大型導(dǎo)葉式混流泵葉片

 

導(dǎo)葉式混流泵轉(zhuǎn)子體葉片是水泵的心臟，其制造技巧和制造質(zhì)量間接影響到水泵運(yùn)行的水力性能和牢靠性，而其中大型水泵轉(zhuǎn)子體葉片（如圖1所示）的數(shù)控加工工藝是癥結(jié) 目前，國(guó)外也僅有法國(guó)阿爾斯通、德國(guó)沃依滋、日本日立等多數(shù)幾家公司此項(xiàng)的制造工藝對(duì)比成熟，但加工裝備低廉；海內(nèi)對(duì)此鉆研較少。本文為初次就大型導(dǎo)葉式混流水泵葉片的數(shù)控加工進(jìn)行較為體系的論述，并對(duì)其加工工藝進(jìn)行鉆研和翻新實(shí)際。

 

第一、葉片數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

　　數(shù)控加工工藝流程圖

　　大型曲面零件數(shù)控加工編程觸及多方面的技巧，癥結(jié)技巧包含：①毛坯三維型面測(cè)量；② 曲面的三維幾何外型；③依據(jù)零件上各曲面的形態(tài)，合理地進(jìn)行刀位軌跡計(jì)劃和盤(pán)算；④ 切削仿真與刀具干預(yù)測(cè)驗(yàn)；⑤機(jī)床靜止仿真與碰撞干預(yù)測(cè)驗(yàn)；⑥機(jī)床靜止的后置變換等。本零件的數(shù)控加工工藝流程如圖2所示。

 

　　加工工藝剖析

　　為了避免加工歷程中機(jī)床碰撞，關(guān)于葉片的正反面分區(qū)域、采取不同方法進(jìn)行加工。區(qū)域的劃分準(zhǔn)則是在不碰撞的條件下盡量采取大直徑的曲面銑刀加工。

　　因?yàn)槿~片有多張曲面須要加工，對(duì)大過(guò)流面宜采取五軸聯(lián)動(dòng)銑削加工，沿流體進(jìn)出口方向弧形走刀；同時(shí)，葉片毛坯是鑄件，存在鑄造變形，加工余量較大且不平均，為了進(jìn)步加工效力，采取了三軸和五軸混雜加工工藝計(jì)劃，粗加工采取三軸加工，精加工采取五軸加工。

五軸數(shù)控龍門(mén)銑床的重要技巧參數(shù)

　　因?yàn)槿~片曲面的龐雜性和UG軟件編程方法的通用性，實(shí)際加工狀態(tài)并不能完整遵照咱們的工藝想象來(lái)實(shí)現(xiàn)，區(qū)域的最后劃分必需借助于仿真加工屢次模仿來(lái)抉擇。全部加工計(jì)劃必需采取仿真加工技巧在盤(pán)算機(jī)上仿真驗(yàn)證，在屢次修正完美的基本下去肯定，否則在加工中能夠會(huì)涌現(xiàn)很多意想不到的負(fù)面問(wèn)題。

　　1、加工裝備抉擇

　　選用濟(jì)南二機(jī)床消費(fèi)的五軸數(shù)控龍門(mén)銑床（型號(hào)規(guī)格XKV2420×40），重要規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。

　　2、毛坯質(zhì)量掌握

　　本例葉片為鑄件，資料為馬氏體不銹鋼。首先將葉片進(jìn)行隨形粗磨，去除夾砂，再進(jìn)行UT，MT探傷，檢討缺點(diǎn)狀態(tài)。因?yàn)槿~片存在鑄造質(zhì)量缺點(diǎn)及余量不均景象，必需通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)葉片實(shí)行檢測(cè)，掌握葉片正、反面及周邊的加工余量，增加數(shù)控加工量。

 

　　3、葉片定位

　　一端以葉片旋轉(zhuǎn)軸心線、軸柄端面為基準(zhǔn)，用角鐵和定位套定位，另一端以葉片輪緣上工藝軸中央孔為基準(zhǔn)，采取頂尖座頂牢。在法蘭端面標(biāo)志有葉片零度地位，應(yīng)用夾具和標(biāo)志，借助機(jī)床的測(cè)量功用，測(cè)量順序中指定的找正點(diǎn)，主動(dòng)找正到加工地位，肯定工件零點(diǎn)。

　　4、加工刀具的抉擇

　　加工導(dǎo)葉式混流泵葉片，經(jīng)過(guò)盤(pán)算和仿真加工驗(yàn)證，采取山特維克中型四周刀片Φ63曲面銑刀，前角－7°，刀柄用整體式短刀柄，保障切削不銹鋼時(shí)切削力小，抗震性好。

第二、葉片型面的加工

　　2。1 葉片型面三軸粗加工

　　UG軟件供給了豐碩的三軸加工方法。葉片型面?zhèn)€別采取等高、面銑削等方法加工，僅等高加工UG軟件就供給了9種方法，觸及到走刀方法及刀路中步進(jìn)和進(jìn)退刀方法的變更就更多了；面銑削加工方法也因驅(qū)動(dòng)方法和投影方法的不同可組合出很多種加工方法。詳細(xì)采取何種加工方法，須要通過(guò)少量的加工仿真來(lái)最終肯定。切削仿真能夠運(yùn)用UG軟件自帶的仿真功用或用VERICUT仿真軟件，順序款式能夠是APT或G代碼。本例三軸粗銑采取能夠切除少量余量的等高加工，簡(jiǎn)直沒(méi)有空行程，綜合加工效力高。工藝計(jì)劃詳見(jiàn)表2和圖4～圖7

 

　　在對(duì)該葉片進(jìn)行三軸粗加工時(shí)，要注重葉片輪轂球面和葉片型面相交處的圓角。因z軸一直垂直向下，葉片假如遵照任務(wù)零度地位擺放（如圖9所示），較低處的圓角因在中央地位以下，會(huì)招致刀柄和葉片軸柄干預(yù)而加工不到該處圓角（左邊圓角）。關(guān)于詳細(xì)的零件，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度個(gè)別通過(guò)仿真加工最終肯定。在本例中，葉片從設(shè)計(jì)零度地位轉(zhuǎn)動(dòng)到－30°

第三、葉片型面五軸精加工

　葉片經(jīng)三軸加工后不轉(zhuǎn)變裝夾，改換五軸附件頭，實(shí)現(xiàn)五軸精加工。

葉片編程和加工仿真

　　UG軟件進(jìn)行五軸編程個(gè)別要指定加工零件、刀路的驅(qū)動(dòng)方法、刀具的切削類型、刀軸掌握方法、切削方向、投影矢量等。

　　在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工曲面的歷程中，刀軸矢量是由定義在刀位軌跡上的部分坐標(biāo)系（Frenet坐標(biāo)架）的λL（前導(dǎo)角）和 （側(cè)傾角）兩個(gè)角度來(lái)肯定的。當(dāng)λL=ωL=0時(shí)，為刀具軸垂直于外表的端銑方法；當(dāng)ωL=90°時(shí)，為刀具軸平行于加工外表的側(cè)銑方法。刀軸掌握方法是影響五軸聯(lián)動(dòng)加工后果的一個(gè)重要因素。因?yàn)槟壳暗腃AM 體系中個(gè)別在五軸聯(lián)動(dòng)端銑加工方法中供給了人工輸出固定傾角的方法，刀具地位是依據(jù)投影方向來(lái)肯定的，刀具沿投影方向降落直至刀具和曲面相切。

　　本例中葉片型面對(duì)比平整，抉擇運(yùn)用 3曲面銑刀，編程時(shí)指定葉片為加工零件，運(yùn)用曲面驅(qū)動(dòng)方法。UG的曲面驅(qū)動(dòng)方法十分靈巧，能夠指定恣意大小的切削區(qū)域（只要指定驅(qū)動(dòng)曲面的參數(shù)規(guī)模），也能夠運(yùn)用多張曲面來(lái)驅(qū)動(dòng)（可運(yùn)用零件面做驅(qū)動(dòng)面，也可另外構(gòu)建驅(qū)動(dòng)面）。在采取曲面驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，刀路的走刀方向是沿著驅(qū)動(dòng)面的U，V線方向進(jìn)行走刀的。因?yàn)槿~片任務(wù)時(shí)，流體是從出口邊向出口邊方向活動(dòng)的，葉片曲面的外型應(yīng)依據(jù)徑向截面線構(gòu)建，同時(shí)，在葉片加工時(shí)，葉片的安置地位也發(fā)作了變更，此時(shí)葉片型面的 ， 線和流體活動(dòng)方向已不同。因而，以葉片型面為基本，用球面截取葉片型面獲取驅(qū)動(dòng)面構(gòu)建線，從新構(gòu)造驅(qū)動(dòng)面。指定資料和切削方向，走刀方向?yàn)閱蜗蜃叩?，投影方向采取指向?qū)動(dòng)面，刀軸方向掌握運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法，指定刀具前導(dǎo)角5。，掌握刀軸變更角度，指定平安面，進(jìn)退刀垂直于平安面和進(jìn)須要注重的是：①在運(yùn)用平刀或牛鼻刀加工時(shí)，刀軸的方向掌握個(gè)別運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法，前導(dǎo)角個(gè)別在5°左右，否則加工時(shí)會(huì)發(fā)作刀具后部過(guò)切；②在刀軸方向掌握運(yùn)用相關(guān)于驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，驅(qū)動(dòng)面最好運(yùn)用單個(gè)曲面，并且驅(qū)動(dòng)曲面和零件曲面質(zhì)量要好，否則生成的刀路會(huì)發(fā)作過(guò)切或撞刀，或許刀路看上去很好，但刀軸能夠發(fā)作漸變形成過(guò)切或撞刀，這在加工面有多張曲面形成時(shí)更輕易發(fā)作；③五軸加工較之于三軸或四軸加工對(duì)外型和編程有更高的請(qǐng)求和更多的技巧，尤為須要仿真來(lái)加以驗(yàn)證。五軸和三軸的仿真請(qǐng)求是不同的，五軸的必需采取G代碼仿真，并且要運(yùn)用UG或VERICUT構(gòu)造實(shí)在的機(jī)床，設(shè)定數(shù)控掌握體系和靜止關(guān)系，模仿實(shí)在的數(shù)控加工。圖12為葉片五軸精加工仿真后果圖。

 

　　須要用戶對(duì)通用后解決進(jìn)行修正，或用VB，VC等高等言語(yǔ)制造專用的后解決順序。UG的POSTBUILD模塊在制造三軸后解決方面還是對(duì)比成熟的，適用性對(duì)比強(qiáng)；在制造五軸后解決方面因?yàn)檎遄猛ㄓ眯院蜏?zhǔn)確性對(duì)比多，通用后解決順序和機(jī)床的匹配性要差一點(diǎn)，在有些機(jī)床上加工會(huì)有問(wèn)題。這是因?yàn)槲遢S靜止的算法對(duì)比龐雜，三軸在空間上肯定刀具地位只要X，Y，Z就行，在數(shù)學(xué)上是惟一解；而五軸要同時(shí)肯定X，Y，Z，B，C，在數(shù)學(xué)上是多重解，個(gè)別有兩三個(gè)解，甚至更多。同時(shí)五軸要做到延續(xù)靜止，須要對(duì)這些解進(jìn)行挑選，并斟酌機(jī)床的構(gòu)造和靜止情勢(shì)、加工方法和走刀方法，對(duì)刀軸的延續(xù)靜止進(jìn)行掌握，不同的機(jī)床就有與之匹配的最佳算法和掌握方法。本例中有運(yùn)用POSTBUILD后解決順序解決的名為ZM_5Z_PB。MPF的加工順序文件和用VB制造的專用后解決順序解決的名為ZM－5Z－VB。