CN112191900A - 一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺 - Google Patents

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朱玉亮
董金山
郑有为
何芳
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,具体操作步骤如下：（1）建模型；（2）选刀具；（3）设定加工参数；（4）铣削辅助螺旋面；（5）粗加工；（6）精加工。本发明采用CNC程序和CAM程序叠加使用能直观、精准建模，提高工作效率和精度，采用多角度的五轴铣削设计能有效提高金属去除率，确保工件表面的光滑度，三维立体设计和工艺参设的设定确保全方位的铣削，缩短铣削时间，提高合格率，提高综合经济效益。

Description

一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺
技术领域
本发明具体涉及一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺。
背景技术
用于处理零件的传统机床是手动操作的，因此零件的精密度取决于操作者的技能和专长。为了减小操作者的作用，发展了计算机数控(下称“CNC”)机床。CNC机床包括计算机，操作者仅需要将用于根据要求切削零件的指令程序输入计算机，将所需的工具加载到机床，剩余的工作由计算机自动地进行。典型的CNC机床支持沿两个轴或三个轴的平移。技术上的新进展已经引起五轴CNC机床的发展。
但是现有的加工工艺在平面是铣削的效果较好，但是对于曲面设计的铣削效果不是很理想，且刀具的选择具有一定的差异性，降低加工的效率和精度，所以需要进行改进。
发明内容
本发明的目的在于一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺，以解决现有的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,具体操作步骤如下：
（1）根据铝合金叶轮固定在五轴铣削加工台上，并通过CNC程序、CAM程序设计出适用于此的精准模型，数值计算精准模型数学表达式，通过贝塞尔曲面拟合曲面，曲面所有权因子取W=1，采用3阶方程拟合建立虚拟辅助螺旋面；
（2）根据铝合金材质的特性和叶轮形状选择合理的刀具，其中五轴有三根普通的直线轴和两根旋转轴，两根旋转轴均分布在刀具上、或两根旋转轴均分布在工作台上、或一根旋转轴分布在刀具上、一根旋转轴分布在工作台上；
（3）确定最优加工工艺参数，以叶轮中心孔为加工定位点，通过辅助螺旋面进行三维立体参数设定，锥体角度=叶轮齿槽最大角度-最小角度；
（4）通过五轴联动铣削加工叶轮，从中心点往侧边、从上往下进行铣削，是采用合理的铣刀高速分层铣削齿槽中的辅助螺旋面，刀具底面中心点作为加工点，从而得到刀位文件；
（5）通过五轴联动高速往复铣削粗加工叶轮表面及其齿面，表面以3D模型轴心为中心点，齿面法向矢量向齿槽内偏置一个精加工余量的面作为偏置面，采用高速往复铣削模式铣削此偏置面，保留均匀的精加工余量，刀具球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（6）五轴联动高速往复铣削精加工叶轮表面及其齿面，去除齿面的精加工余量，采用高速反复铣削螺旋齿面的模式，进行高速往复精加工铣削，刀具球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件。
优选的，上述步骤（5）粗加工中刀具选择Tinox-Cut波刃立铣刀或Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀或Tinox-Cut波刃锥度球头铣刀中的一种或多种；步骤（6）精加工中刀具选择锥度球头铣刀或环形段落铣刀。
优选的，上述步骤（5）和（6）中，铣削加工的刀具转速为7000-8000r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用CNC程序和CAM程序叠加使用能直观、精准建模，提高工作效率和精度，采用多角度的五轴铣削设计能有效提高金属去除率，确保工件表面的光滑度，三维立体设计和工艺参设的设定确保全方位的铣削，缩短铣削时间，提高合格率，提高综合经济效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
实施例一
一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,具体操作步骤如下：
（1）根据铝合金叶轮固定在五轴铣削加工台上，并通过CNC程序、CAM程序设计出适用于此的精准模型，数值计算精准模型数学表达式，通过贝塞尔曲面拟合曲面，曲面所有权因子取W=1，采用3阶方程拟合建立虚拟辅助螺旋面；
（2）根据铝合金材质的特性和叶轮形状选择合理的刀具，其中五轴有三根普通的直线轴和两根旋转轴，两根旋转轴均分布在刀具上、或两根旋转轴均分布在工作台上、或一根旋转轴分布在刀具上、一根旋转轴分布在工作台上；
（3）确定最优加工工艺参数，以叶轮中心孔为加工定位点，通过辅助螺旋面进行三维立体参数设定，锥体角度=叶轮齿槽最大角度-最小角度；
（4）通过五轴联动铣削加工叶轮，从中心点往侧边、从上往下进行铣削，采用Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀高速分层铣削齿槽中的辅助螺旋面，Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀底面中心点作为加工点，从而得到刀位文件；
（5）通过五轴联动高速往复铣削粗加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，表面以3D模型轴心为中心点，以两侧齿面法向矢量向齿槽内偏置一个精加工余量的面作为偏置面，采用高速往复铣削模式铣削此偏置面，保留均匀的精加工余量，Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（6）五轴联动高速往复铣削精加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，以去除齿面的精加工余量，采用高速反复铣削螺旋齿面的模式，进行高速往复精加工铣削，锥度球头铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件。
实施例二
一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,具体操作步骤如下：
（1）根据铝合金叶轮固定在五轴铣削加工台上，并通过CNC程序、CAM程序设计出适用于此的精准模型，数值计算精准模型数学表达式，通过贝塞尔曲面拟合曲面，曲面所有权因子取W=1，采用3阶方程拟合建立虚拟辅助螺旋面；
（2）根据铝合金材质的特性和叶轮形状选择合理的刀具，其中五轴有三根普通的直线轴和两根旋转轴，两根旋转轴均分布在刀具上、或两根旋转轴均分布在工作台上、或一根旋转轴分布在刀具上、一根旋转轴分布在工作台上；
（3）确定最优加工工艺参数，以叶轮中心孔为加工定位点，通过辅助螺旋面进行三维立体参数设定，锥体角度=叶轮齿槽最大角度-最小角度；
（4）通过五轴联动铣削加工叶轮，从中心点往侧边、从上往下进行铣削，是采用Tinox-Cut波刃立铣刀高速分层铣削齿槽中的辅助螺旋面，Tinox-Cut波刃立铣刀底面中心点作为加工点，从而得到刀位文件；
（5）通过五轴联动高速往复铣削粗加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，表面以3D模型轴心为中心点，以两侧齿面法向矢量向齿槽内偏置一个精加工余量的面作为偏置面，采用高速往复铣削模式铣削此偏置面，保留均匀的精加工余量，Tinox-Cut波刃立铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（6）五轴联动高速往复铣削精加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，以去除齿面的精加工余量，采用高速反复铣削螺旋齿面的模式，进行高速往复精加工铣削，环形段落铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件。
实施例三
一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,具体操作步骤如下：
（1）根据铝合金叶轮固定在五轴铣削加工台上，并通过CNC程序、CAM程序设计出适用于此的精准模型，数值计算精准模型数学表达式，通过贝塞尔曲面拟合曲面，曲面所有权因子取W=1，采用3阶方程拟合建立虚拟辅助螺旋面；
（2）根据铝合金材质的特性和叶轮形状选择合理的刀具，其中五轴有三根普通的直线轴和两根旋转轴，两根旋转轴均分布在刀具上、或两根旋转轴均分布在工作台上、或一根旋转轴分布在刀具上、一根旋转轴分布在工作台上；
（3）确定最优加工工艺参数，以叶轮中心孔为加工定位点，通过辅助螺旋面进行三维立体参数设定，锥体角度=叶轮齿槽最大角度-最小角度；
（4）通过五轴联动铣削加工叶轮，从中心点往侧边、从上往下进行铣削，是采用Tinox-Cut波刃锥度球头铣刀高速分层铣削齿槽中的辅助螺旋面，Tinox-Cut波刃锥度球头铣刀底面中心点作为加工点，从而得到刀位文件；
（5）通过五轴联动高速往复铣削粗加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，表面以3D模型轴心为中心点，以两侧齿面法向矢量向齿槽内偏置一个精加工余量的面作为偏置面，采用高速往复铣削模式铣削此偏置面，保留均匀的精加工余量，Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（6）五轴联动高速往复铣削精加工叶轮表面及其齿面，转速为7000-8000r/min，以去除齿面的精加工余量，采用高速反复铣削螺旋齿面的模式，进行高速往复精加工铣削，锥度球头铣刀球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件。
根据实施例一至三可知，实施例三为最佳实施例。采用CNC程序和CAM程序叠加使用能直观、精准建模，配合贝塞尔曲面拟合提高工作效率和精度，采用多角度的五轴铣削设计能有效提高金属去除率，确保工件表面的光滑度，三维立体设计和工艺参设的设定确保全方位的铣削，缩短铣削时间，提高合格率，提高综合经济效益。
对于本领域技术人员而言，显然发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺,其特征在于：具体操作步骤如下：
（1）根据铝合金叶轮固定在五轴铣削加工台上，并通过CNC程序、CAM程序设计出适用于此的精准模型，数值计算精准模型数学表达式，通过贝塞尔曲面拟合曲面，曲面所有权因子取W=1，采用3阶方程拟合建立虚拟辅助螺旋面；
（2）根据铝合金材质的特性和叶轮形状选择合理的刀具，其中五轴有三根普通的直线轴和两根旋转轴，两根旋转轴均分布在刀具上、或两根旋转轴均分布在工作台上、或一根旋转轴分布在刀具上、一根旋转轴分布在工作台上；
（3）确定最优加工工艺参数，以叶轮的中心孔为加工定位点，通过辅助螺旋面进行三维立体参数设定，锥体角度=叶轮齿槽最大角度-最小角度；
（4）通过五轴联动铣削加工叶轮，从中心点往侧边、从上往下进行铣削，采用合理的铣刀高速分层铣削齿槽中的辅助螺旋面，刀具底面中心点作为加工点，从而得到刀位文件；
（5）通过五轴联动高速往复铣削粗加工叶轮表面及其齿面，表面以3D模型轴心为中心点，齿面法向矢量向齿槽内偏置一个精加工余量的面作为偏置面，采用高速往复铣削模式铣削此偏置面，保留均匀的精加工余量，刀具球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（6）五轴联动高速往复铣削精加工叶轮表面及其齿面，去除齿面的精加工余量，采用高速反复铣削螺旋齿面的模式，进行高速往复精加工铣削，刀具球面相切处作为加工点，从而得到相应的齿面刀位文件；
（7）五轴联动铣削完成后进行全方位的冲洗，并烘干，烘干温度为。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺，其特征在于：上述步骤（5）粗加工中刀具选择Tinox-Cut波刃立铣刀或Tinox-Cut波刃锥度圆鼻铣刀或Tinox-Cut波刃锥度球头铣刀中的一种或多种；步骤（6）精加工中刀具选择锥度球头铣刀或环形段落铣刀。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金叶轮专用五轴铣削加工工艺，其特征在于：上述步骤（5）和（6）中，铣削加工的刀具转速为7000-8000r/min。
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