CN111736526B - 一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，包括以下步骤：通过简单的尺寸链计算，直接在NX软件中进行补偿，不再需要技术人员手动调节叶片的直纹曲面形状，补偿的一致性稳定对叶轮的尺寸结果直接影响；通过精加工放余量试切叶片，获取叶片的尺寸参数，靠近前缘和叶尖部分的过切参数，通过对参数的反向换算，计算出误差角度，最后补偿到刀具的尺寸参数中去，计算出补偿后的数控精加工程序，实现叶轮叶片的尺寸合格，该方法能解决现有五轴联动造成的前缘靠近叶尖部分三角区域的过切误差。

Description

一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法
技术领域
本发明涉及叶轮叶盘加工技术领域，特别涉及一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法。
背景技术
在透平机械及航空航天领域，为追求压缩机压气高效率，对叶轮叶盘的精度尺寸要求越来越高，所以大量的直纹面叶轮被设计采用，由于直纹面叶轮可以使用锥度球头铣刀一次加工成型，相比于自由曲面的叶轮加工效率提升5倍以上，在直纹面叶轮效率加工提升的同时尺寸要求并未降低，这对五轴加工及数控编程提出了更高的要求，现借助于智能的CAM软件，都可以实现叶轮加工，但是尺寸保证大多依靠技术人员通过模型修改，余量偏置等手段进行实现，但是机床五轴联动造成的前缘靠近叶尖部分三角区域的过切误差却很难修正，技术人员去手动调节这些曲面的形状容易发生一些不可控制的质量问题，现有方法实现困难，尺寸保证困难，操作难度大等，为了解决这些难点，对叶片精加工补偿进行了深入的研究及测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，以解决现有技术中机床五轴联动造成的前缘靠近叶尖部分三角区域的过切误差却很难修正，技术人员去手动调节这些曲面的形状容易发生一些不可控制的质量问题的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，包括以下步骤：
步骤1：通过NX软件的直纹曲面功能对叶轮的直纹面进行优化，使用抽取曲线命令抽取模型的边界曲线，再使用直纹面或者网格曲面功能重新造型出新的叶片直纹曲面，新的叶片直纹曲面可以使用锥度球刀的侧刃进行精加工；
步骤2：使用NX软件进行五轴加工数控程序编制，直纹面叶轮必须使用软件中的FLANK加工方式或者是侧刃铣加工命令，让锥度球刀的侧刃与直纹面贴合；
步骤3：在直纹曲面的叶轮中，可以直接对叶轮进行侧刃开粗；
步骤4：再使用锥度球刀对叶片进行精加工，使用的锥度球刀的切削刃长必须大于叶片的高度，保证一刀完成叶片的侧刃加工；
步骤5：测量叶轮的数据；
步骤6：收集每个叶片靠近叶尖部分的过切量进行计算：
过切量/叶片高度＝比值(0.1/45＝0.00222)
artan比值＝角度(artan0.00222＝0.1273)
得出计算结果＝0.1273度；
步骤7：软件中补偿，把过切的余量计算成角度误差，在编程软件中补偿到刀具中去，求得刀具的角度数值；在软件中设置求得的刀具得角度数值进行计算数控加工程序，进行反求补偿，消除误差；
步骤8：再次试切加工，采集数据进行补偿。
进一步地，所述步骤1中对于直纹面叶轮，其叶片曲面的参数必须是直线源分布。
进一步地，所述步骤2中也可使用NREC软件进行五轴加工数控程序编制。
进一步地，所述步骤3中可以直接使用锥度铣刀或者立铣刀对叶轮进行侧刃开粗。
进一步地，所述步骤5中可以通过机床的在线测量系统进行点位置测量，也可以使用投影仪设备直接采取叶片表面数据进行测量。
进一步地，所述步骤6中在收集了叶片的数据后，对数据进行分析，主要研究易过切部位，靠近前缘叶尖部位的三角区域过切的程度，把过切量通过三角函数转化成角度，补偿到刀具中。
与现有技术相比，本发明产生了以下有益效果：本发明的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，该方法能解决现有五轴联动造成的前缘靠近叶尖部分三角区域的过切误差，通过简单的尺寸链计算，直接在NX软件中进行补偿，不再需要技术人员手动调节叶片的直纹曲面形状，补偿的一致性稳定，对叶轮的尺寸结果直接影响；通过精加工放余量试切叶片，获取叶片的尺寸参数，靠近前缘和叶尖部分的过切参数，通过对参数的反向换算，计算出误差角度，最后补偿到刀具的尺寸参数中去，计算出补偿后的数控精加工程序，实现叶轮叶片的尺寸合格。
附图说明
图1为本发明自由曲面的叶轮示意图；
图2为本发明直纹曲面叶轮示意图；
图3为本发明中的刀具参数调整前示意图；
图4为本发明中参数调整前的切削模拟示意图；
图5为本发明中的刀具参数调整后示意图；
附图标记说明：1-弧形参数曲线的叶片表面；2-直线型的参数曲线的叶片表面；3-刀具加工轨迹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1-5，本发明的优选实施例提供了一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，包括：步骤1：通过NX软件的直纹曲面功能对叶轮的直纹面进行优化，使用抽取曲线命令抽取模型的边界曲线，再使用直纹面或者网格曲面功能重新造型出新的叶片直纹曲面，新的叶片直纹曲面可以使用锥度球刀的侧刃进行精加工；叶轮的叶片曲面结构必须是直纹曲面，或者为误差接近直纹曲面的自由曲面也可以接受，误差过大的自由曲面叶片形状不能使用侧刃加工方式成型，必须使用点加工的模式；对于叶片表面质量不好的，需要使用NX软件的抽取曲线命令，或者重新绘制自由曲线，再使用直纹面命令或者网格曲线命令把叶片的曲面修复成直纹曲面；
步骤2：使用NX软件进行五轴加工数控程序编制，直纹面叶轮必须使用软件中的FLANK加工方式或者是侧刃铣加工命令，让锥度球刀的侧刃与直纹面贴合；把叶片模型和特征导入刀CAM模块中使用CAM模块自带的特征选取功能，逐一选择叶轮的叶片特征，流道特征，圆角特征，叶尖包覆特征，进行程序编制，根据叶片之间的间距大小，选择合适的粗加工，直纹曲面叶片建议选用侧刃粗加工，效率高，稳定性好，并单边留0.6mm的余量，然后再对叶片进行半精加工，单边应留余量0.4mm的余量给精加工(试切动作)，然后编制精加工程序，传入五轴数控机床，进行一次的试切，精加工程序单边留余量0.25mm(为了防止过切，留量进行检测)。
步骤3：在直纹曲面的叶轮中，可以直接对叶轮进行侧刃开粗；使用三坐标测量机或者投影仪对叶片的尺寸进行检测，检测出误差位置，叶片单一方向的余量误差可以使用CAM模块中的余量进行设置，对于机床运动及变形产生的靠近前缘和叶尖部分三角区域的过切可以使用本发明一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法；
步骤4：再使用锥度球刀对叶片进行精加工，使用的锥度球刀的切削刃长必须大于叶片的高度，保证一刀完成叶片的侧刃加工,侧刃加工效率是自由曲面点加工的10倍以上(精加工)，只需要在软件中选择加工特性：侧刃加工即可；
步骤5：测量叶轮的数据，叶轮试切加工完成后，可以通过机床的在线测量系统进行点位置测量，如果机床没有这个功能，可以使用三坐标测量仪器进行叶片的曲面测量，或者使用投影仪设备直接采取叶片表面数据会更加精准；
步骤6：收集每个叶片靠近叶尖部分的过切量进行计算(收集了叶片的数据后，对数据进行分析，主要研究易过切部位，靠近前缘叶尖部位的三角区域过切的程度，把过切量通过三角函数转化成角度，补偿到刀具中)：
过切量/叶片高度＝比值(0.1/45＝0.00222)
artan比值＝角度(artan0.00222＝0.1273)
得出计算结果＝0.1273度；
步骤7：软件中补偿，把过切的余量计算成角度误差，在编程软件中补偿到刀具中去，求得刀具的角度数值；在软件中设置求得的刀具得角度数值进行计算数控加工程序，进行反求补偿，消除误差(比如设置的5度锥度球刀，就可以补偿进去：5-0.1273＝4.8727，在软件中设置刀具的角度为4.8727的数值进行计算数控加工程序，进行反求补偿，消除误差)；
步骤8：再次试切加工，采集数据进行补偿，调整刀具参数后，并对切削余量进行设置，从0.25mm改为0,作最后一次试切，调试出合格的产品。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该方法能解决现有五轴联动造成的前缘靠近叶尖部分三角区域的过切误差，通过简单的尺寸链计算，直接在NX软件中进行补偿，不再需要技术人员手动调节叶片的直纹曲面形状，补偿的一致性稳定，对叶轮的尺寸结果直接影响；通过精加工放余量试切叶片，获取叶片的尺寸参数，靠近前缘和叶尖部分的过切参数，通过对参数的反向换算，计算出误差角度，最后补偿到刀具的尺寸参数中去，计算出补偿后的数控精加工程序，实现叶轮叶片的尺寸合格。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过NX软件的直纹曲面功能对叶轮的直纹面进行优化，使用抽取曲线命令抽取模型的边界曲线，再使用直纹面或者网格曲面功能重新造型出新的叶片直纹曲面，新的叶片直纹曲面使用锥度球刀的侧刃进行精加工；
步骤2：使用NX软件进行五轴加工数控程序编制，直纹面叶轮必须使用软件中的FLANK加工方式或者是侧刃铣加工命令，让锥度球刀的侧刃与直纹面贴合；
步骤3：在直纹曲面的叶轮中，直接对叶轮进行侧刃开粗；
步骤4：再使用锥度球刀对叶片进行精加工，使用的锥度球刀的切削刃长必须大于叶片的高度，保证一刀完成叶片的侧刃加工；
步骤5：测量叶轮的数据；
步骤6：收集每个叶片靠近叶尖部分的过切量；
步骤7：软件中补偿，把过切的余量计算成角度误差：过切量/叶片高度＝比值；artan比值＝角度；在编程软件中补偿到刀具中去，求得刀具的角度数值；在软件中设置求得的刀具的角度数值进行计算数控加工程序，进行反求补偿，消除误差；
步骤8：再次试切加工，采集数据进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于：所述步骤1中对于直纹面叶轮，其叶片曲面的参数必须是直线源分布。
3.根据权利要求1所述的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于：所述步骤2中使用NREC软件进行五轴加工数控程序编制。
4.根据权利要求1所述的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于：所述步骤3中直接使用锥度铣刀或者立铣刀对叶轮进行侧刃开粗。
5.根据权利要求1所述的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于：所述步骤5中通过机床的在线测量系统进行点位置测量，或者使用投影仪设备直接采取叶片表面数据进行测量。
6.根据权利要求1所述的一种直纹面叶轮叶片过切的补偿方法，其特征在于：所述步骤6中在收集了叶片的数据后，对数据进行分析，主要研究易过切部位，靠近前缘叶尖部位的三角区域过切的程度，把过切量通过三角函数转化成角度，补偿到刀具中。
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