曹旺萍
(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院,江蘇 無錫 214121)
渦輪式葉輪是指高壓氣體沿著軸向流動(dòng)的一種葉輪,是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件,一般情況下其葉轂和葉片是在整體鍛壓鈦合金毛坯材料上進(jìn)行加工的零件。
圖1為渦輪式葉輪零件模型,零件材料為鋁,零件尺寸公差為±0.02mm。零件的毛坯材料為Φ85×40的鋁棒,為減少在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的開粗加工時(shí)間,可以先把毛坯料用車床切削去除盡可能多的余料,然后上五軸機(jī)床數(shù)控銑。
葉輪零件的多軸編程前需要設(shè)定加工坐標(biāo)系、毛坯幾何體、應(yīng)用UG NX的葉輪編程模塊設(shè)定葉輪的葉轂面、包裹曲面、葉片曲面、葉根圓角曲面、分流葉片曲面等參數(shù)。
經(jīng)過車削后的毛坯還有較大的余料需要去除,粗加工采用型腔銑粗銑加工。毛坯設(shè)置為包容圓柱體,先創(chuàng)建型腔銑粗加工刀路,設(shè)置Φ12mm的平底刀,余量為1mm,層深為0.8mm,進(jìn)給率500mm/min,主軸轉(zhuǎn)速2500r/min,創(chuàng)建型腔銑粗加工刀路,圖2為葉輪零件粗加工刀路。
圖1 渦輪式葉輪零件模型
圖2 葉輪零件開粗刀路
2.2.1 創(chuàng)建葉形頂部精加工刀路
采用平面銑葉形頂部,采用Φ12mm的平底刀,部件側(cè)面余量為1.2mm,部件底部余量為0,主軸轉(zhuǎn)速2500r/min,進(jìn)給率800mm/min。
2.2.2 創(chuàng)建輪轂上部精加工刀路
采用深度加工輪廓銑銑輪轂上部,采用Φ12mm的平底刀,底部余量為0,主軸轉(zhuǎn)速2500r/min,進(jìn)給率1000mm/min。
2.2.3 創(chuàng)建葉形最大外形精加工刀路
采用深度加工輪廓銑銑葉形最大外形部分,采用Φ12mm的平底刀,部件余量為0,主軸轉(zhuǎn)速2500r/min,進(jìn)給率1000mm/min。
采用深度加工輪廓銑銑葉形包裹面部分,采用Φ12mm的平底刀,部件余量為0,主軸轉(zhuǎn)速2500r/min,進(jìn)給率1000mm/min。
2.4.1 創(chuàng)建葉形開粗刀路
進(jìn)入多軸葉輪模塊,選擇多葉片粗加工,設(shè)置葉片粗加工的葉片余量和輪轂余量均為1mm,采用R3mm的球頭刀,主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,進(jìn)給率1000mm/min,圖3為葉形開粗刀路。
2.4.2 創(chuàng)建分流葉片葉冠精加工刀路
采用三軸區(qū)域精加工,加工曲面選擇分流葉片的葉冠,采用R3mm的球頭刀,部件余量為0,主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,進(jìn)給率2000mm/min,圖4為分流葉片葉冠精加工刀路。
圖3 葉形開粗刀路
圖4 分流葉片葉冠精加工刀路
2.4.3 創(chuàng)建輪轂精加工刀路
進(jìn)入多軸葉輪模塊,選擇輪轂精加工,修改刀軸矢量,使刀軸不要碰傷葉片,設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm,采用R3mm的球頭刀,主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,進(jìn)給率2000mm/min,圖5為輪轂精加工刀路。
2.4.4 創(chuàng)建大葉片精加工刀路
進(jìn)入多軸葉輪模塊,選擇葉片精加工,設(shè)置葉片精加工驅(qū)動(dòng)方法為要切削的面為“所有面”,切削模式為“螺旋”,切削方向?yàn)椤绊樸姟?,設(shè)置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm,設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm,采用R3mm的球頭刀,進(jìn)給率2000mm/min,主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,圖6為大葉片精加工刀路。
圖5 輪轂精加工刀路
圖6 大葉片精加工刀路
2.4.5 創(chuàng)建分流小葉片精加工刀路
復(fù)制大葉片精加工刀路,修改幾何體為分流葉片,生成分流葉片精加工刀路。圖7為分流小葉片精加工刀路。
2.4.6 創(chuàng)建大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路
進(jìn)入多軸葉輪模塊,選擇圓角精加工,設(shè)置葉片精加工驅(qū)動(dòng)方法為要切削的面為“左面、右面、前緣”,切削模式為“螺旋”,切削方向?yàn)椤绊樸姟?,設(shè)置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm,設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm,設(shè)置R3mm的球頭刀,主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,進(jìn)給率2000mm/min。
2.4.7 創(chuàng)建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路
復(fù)制大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路,修改要精加工的幾何體為分流葉片圓角,生成分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路。
將葉形開粗刀路、分流葉片葉冠精加工刀路、大葉片精加工刀路、分流小葉片精加工刀路、大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路、創(chuàng)建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路分別進(jìn)行陣列,得到完整的葉片加工刀路。
選取開粗刀路,選取五軸后處理器,生成粗加工后處理程序,再依次生成葉輪外形精加工后處理程序,分流葉片葉冠精加工刀路后處理程序,大葉片精加工刀路后處理程序,分流小葉片精加工刀路后處理程序,以及倒圓角精加工刀路后處理程序。
程序的正確與否需要用VERICUT仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果分析了零件有無干涉情況,有無過切、欠切等情況。
進(jìn)入VERICUT軟件,選擇五軸機(jī)床模型,選擇控制系統(tǒng)、刀具庫、導(dǎo)入程序、夾具、毛坯,設(shè)置對(duì)刀點(diǎn),進(jìn)行葉輪零件VERICUT軟件機(jī)床仿真驗(yàn)證,圖8為葉輪零件VERICUT軟件機(jī)床仿真驗(yàn)證結(jié)果。
圖7 分流小葉片精加工刀路
圖8 葉輪零件VERICUT仿真驗(yàn)證結(jié)果
本文以葉輪零件為例,介紹了渦輪式葉輪零件的多軸加工工藝,應(yīng)用UG NX軟件對(duì)渦輪式葉輪零件多軸數(shù)控編程,以及應(yīng)用VERICUT軟件加工仿真,經(jīng) VERICUT仿真軟件加工驗(yàn)證,避免了實(shí)際加工過程中可能存在的碰撞和干涉,提高了葉輪零件的加工效率和表面質(zhì)量。