CN109623291B - 一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其能解决现有粗铣叶片进、出气边存在的加工效率低、加工成本高的问题。其包括以下步骤：步骤1、确定坐标；步骤2、在UG中生成铣余块的刀具加工轨迹cls文件；步骤3、在UG中铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；步骤4、根据毛坯造型上三角余块的形状修改步骤2得到的铣余块的刀具加工轨迹cls文件并导入RCS；步骤5、将步骤3得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，分别设置进气边的铣削层数和出气边的铣削层数。

Description

一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法

技术领域

本发明涉及叶片加工领域，具体为一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法。

背景技术

叶片是汽轮机、水轮机、空轮机等机械设备中的关键零件，叶片的加工质量直接影响机器的能量转换效率。叶片叶身的每档截面型线分为四段，分别为内弧、背弧、进气边和出气边。对于模锻叶片，由于是锻打的，毛坯实际余量比理论设计的余量大，特别是叶身的进、出气边有很大的飞边余量，并且在叶根进、出气侧与叶身型面的转接处上有三角余块。因此在精铣加工叶身前，必须先粗铣去除进、出气边的飞边余量和三角余块。

叶片的叶身是非常复杂的曲面体，把每档截面的进、出气边最外点串起来的线是一条空间曲线，叶身的进、出气边是曲面，故只能用数控机床加工。目前粗铣加工叶片进、出气边的方法是在四轴数控机床上采用Ф40的白刚刀同时粗铣加工飞边余量和三角余块，或者在五轴数控机床上采用Ф20的硬质合金波纹铣刀或玉米铣刀同时粗铣加工飞边余量和三角余块，并且为了减轻机床功率和负载，都是只使用刀具的侧刃进行铣削。

以上两种方法的缺点为：1）飞边余量和三角余块是同时进行侧刃铣削，由于三角余块处余量大，铣削过程中在飞边上方常出现空刀现象，造成加工时间长，生产效率低；2）由于三角余块处余量大，刀具侧刃的铣削面积大，侧刃磨损严重，刀片也容易埋在毛坯材料中，并且对侧刃长度要求较长，侧刃长则刀具震动较大，容易发生崩刀、断刀和烧刀现象，导致刀具使用寿命短，制造成本高；3）使用白钢刀加工时，由于刀具本身的限制，刀具的主轴转速和进给速度很低，导致加工效率非常低；4）硬质合金波纹刀和玉米铣刀的价格都贵，加工成本很高。

发明内容

针对现有粗铣叶片进、出气边存在的加工效率低、加工成本高的技术问题，本发明提供了一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其能提高粗铣叶片进、出气边的效率，同时降低加工成本。

其技术方案是这样的：

一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、向UG中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，同时也向RCS软件中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，确立叶片理论造型和叶片毛坯造型在UG和RCS中的坐标，并确保二者在UG中的坐标与在RCS中的坐标保持一致；

步骤2、在UG中，参照毛坯造型和工艺要求，扩大理论造型的叶根根高面，指定扩大后的理论造型作为加工部件，再作修剪边界辅助面，以确定叶根进、出气两侧与叶身型面的转接处的铣削范围，采用Ф40圆鼻刀和UG深度加工方法分层粗铣，生成若干层铣余块的刀具加工轨迹，其中，每一层铣余块的刀具加工轨迹的初始走刀速度为G00快速走刀速度，接近加工部件时走刀速度由G00快速走刀速度降为G01走刀速度，然后保存铣余块的刀具加工轨迹cls文件；

步骤3、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边和出气边分别找到最外侧的一条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成进气边曲面和出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对进气边曲面和出气边曲面粗铣一层，分别生成一条铣进气边的刀具加工轨迹和一条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；

步骤4、根据毛坯造型上三角余块的形状修改步骤2得到的铣余块的刀具加工轨迹cls文件，将修改后的铣余块的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，使从接近毛坯造型开始，余下各层的铣余块的刀具加工轨迹的走刀速度均变为G01走刀速度，然后进行毛坯铣加工；

步骤5、将步骤3得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工。

其进一步特征在于：

其还包括以下步骤：

步骤6、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边圆角处和/或出气边圆角处再找两条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成两个进气边曲面和/或两个出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对两个进气边曲面和/或两个出气边曲面粗铣一层，生成两条铣进气边的刀具加工轨迹和/或两条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；

步骤7、将步骤6得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和/或出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工。

步骤4中毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，快速走刀速度G00=5000 mm/min ~10000mm/min，走刀速度G01=2000mm/min。

步骤5中毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，走刀速度G01=2000mm/min。

本发明的有益效果是：

本发明的粗加工叶片进出气边的数控编程方法，通过先铣三角余块，再铣进、出气边，三角余块的加工轨迹和进、出气边的加工轨迹的分开的，有效避免了空刀现象的发生；铣三角余块时采用的是深度铣加工方法进行分层铣削，铣进、出气边时在RCS中设置了铣削层数后也是进行分层铣削，从而刀具的底刃和侧刃可同时参与铣削，分层铣削也可有效降低刀刃与材料的接触面积，对刀具的长度要求短，从而可大大降低刀具磨损，避免发生崩刀、断刀和烧刀现象，延长刀具使用寿命，大大降低制造成本；通过使用圆鼻刀，刀具性能好，允许的切削参数如主轴转速、走刀速度等都较高，可显著提高加工效率，并且刀具成本低，可降低加工成本；通过在步骤4中修改cls文件，使从接近毛坯造型开始，余下各层的铣余块的刀具加工轨迹的走刀速度均变为G01走刀速度，可确保刀具铣毛坯时始终以G01走刀速度进行铣削，有效保护刀具，减小刀具磨损，延长刀具使用寿命；通过在步骤3中只生成一条铣进气边的刀具加工轨迹和一条铣出气边的刀具加工轨迹，在步骤5中再根据毛坯实际情况设置铣削层数，提高了本方法的针对性和可调整性，确保粗细加工的质量。

具体实施方式

本发明的一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其包括以下步骤：

步骤1、向UG中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，同时也向RCS软件（RCS软件是由瑞士斯达拉格海科特(StarragHeckert)公司开发的专用于叶片的五轴数控加工编程软件）中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，确立叶片理论造型和叶片毛坯造型在UG和RCS中的坐标，并确保二者在UG中的坐标与在RCS中的坐标保持一致；

步骤2、在UG中，参照毛坯造型和工艺要求，扩大理论造型的叶根根高面，指定扩大后的理论造型作为加工部件，再作修剪边界辅助面，以确定叶根进、出气两侧与叶身型面的转接处的铣削范围，采用Ф40圆鼻刀和UG深度加工方法分层粗铣，生成若干层铣余块的刀具加工轨迹，其中，每一层铣余块的刀具加工轨迹的初始走刀速度为G00快速走刀速度，接近加工部件时走刀速度由G00快速走刀速度降为G01走刀速度，然后保存铣余块的刀具加工轨迹cls文件；

步骤3、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边和出气边分别找到最外侧的一条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成进气边曲面和出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对进气边曲面和出气边曲面粗铣一层，分别生成一条铣进气边的刀具加工轨迹和一条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；

步骤4、根据毛坯造型上三角余块的形状修改步骤2得到的铣余块的刀具加工轨迹cls文件，将修改后的铣余块的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，使从接近毛坯造型开始，余下各层的铣余块的刀具加工轨迹的走刀速度均变为G01走刀速度，然后进行毛坯铣加工，毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，快速走刀速度G00=5000 mm/min ~10000mm/min，走刀速度G01=2000mm/min；

步骤5、将步骤3得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工，毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，走刀速度G01=2000mm/min。

如果步骤5铣完之后，发现叶片的进气边或者出气边还没有铣削到位，即如果毛坯的进气边或出气边比较厚，则还可以通过以下步骤进行进一步铣削：步骤6、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边圆角处和/或出气边圆角处的适当位置再找两条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成两个进气边曲面和/或两个出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对两个进气边曲面和/或两个出气边曲面粗铣一层，生成两条铣进气边的刀具加工轨迹和/或两条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；步骤7、将步骤6得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和/或出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工，毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，走刀速度G01=2000mm/min。

实际加工时，当步骤5铣完之后，如果只有进气边还比较厚，出气边已铣到位，则在步骤6中只需在进气边圆角处的适当位置再找两条曲线，生成两条铣进气边的刀具加工轨迹即可，在步骤7中，也可根据毛坯实际加工情况，在步骤6生成的两条铣进气边的刀具加工轨迹中任选一条或两条使用，以避免出现不必要的空刀现象。只有出气边较厚或进气边和出气边均较厚的情况，同理，不再一一赘述。

Claims (4)

1.一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、向UG中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，同时也向RCS软件中导入叶片理论造型和叶片毛坯造型，确立叶片理论造型和叶片毛坯造型在UG和RCS中的坐标，并确保二者在UG中的坐标与在RCS中的坐标保持一致；

步骤2、在UG中，参照毛坯造型和工艺要求，扩大理论造型的叶根根高面，指定扩大后的理论造型作为加工部件，再作修剪边界辅助面，以确定叶根进、出气两侧与叶身型面的转接处的铣削范围，采用Ф40圆鼻刀和UG深度加工方法分层粗铣，生成若干层铣余块的刀具加工轨迹，其中，每一层铣余块的刀具加工轨迹的初始走刀速度为G00快速走刀速度，接近加工部件时走刀速度由G00快速走刀速度降为G01走刀速度，然后保存铣余块的刀具加工轨迹cls文件；

步骤3、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边和出气边分别找到最外侧的一条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成进气边曲面和出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对进气边曲面和出气边曲面粗铣一层，分别生成一条铣进气边的刀具加工轨迹和一条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；

步骤4、根据毛坯造型上三角余块的形状修改步骤2得到的铣余块的刀具加工轨迹cls文件，将修改后的铣余块的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，使从接近毛坯造型开始，余下各层的铣余块的刀具加工轨迹的走刀速度均变为G01走刀速度，然后进行毛坯铣加工；

步骤5、将步骤3得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工。

2.根据权利要求1所述的一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

步骤6、在UG中，在步骤2中的加工部件的叶身进气边圆角处和/或出气边圆角处再找两条曲线，用UG的规律延伸功能，分别生成两个进气边曲面和/或两个出气边曲面，采用Ф40圆鼻刀和UG可变轮廓铣方法分别对两个进气边曲面和/或两个出气边曲面粗铣一层，生成两条铣进气边的刀具加工轨迹和/或两条铣出气边的刀具加工轨迹，然后保存铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件；

步骤7、将步骤6得到的铣进气边的刀具加工轨迹cls文件和/或铣出气边的刀具加工轨迹cls文件导入RCS软件中，根据毛坯造型的进气边粗铣加工量和出气边粗铣加工量分别设置进气边的铣削层数和/或出气边的铣削层数，然后进行毛坯铣加工。

3.根据权利要求1所述的一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其特征在于：步骤4中毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，快速走刀速度G00=5000 mm/min ~10000mm/min，走刀速度G01=2000mm/min。

4.根据权利要求1所述的一种粗加工叶片进出气边的数控编程方法，其特征在于：步骤5中毛坯铣加工的工艺参数为：刀具主轴转速1600r/min~1980r/min，切深2mm，走刀速度G01=2000mm/min。