距离工作台平面的高度值就是机床的加工零点，将零点坐标值输入五轴机床，将铣刀装卡到五轴机床主轴上，测出刀具长度，并将刀具长度数据输入五轴机床，然后按编程程序铣制轮盖叶片。
其中，铣制轮盖二次装卡找正平面是在轮盖铣制叶片后，将五轴机床工作台旋转角度归零，主轴刀具与五轴机床工作台平行，在轮盖大外径处外侧面，铣制轮盖二次装卡找正平面。
其中，轮盘的精车包括：精车轮盘一侧的端面、内孔、外圆，精车轮盘另一侧的端面、与叶片配合的圆弧形面、与轮盖配合的止口。
其中，确定轮盘铣制开槽的初始角度包括：
装卡轮盖口圈处外径，按轮盖二次装卡找正平面，使五轴机床主轴与五轴机床工作台平面平行；
将机床工作台转角归零，将千分表平行固定在五轴机床主轴上，用千分表在轮盖二次装卡找正平面打表，调整五轴机床工作台旋转角度，使找正平面与千分表成90°夹角；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台所在的位置作为轮盖铣制叶片完成后的坐标零点，此零点即为轮盘铣制开槽程序的坐标零点，从而确保轮盘开槽后的槽底厚度值均匀；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台的旋转角度输入五轴机床工作台坐标系，作为轮盘铣制开槽的初始角度，使得轮盘铣制开槽位置和轮盖铣制叶片位置重合，从而确保焊接精度要求。
其中，在轮盘上铣制开槽是按输入到五轴机床工作台的坐标系，根据轮盘铣制开槽程序生成的开槽形线路径进行开槽。
现以产品H2633叶轮为例，对本发明实施例提供的一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法作具体说明。H2633叶轮流道出口宽度8.2mm，为窄流道闭式三元开槽焊叶轮，其加工方法是在轮盖10上铣制叶片，轮盘20上铣制开槽。
轮盖的加工过程如下：
参见图2，轮盖10的粗车：按轮盖粗加工图，装卡轮盖10的外圆φB，粗车轮盖10一侧的端面11、外圆φB、内孔φA；调头装卡，粗车轮盖10的外圆φB其余部分，并粗车轮盖10的另一侧端面12，使轮盖10全长尺寸为H。
参见图3，轮盖10的半精车：按轮盖数控车前加工图，装卡轮盖10的外圆φc，半精车轮盖10一侧的端面11，半精车内孔φd至深度为L9和L8,半精车内孔φd的内斜面深度为L9、L8和L7，半精车外圆φe的深度为L6和L5,半精车外圆φf的深度为L6、L5和L4,半精车外圆φc。然后调头装卡，半精车外圆φc其余部分，并半精车轮盖10的另一侧端面12，半精车内孔φb、圆弧R和内孔φa。
参见图4，轮盖10的精车：按轮盖数控铣前加工图，装卡轮盖10最小外圆φo，精车轮盖10一侧端面11，精车大外圆φl深度为L10处与轮盘20相配合的止口，精车与叶片配合的圆弧形面φk、φj、φi和φh至深度为L13，精车轮盖10与轮盘20拼装的焊接坡口。在轮盖10的另一侧阶梯台端面13车打表找正平面及精铣叶片用打表台。然后调头装卡，按打表找正平面打表找正，精车另一侧端面12，并精车轮盖10口圈处内孔φm、内孔φn至深度为L14。
参见图5，轮盖10的精铣：按轮盖轮盘焊前加工图，装卡轮盖10的外径φA处，按轮盖10的口圈处外径φG打表找正，使轮盖10的中心坐标零点O与五轴机床工作台中心重合；按轮盖10的最大外径φI左侧平面打表台(即L3左平面)打表找平，使轮盖10的L3左平面与工作台平面平行；轮盖10找正找平后，计算出轮盖10的中心坐标零点O的坐标值(L3+L1)，并将中心坐标零点的坐标值输入机床，将铣刀装卡到机床主轴上，用机床上的对刀仪测量出刀具长度，并将长度数据输入机床，按编程程序铣制轮盖10的左侧部分叶片。轮盖10的左侧部分叶片铣制完成后，调个装卡轮盖10口圈处外径φG，按轮盖10的外径φA打表找正，此时轮盖10的中心坐标零点O与五轴机床工作台中心重合；由于打表台平面(即L3左平面)与L2左平面平行，故按轮盖10的最大外径φI右侧平面(即L2左平面)打表找平，使轮盖10的L2左平面与工作台平面平行；轮盖10找正找平后，计算出轮盖10的中心坐标零点O的坐标值(L3+L1)，并将中心坐标零点的坐标值输入机床，将铣刀装卡到机床主轴上，用机床上的对刀仪测量出刀具长度，并将长度数据输入机床，按编程程序铣制轮盖10的右侧剩余部分叶片。在轮盖铣制完全部叶片后，将机床工作台旋转角度归零，主轴刀具与工作台平行，在轮盖最大外径φI处，铣制轮盖二次装卡找正平面。
轮盘的加工过程如下：
参见图6，轮盘20的粗车：按轮盘粗加工图，装卡轮盘20的外圆φB，粗车轮盘20一侧端面21、外圆φB、内孔φA。然后调头装卡，粗车轮盘20外圆φB的其余部分及轮盘20的另一侧端面22。
参见图7，轮盘20的半精车：按轮盘数控车前加工图，装卡轮盘20的外圆φG，半精车轮盘20一侧端面21、外圆φG、止口φC处的上端面至深度为L1，半精车轮盘20的轮盖10的叶片配合的圆弧形面φD、R和φE，半精车轮盘20的内孔φF。最后调头装卡，半精车轮盘20的另一侧端面22。
参见图8，轮盘20的精车：按轮盖轮盘焊前加工图，装卡轮盘20的外圆φM，精车轮盘20一侧端面(L8右平面、φK与φJ之间的平面)、外圆φJ，在轮盘20的内止口φN处的左端面(L10左平面)车打表找正平面；调头装卡，按打表找正平面(L10左平面)打表找正，精车轮盘20的外圆ΦM、轮盘20的轮盖10的叶片配合的圆弧形面、止口φN处的左端面至深度为L9，精车轮盘20的另一个端面(L8左平面)。
参见图5和图8，轮盘20的精铣：按轮盖轮盘焊前加工图，装卡轮盖10的口圈处外径φI，拼装轮盘20，使轮盘20的内止口φN与轮盖10的外止口φA配合，检查轮盖10的叶片与轮盘20的圆弧形面配合无缝隙后，圆周方向焊接固定；装卡轮盖10的口圈处外径φI，按轮盖10的二次装卡找正平面，机床主轴与工作台平面平行，机床工作台转角归零，将千分表平行固定在主轴上，用千分表在轮盖10的二次装卡找正平面打表，通过调整工作台转角，使找正平面与千分表成90°垂直夹角，打表数值偏差不超过±0.02mm，此时在机床控制面板上显示机床工作台旋转的角度是3.25°,机床工作台所在3.25°的位置即为轮盖10的铣制叶片完毕后的坐标零点；将找正的角度值3.25°输入五轴机床工作台坐标系，即设定了轮盘20的铣制开槽的初始角度。将机床转动了3.25°的位置设为轮盘20开槽加工的坐标系零点，使用编程软件生成的轮盘20的铣制开槽程序，采用轮盘20的铣制开槽的专用刀具按程序路径加工出开槽形线，轮盘20的铣制槽形与轮盖10的铣制叶片偏差不超过±0.02mm，保证了轮盖10的铣制叶片形线与轮盘20的铣制开槽形线一致。轮盖10上铣制叶片的中心坐标零点O(L3+L1)距离工作台平面的高度值就是机床的加工零点，确定加工零点可保证槽底厚度值H均匀为1.5mm。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于，包括如下加工过程：
按粗车、半精车及精车的程序加工轮盖；
装卡轮盖口圈处外径，对轮盖找正与找平，然后在轮盖上铣制叶片；
铣制叶片后，铣制轮盖二次装卡找正平面；
按粗车、半精车及精车的程序加工轮盘；
将轮盖与轮盘安装在一起，并沿圆周方向焊接固定；
确定轮盘铣制开槽的初始角度；
从所述初始角度开始，在轮盘上铣制开槽。
2.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于，所述轮盖的精车包括：
精车轮盖一侧的端面、轮盖大外圆处与轮盘的配合止口、轮盖与叶片配合的圆弧形面及焊接坡口；
精车轮盖另一侧的端面、轮盖口圈处内孔、打表找正平面及精铣叶片用的打表台。
3.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于：所述对轮盖找正是按轮盖口圈处内孔打表找正，使轮盖中心坐标值与五轴机床工作台中心重合；所述对轮盖找平是在轮盖大外径内侧非加工端面打表找平，使轮盖与五轴机床工作台平面平行。
4.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于：所述在轮盖上铣制叶片是先计算出轮盖的加工零点，将所述加工零点坐标值输入五轴机床，将铣刀装卡到五轴机床主轴上，测出刀具长度，并将刀具长度数据输入五轴机床，然后按编程程序铣制轮盖叶片。
5.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于：所述铣制轮盖二次装卡找正平面是在轮盖铣制叶片后，将五轴机床工作台旋转角度归零，主轴刀具与五轴机床工作台平行，在轮盖大外径处外侧面，铣制轮盖二次装卡找正平面。
6.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于，所述轮盘的精车包括：精车轮盘一侧的端面、内孔、外圆，精车轮盘另一侧的端面、与叶片配合的圆弧形面、与轮盖配合的止口。
7.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于，所述确定轮盘铣制开槽的初始角度包括：
装卡轮盖口圈处外径，按轮盖二次装卡找正平面，使五轴机床主轴与五轴机床工作台平面平行；
将机床工作台转角归零，将千分表平行固定在五轴机床主轴上，用千分表在轮盖二次装卡找正平面打表，调整五轴机床工作台旋转角度，使找正平面与千分表成90°夹角；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台所在的位置作为轮盖铣制叶片完成后的坐标零点；
将找正平面与千分表成90°夹角时五轴机床工作台所在位置的旋转角度输入五轴机床工作台坐标系，作为轮盘铣制开槽的初始角度。
8.根据权利要求1所述的闭式三元开槽焊叶轮的加工方法，其特征在于：所述在轮盘上铣制开槽是按输入到五轴机床工作台的坐标系，根据轮盘铣制开槽程序生成的开槽形线路径进行开槽。
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