CN109434470A - 一种风叶的加工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风叶的加工设备，包括一机床，设置于所述机床上的工作台，设置于所述机床上的刀库，设置于所述机床上的加工主轴，设置于所述机床上的防护板，设置于所述防护板上的操作面板，设置于所述工作台上的四轴夹具，通过计算机数字程序控制四轴运动，四轴联动对风叶进行加工。本发明的风叶加工设备采用四轴加工，刀路路径条理清晰，有序完整，能较好的表达编程工程师的加工工艺。操作简单，造价低，加工效率高。此外，该加工设备通过控制刀具侧刃来加工风叶的叶片，不仅可以提高效率，还可以提高叶片的表面光洁度，从而降低高速风叶的动平衡和噪音。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种风叶的加工设备及方法。
背景技术
目前，国内外均使用五轴加工中心对高速风叶(12万转/mi n)进行加工，五轴加工常用于航天领域，五轴加工中心的五轴一般是指X轴、Y轴和Z轴三个移动轴加任意两个旋转轴，各坐标轴的运动可以由工作台来实现，也可以由刀具运动来实现，换言之，五轴加工在加工几何形状比较复杂的零件时，需要加工刀具能够在五个自由度上进行定位和连接。由于五轴加工中心进行加工时，刀路复杂且难懂，需要专业人员进行操作加工，加工效率低，造价昂贵，普遍满足不了制造业大批量加工所带来的资金、设备、人力问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、造价低、加工效率高的风叶加工设备及方法。
为解决以上技术问题，本发明提供一种风叶的加工设备，包括一机床，设置于所述机床上的工作台，设置于所述机床上的刀库，设置于所述机床上的加工主轴，设置于所述机床上的防护板，设置于所述防护板上的操作面板，设置于所述工作台上的四轴夹具，通过计算机数字程序控制四轴运动，四轴联动对风叶进行加工。
进一步的，所述四轴夹具包括设置于所述工作台上的四轴座、设置于所述四轴座上的法兰盘、设置于所述法兰盘上的连接板、设置于所述连接板上的四轴治具，待加工风叶通过用固定件和垫片固定在所述四轴治具上。
进一步的，所述防护板上设置有防护门和防护窗，防护门用于方便工人装卸待加工风叶，防护窗用于观察实际加工情况。
进一步的，为了更清楚的观察实际加工情况，所述机床上还设置有灯具，。
此外，本发明还提供一种风叶的加工方法，包括如下步骤：
(1)、使用数控车床对风叶的外轮廓、内轮廓、厚度进行加工；
(2)、使用权利要求1-5任一项所述的风叶加工设备对风叶进行加工。
进一步的，步骤(2)之后还包括清除风叶毛刺和披风，通过超声波清洗去除风叶上的脏污以及对风叶的性能进行测试。
进一步的，步骤(2)中包括
对风叶进行粗加工，其中，刀具使用1.5*H8的平底端铣刀，步距设定为0.3mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择75度；
对风叶的的叶片进行加工，其中，刀具使用1.3*R0.65*H8的球型铣刀，步距设定为0.1mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择73度；
对风叶的轮毂进行加工，其中，刀具使用1.3*R0.2*H8的圆鼻刀，步距设定为0.03mm,驱动体选择流线驱动，侧倾角选择00度。
进一步的，步骤(2)还包括对所述风叶加工设备上的四轴夹具进行校正，其中，同心度在0.03mm以内，X轴，Z轴与B轴同时运动，使用4mm端铣刀加工定位基准面，使B轴在旋转时，夹具定位面的轴心与四轴夹具的轴心同步且同心运动；包括四轴夹具圆度0.002mm，垂直度：0.005mm，直线度：0.002mm。
综上所述，运用本发明的技术方案，具有如下的有益效果：本发明的风叶加工设备采用四轴加工，刀路路径条理清晰，有序完整，能较好的表达编程工程师的加工工艺。操作简单，造价低，加工效率高。此外，该加工设备通过控制刀具侧刃来加工风叶的叶片，不仅可以提高效率，还可以提高叶片的表面光洁度，从而降低高速风叶的动平衡和噪音。
附图说明
图1是本发明的风叶加工设备的结构示意图；
图2是本发明的四轴夹具的结构分解图；
图3是本发明的风叶的加工方法的流程图；
图4是本发明的对风叶粗加工示意图；
图5是本发明对风叶叶片加工示意图；
图6是本发明对风叶轮毂加工示意图。
附图标注说明：1-螺丝，2-垫片，3-待加工风叶，4-四轴治具，41-凸台，5-连接板，6-法兰盘，61-沉孔，7-四轴座，8-机床，9-工作台，10-防护板，11-加工主轴，12-防护窗，13-防护门，14-操作面板，15-四轴夹具，16-刀库。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但并不构成对本发明保护范围的限制。
参见图1、图2，是本发明提供一种风叶的加工设备的各种相关图，在本实施例中，一种风叶的加工设备，主要包括：一机床8，设置于机床8上的工作台9，设置于机床8上的刀库16，刀库16里设置有用于加工风叶的各种刀具，如平底端铣刀、球型铣刀和圆鼻刀等，设置于机床8上的加工主轴11，设置于机床8四周以及上方的防护板10，防护板10用于防止风叶加工时，切削下来的金属薄片飞出伤到人或污染环境，设置于防护板10上的操作面板14，操作面板14上设置有各种指令按钮，以供工人操作时进行使用，设置于工作台9上的四轴夹具15，四轴夹具15用来夹持和定位待加工风叶3，通过计算机数字程序控制四轴运动，四轴联动对风叶进行加工。四轴夹具15包括设置于工作台9上的四轴座7、设置于四轴座7上的法兰盘6、设置于法兰盘6上的连接板5、设置于连接板5上的四轴治具4，待加工风叶3通过用螺丝1和垫片2固定在四轴治具4上。具体的，法兰盘6的中心位置设置有沉孔61，连接板5位于沉孔61上，四轴治具4轴向设置有凸台41，凸台41是用来夹持和定位待加工风叶3，使用垫片2的目的是为了防止待加工风叶3被夹伤。防护板10上设置有防护门13和防护窗12，机床8上设置有灯具，防护门13用于方便工人装卸待加工风叶3，设置防护窗12和灯具为了便于观察实际加工情况。
具体的，在UG软件的CAM模块中运用专用的四轴联动处理程序，生成NC程序，再将NC程序传输到风叶的加工设备上，打开防护门13，然后依照刀具清单装刀具以及在四轴夹具15上装夹待加工风叶3，关闭防护门13，最后在操作面板14上进行操作，从而对风叶进行加工。
参见图3，本发明还提供一种风叶的加工方法，包括使用上述的风叶加工设备，具体包括如下步骤：
步骤一：使用UG软件的建模模块进行风叶的3D建模：同等直径的风叶，基于最大流量，气体流出叶轮时各参数合宜的原则，参数化建模设计出风叶，通过描点生出先进的复合线，由线构面。
步骤二：使用UG软件的限元分析模块对叶轮的强度和流场模拟：模拟风叶在高速旋转时的强度，计算气体的流量计风叶和外壳间间隙造成的耗损。
步骤三：定义加工材料，制定加工工艺。
工艺：原材料为棒材→使用数控车床加工风叶的外轮廓和厚度→使用FANUC-T21+DDR四轴加工风叶的叶片→清除毛刺和披风→超声波清洗去除脏污→使用专用设备对风叶进行动平衡、噪音、通风量等进行功能性测试。
步骤四：使用走心式数控车床加工，按照图纸要求编写加工程序。按照图纸要求加工风叶的外轮廓、内轮廓、厚度。
步骤五：使用UG软件的加工模块进行风叶的刀具设计和加工轨迹的设计。并对刀具和加工轨迹进行模拟仿真。
1、首先使用UG软件的分析功能对风叶的外形结构进行分析，根据分析结果设计加工夹具(如图1、2)和加工刀具(如表1)。
2、使用UG软的加工模块的mill multi axis中的可变轮廓铣功能，对风叶粗加工进行刀具轨迹设计。刀具使用1.5*H8的平底端铣刀，步距设定为0.3mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择75度，如图4；
3、使用UG软的加工模块的mill multi axis中的可变轮廓铣功能，对风叶的叶片进行刀具轨迹设计。刀具使用1.3*R0.65*H8的球型铣刀，步距设定为0.1mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择73度，如图5；
4、使用UG软的加工模块的mill multi axis中的可变轮廓铣功能，对风叶的轮毂进行刀具轨迹设计。刀具使用1.3*R0.2*H8的圆鼻刀，步距设定为0.03mm,驱动体选择流线驱动，侧倾角选择00度，如图6；
5、使用UG软件专用的四轴联动后处理对设计好的刀轨进行后处理，生成NC程序，例如，如下表1所示：
表1
步骤六：将按照要求制作合格的风叶专用四轴夹具安装到FANUC-T21+DDR四轴上，夹具定位基准面安装之前是粗加工，留有0.05mm余量，并按照要求对风叶专用四轴夹具校正，同心度在0.03mm以内，X轴，Z轴与B轴同时运动，使用4mm端铣刀加工定位基准面，目的是B轴在旋转时，夹具定位面的轴心与四轴的轴心同步且同心运动；具体要求：四轴专用夹具圆度0.002mm。垂直度：0.005mm。直线度：0.002mm，如图1。
步骤七：将处理好的NC程序传送到FANUC-T21机台内，参照刀具清单装安装上刀具(图4)并对好刀长，装夹素材，使素材的定位面与四轴夹具的基准面贴合，装上防夹伤垫片及螺丝，锁紧素材；
步骤八：按照NC程序顺序加工风叶，并按照要求调整好加工参数，参数要求如下如所示：
表2
步骤九：使用物理的方式清理风叶加工产生的毛刺和披风。
步骤十：使用超声波对风叶进行清洗，去除脏污。
步骤十一：使用专用设备对风叶进行动平衡、噪音、通风量等进行功性测试。
本发明针对类似此种高速风叶(12成转/min)加工，均使用五轴加工中心进行加工，需专业人员操作，造价昂贵，国内还未有此款高速风叶能够运用四轴进行生产加工方法；本次发明创新型地运用了四轴机加工方法，解决了一直依赖使用五轴加工中心加工类似产品造价昂贵的问题，改善了设备效率，极大地降低了成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种风叶的加工设备，包括一机床，设置于所述机床上的工作台，设置于所述机床上的刀库，设置于所述机床上的加工主轴，设置于所述机床上的防护板，设置于所述防护板上的操作面板，其特征在于：还包括设置于所述工作台上的四轴夹具，通过控制四轴运动，四轴联动对风叶进行加工。
2.根据权利要求1所述一种风叶的加工设备，其特征在于：所述四轴夹具包括设置于所述工作台上的四轴座、设置于所述四轴座上的法兰盘、设置于所述法兰盘上的连接板、设置于所述连接板上的四轴治具，加工产品通过用固定件和垫片固定在所述四轴治具上。
3.根据权利要求2所述一种风叶的加工设备，其特征在于：所述防护板上设置有防护门。
4.根据权利要求3所述一种风叶的加工设备，其特征在于：所述防护板上设置有防护窗。
5.根据权利要求4所述一种风叶的加工设备，其特征在于：所述机床上设置有灯具。
6.一种风叶的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、使用数控车床对风叶的外轮廓、内轮廓、厚度进行加工；
(2)、使用权利要求1-5任一项所述的风叶加工设备对风叶进行加工。
7.根据权利要求6所述的风叶加工方法，其特征在于：步骤(2)之后还包括清除风叶毛刺和披风，通过超声波清洗去除风叶上的脏污以及对风叶的性能进行测试。
8.根据权利要求6或7所述的风叶加工方法，其特征在于：步骤(2)中包括
对风叶进行粗加工，其中，刀具使用1.5*H8的平底端铣刀，步距设定为0.3mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择75度；
对风叶的的叶片进行加工，其中，刀具使用1.3*R0.65*H8的球型铣刀，步距设定为0.1mm,驱动体选择曲面驱动，侧倾角选择73度；
对风叶的轮毂进行加工，其中，刀具使用1.3*R0.2*H8的圆鼻刀，步距设定为0.03mm,驱动体选择流线驱动，侧倾角选择00度。
9.根据权利要求8所述的风叶加工方法，其特征在于：步骤(2)还包括对所述风叶加工设备上的四轴夹具进行校正，其中，同心度在0.03mm以内，X轴，Z轴与B轴同时运动，使用4mm端铣刀加工定位基准面，使B轴在旋转时，夹具定位面的轴心与四轴夹具的轴心同步且同心运动；包括四轴夹具圆度0.002mm，垂直度：0.005mm，直线度：0.002mm。
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