CN113976962B - 一种整体式叶轮的定轴开粗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体式叶轮的定轴开粗方法，更加高效经济。包括：S1、建立整体式叶轮的几何模型；S2、设置刀轴定向；S3、在设置的刀轴定向中，设定长刃刀进行第一次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，一粗加工完大部分粗加工余量；S4、在设置的同一个刀轴定向中，设定短刃刀进行第二次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，二粗去除余下的粗加工余量；短刃刀二粗的切削深度小于长刃刀一粗的切削深度，短刃刀二粗的切削步距大于长刃刀一粗的切削步距，短刃刀二粗的刀具转速小于长刃刀一粗的的刀具转速，短刃刀二粗的进给速度小于长刃刀一粗的进给速度；S5、旋转叶轮至下一个加工区域，重复步骤S2‑S9，直到完成整体式叶轮的粗加工。

Description

一种整体式叶轮的定轴开粗方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种整体式叶轮的定轴开粗方法。
背景技术
整体式压气叶轮是叶轮机械的核心部件，常采用铣削加工。其中，叶轮开粗的加工时间占比最长。在传统的整体式压气叶轮定轴开粗中，每一个定向加工只使用一把刀具，通常是整体式立铣刀或者可转位式铣刀，刀具每刀的切削深度都是一个较小且固定不变的数值，这个数值远远小于刀具的切削刃长，尤其是整体式立铣刀。这种加工方式不能完全利用刀具的侧刃，切削效率低下，并且每刀较小且固定不变的切削深度会造成刀具前端的集中磨损，缩短刀具寿命，使加工的刀具成本上升。
现有定轴开粗技术主要步骤：设置几何体→刀轴定向→设置参数→生成程序，在一个刀轴定向中，只使用一把刀具。在设置参数中，刀具每刀的切削深度都比较小，比如设置为0.5mm。完成当前视图的定向加工后，继续定向下一个视图，直至完成叶轮的开粗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种整体式叶轮的定轴开粗方法，更加高效经济。
本发明的目的是这样实现的：
一种整体式叶轮的定轴开粗方法，包括以下步骤：
S1、建立整体式叶轮的几何模型；
S2、设置刀轴定向；
S3、长刃刀一粗
在设置的刀轴定向中，设定长刃刀进行第一次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，一粗加工完大部分粗加工余量；
S4、短刃刀二粗
在设置的同一个刀轴定向中，设定短刃刀进行第二次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，二粗去除余下的粗加工余量；
短刃刀二粗的切削深度小于长刃刀一粗的切削深度，短刃刀二粗的切削步距大于长刃刀一粗的切削步距，短刃刀二粗的刀具转速小于长刃刀一粗的的刀具转速，短刃刀二粗的进给速度小于长刃刀一粗的进给速度；
S5、旋转叶轮至下一个加工区域，重复步骤S2-S9，直到完成整体式叶轮的粗加工。
优选地，所述步骤S2中，设置刀轴定向的方法为：观察叶片、流道的流向，旋转叶轮至一个能看到最大的待加工区域的视图方向，将该视图方向设置为刀轴的进刀方向。
优选地，所述步骤S3中，长刃刀一粗过程中，每刀切削深度设置为刀具切削刃长的70％-90％，步距为刀具直径的3％-5％；短刃刀二粗过程中，每刀切削深度设置为刀具切削刃长的5％-10％，步距为刀具直径的50％-70％。
优选地，所述长刃刀一粗过程中，转速为2500r/min，进给速度为2500mm/min；所述短刃刀二粗过程中，转速为600r/min，进给速度为800mm/min。
优选地，长刃刀一粗、短刃刀二粗的修剪边界、进退刀均相同。
优选地，所述整体式叶轮具有圆周均布的9组相同叶片和流道，材料为TC4。
优选地，所述长刃刀采用整体式硬质合金立铣刀，刃径20mm，刃长30mm；所述短刃刀采用可转位式硬质合金铣刀，刃径20mm、刃长7mm。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
相比现有技术，本发明每刀切削深度、转速和进给都有明显增大，长刃刀能在接近全刃长、较小步距的状态下快速稳定的完成叶轮铣削，而且刀具的切削刃整体磨损均匀，改善了现有技术方案中刀具前端的集中磨损，便于修磨后再次使用，降低了刀具成本。短刃刀二次粗加工的目的是为了清除第一次粗加工遗留的余量，采用较小的切削深度和大步距，短刃刀的切削刃长比较短，较短的切削刃可以减小刀具的体积，节省刀具材料，降低刀具成本
本发明只需编制一组叶片的粗铣程序，经过旋转变换即可得到剩余叶片的粗铣程序。粗加工后的叶轮形状、尺寸等符合叶轮后续加工要求，并且加工效率提升15％，也能降低刀具磨损带来的刀具成本。利用UG软件来说明本方法高效经济的定轴开粗。相比现有技术，本发明更加高效经济。
附图说明
图1为整体式叶轮的示意图；
图2为长刃刀一粗后的叶轮毛坯示意图；
图3为短刃刀二粗后的叶轮毛坯示意图；
图4为完成定轴开粗后的叶轮毛坯示意图。
具体实施方式
参见图1-图4，一种整体式叶轮的定轴开粗方法的实施例。
定轴开粗的主要步骤：设置几何体→刀轴定向→长刃一粗→设置参数→生成程序→短刃二粗→设置参数→生成程序。与现有技术的不同在于：加工过程中会先后使用长刃刀和短刃刀两把刀加工，在同一个刀轴定向中，先用长刃刀进行当前视图下的第一次粗铣，一粗加工完大部分余量后，再用短刃刀进行第二次粗铣，完成当前视图下的余量去除，这两次粗铣都在同一个刀轴方向下进行，第二次粗铣时的毛坯是第一次粗铣结束后的叶轮。
本发明与现有技术的不同在于：加工过程中会先后使用长刃刀和短刃刀两把刀加工，在同一个刀轴定向中，先用长刃刀进行当前视图下的第一次粗铣，一粗加工完大部分余量后，再用短刃刀进行第二次粗铣，完成当前视图下的余量去除，这两次粗铣都在同一个刀轴方向下进行，第二次粗铣时的毛坯是第一次粗铣结束后的叶轮。
这两次开粗的参数设置，除了每刀切削深度、步距、转速和进给外，其余的参数比如修剪边界、进退刀等设置都是一样的。长刃刀一粗过程中，每刀切削深度设置为刀具切削刃长的80％，步距为刀具直径的4％，再设置高转速和高进给。相比现有技术，每刀切削深度、转速和进给都有明显增大，长刃刀能在接近全刃长、较小步距的状态下快速稳定的完成叶轮铣削，而且刀具的切削刃整体磨损均匀，改善了现有技术方案中刀具前端的集中磨损，便于修磨后再次使用，降低了刀具成本。短刃刀二次粗加工的目的是为了清除第一次粗加工遗留的余量，参数设置与现有技术方案没有太大区别，即较小的切削深度和大步距，短刃刀的切削刃长比较短，较短的切削刃可以减小刀具的体积，节省刀具材料，降低刀具成本。
完成当前视图的一粗和二粗后，如果还有多余的余量，继续定向下一个视图，直到完成叶轮的粗加工。
叶轮由圆周均布的9组相同叶片和流道组成，材料为TC4，其结构如图1。编程时，只需编制一组叶片的粗铣程序，经过旋转变换即可得到剩余叶片的粗铣程序。利用UG软件来说明本方法高效经济的定轴开粗。
观察叶片扭曲程度，旋转叶轮至一个尽可能看全所需加工区域的方向，将该视图方向设置为刀轴方向。(加工区域是指：由流道和相邻叶片围成的异形开环槽)
定向之后，用长刃刀进行第一次粗加工。所选长刃刀为整体式硬质合金立铣刀，刃径20mm，刃长30mm，每刀切削深度设置为刃长的80％，即24mm，步距为刃径的4％，即0.8mm。设置好其他参数以及修剪边界后生成程序，D20的长刃刀一粗加工后的叶轮示意图如图2。
接着，在相同的定向视图下，将长刃刀开粗后叶轮当做短刃刀加工的毛坯。选用刃径20mm、刃长7mm的可转位式硬质合金铣刀作为第二次开粗所用的短刃刀，每刀切削深度为0.5mm，步距为12mm。设置好其他参数以及修剪边界后生成程序。D20的短刃刀二粗加工后的叶轮示意图如图3。刀具以及切削参数如下：
这样，就完成了当前视图下的定轴粗加工，然后继续定向下一个视图，直至完成叶轮的粗加工。粗加工完成后的叶轮示意图。本办法粗加工后的叶轮形状、尺寸等符合叶轮后续加工要求，并且加工效率提升15％，也能降低刀具磨损带来的刀具成本。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立整体式叶轮的几何模型；
S2、设置刀轴定向；
S3、长刃刀一粗
在设置的刀轴定向中，设定长刃刀进行第一次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，一粗加工完大部分粗加工余量；
S4、短刃刀二粗
在设置的同一个刀轴定向中，设定短刃刀进行第二次粗铣，并设置加工参数、生成加工程序，二粗去除余下的粗加工余量；
短刃刀二粗的切削深度小于长刃刀一粗的切削深度，短刃刀二粗的切削步距大于长刃刀一粗的切削步距，短刃刀二粗的刀具转速小于长刃刀一粗的刀具转速，短刃刀二粗的进给速度小于长刃刀一粗的进给速度；
S5、旋转叶轮至下一个加工区域，重复步骤S2-S4，直到完成整体式叶轮的粗加工。
2.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：所述步骤S2中，设置刀轴定向的方法为：观察叶片、流道的流向，旋转叶轮至一个能看到最大的待加工区域的视图方向，将该视图方向设置为刀轴的进刀方向。
3.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：所述步骤S3中，长刃刀一粗过程中，每刀切削深度设置为刀具切削刃长的70%-90%，步距为刀具直径的3%-5%；短刃刀二粗过程中，每刀切削深度设置为刀具切削刃长的5%-10%，步距为刀具直径的50%-70%。
4.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：所述长刃刀一粗过程中，转速为2500r/min，进给速度为2500mm/min；所述短刃刀二粗过程中，转速为600r/min，进给速度为800mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：长刃刀一粗、短刃刀二粗的修剪边界、进退刀均相同。
6.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：所述整体式叶轮具有圆周均布的9组相同叶片和流道，材料为TC4。
7.根据权利要求1所述的一种整体式叶轮的定轴开粗方法，其特征在于：所述长刃刀采用整体式硬质合金立铣刀，刃径20mm，刃长30mm；所述短刃刀采用可转位式硬质合金铣刀，刃径20mm、刃长7mm。
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