法拉利五軸機(jī)床在葉片加工中的應(yīng)用

——本文轉(zhuǎn)自中國(guó)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)
　　本文介紹了法拉利機(jī)床及其編程軟件的的特點(diǎn)，以及在葉片加工中的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際使用中取得很好的效果。 
1 前言
　　葉片是汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、軸流壓縮機(jī)等設(shè)備的核心部件之一，它起著將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用，汽輪機(jī)等設(shè)備效率的高低，很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。目前，國(guó)內(nèi)外大型汽輪機(jī)葉片的型面加工均采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，我們公司是汽輪機(jī)葉片專業(yè)化企業(yè)，在已經(jīng)引進(jìn)德國(guó)德馬吉、瑞士斯特拉格等五軸機(jī)床的基礎(chǔ)上，又購(gòu)買(mǎi)了意大利法拉利公司A175型五軸機(jī)床（見(jiàn)圖1）。
                              
                                            圖1 法拉利機(jī)床A175型五軸機(jī)床
　　意大利法拉利公司公司不僅提供了精度高，非常適合葉片加工的機(jī)床，還配套提供了使用方便、專用于葉片加工的CAM軟件TS30/80及數(shù)控加工程序模擬軟件Plo3D，因此在葉片加工行業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用。
2 法拉利A175機(jī)床簡(jiǎn)介
2.1 機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)
　　法拉利機(jī)床采用E580數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)采用連續(xù)的曲線沿著運(yùn)動(dòng)軌跡調(diào)整機(jī)床動(dòng)態(tài)性能，取保坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)始終得到監(jiān)控，以避免不需要的震蕩或振動(dòng)，所具有的“向前看”功能能使控制系統(tǒng)根據(jù)型面特點(diǎn)在線計(jì)算最佳進(jìn)給速度。“前置反饋”技術(shù)可使動(dòng)態(tài)跟蹤誤差接近為零。并且它的數(shù)控控制系統(tǒng)本身就是一臺(tái)PC電腦，與Windows2000操縱系統(tǒng)融為一體，界面直觀友好。
2.2 機(jī)床的配置
　　法拉利A175是一臺(tái)模塊化，高精度立式數(shù)控加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，在保證剛性的同時(shí)，盡可能減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量，使機(jī)床不但具有出色的高速性能，同時(shí)具備了很強(qiáng)的粗加工能力，工件毛坯可以從方鋼開(kāi)始，直至加工到拋光程度。A175經(jīng)過(guò)五坐標(biāo)五聯(lián)動(dòng)的配置，非常適合各種葉片的加工。 
　　機(jī)床床身為整體箱式鑄鐵結(jié)構(gòu)，無(wú)扭曲變形，無(wú)需地基。立柱的移動(dòng)集成了縱向、垂向的運(yùn)動(dòng)，滑枕作橫向運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)安裝面采用立式結(jié)構(gòu)，并固定安裝在床身上。 其坐標(biāo)行程X軸為1050mm，Y軸為520mm，Z軸為420mm，可以加工的最大葉片尺寸為L(zhǎng)700XΦ450mm，它有ABC共3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，A軸是旋轉(zhuǎn)平臺(tái)繞X軸360度旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），B軸位于右邊的分度頭繞Y軸-46度至+136度旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖3），C軸是擺頭繞Z軸-90度至+90度旋轉(zhuǎn)， 
                              
                             圖2 法拉利機(jī)床A軸和C軸的旋轉(zhuǎn)方式 
                              
                                 圖3 法拉利機(jī)床B軸的旋轉(zhuǎn)方式
3 編程軟件
3.1 TS30G
　　TS30G是法拉利公司用于葉片編程的二維CAD/CAM軟件，一般用于編寫(xiě)葉根葉冠部位的加工程序，是用一種類似BASIC高級(jí)語(yǔ)言的方式來(lái)編程，其語(yǔ)句分為幾何語(yǔ)句、技術(shù)語(yǔ)句和系統(tǒng)語(yǔ)句。
3.2 TS80C
　　TS80C為專用于葉片型面部分加工的軟件集成工具。將葉片加工主要分為三個(gè)部分，即葉身型面、葉根轉(zhuǎn)接型面和葉根轉(zhuǎn)接平臺(tái)；葉身型面和葉根轉(zhuǎn)接型面屬于同種加工類型（Aerofoil），不同的是葉身型面一般采用園鼻刀加工，刀具隨曲面法向左右擺動(dòng)，而葉根轉(zhuǎn)接型面一般采用球頭刀加工，加工時(shí)刀具傾斜成一固定角度；葉根轉(zhuǎn)接平臺(tái)加工分成兩種；一種是用帶錐度的球刀側(cè)刃靠上葉根平臺(tái)側(cè)母線直接銑削（Root），另一種是用球刀插補(bǔ)加工（Interpolate Root）。
3.3 Plo3D軟件
　　用TS30/80編好程序后，最好在Plo3D軟件中對(duì)刀軌進(jìn)行模擬，查看刀具軌跡是否公道，是否過(guò)切等。一般的CAM軟件是在計(jì)算出刀軌就進(jìn)行模擬，然后再后處理天生加工程序，至于后處理出來(lái)的程序?qū)Σ粚?duì)就要通過(guò)第三方的模擬軟件才能知道。Plo3D軟件是直接對(duì)機(jī)床使用的NC代碼進(jìn)行模擬，除了單步檢查外，還可以導(dǎo)進(jìn)加工零件、毛坯以及夾具等的模型，對(duì)多道加工程序進(jìn)行整體模擬，這樣就可以看出前后工序間留的余量是否均勻，銜接是否公道。
4 在葉片加工中的應(yīng)用
4.1 實(shí)現(xiàn)本地加工
　　法拉利機(jī)床有3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)床就顯得很靈活，可以加工一些一般的五軸機(jī)床不能加工的部位，比如打中心孔，銑錐度回轉(zhuǎn)夾具，這樣就可以實(shí)現(xiàn)本地加工，即在同一臺(tái)機(jī)床上加工夾具，再用此夾具加工工件，可以保證較好的裝夾精度。
4.2 改裝機(jī)床做大葉片
　　法拉利機(jī)床X軸行程為1050mm，可以加工的工件最大長(zhǎng)度為700mm，最大直徑為：Φ450mm，考慮到毛坯、夾具和轉(zhuǎn)接盤(pán)等因素，終極可以做的葉片尺寸應(yīng)該是在500mm以下，公司可以生產(chǎn)大葉片的機(jī)床有限，而大葉片的生產(chǎn)任務(wù)有很緊，就請(qǐng)法拉利公司的維修工程師將右側(cè)的驅(qū)動(dòng)裝置往右移了大約200mm，固然使B軸超出了可編程的坐標(biāo)系，但是我們可以做U625這樣的大葉片，以解生產(chǎn)的燃眉之急。從中我們也可體會(huì)到該機(jī)床的適用性比較廣。
4.3 葉片型面部分的加工       
　　葉片的外形固然千差萬(wàn)別，但它都有一些共性的特征，如：葉片軸心、葉身型面、葉根平臺(tái)輪廓、葉根平臺(tái)側(cè)母線等（見(jiàn)圖4），TS80從葉片造型中讀取這些特征就可以很方便地進(jìn)行葉片型面部分的編程和加工。 
                              
                                          圖4 葉片型面部分的特征
4.4 直接在機(jī)床上修改程序
　　對(duì)于比較規(guī)則的幾何外形，配正當(dāng)拉利機(jī)床特定的G代碼（G56）定義所要加工的面，在調(diào)試時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)值可以在機(jī)床上很快找到要修改的值（見(jiàn)圖5），不必知道這個(gè)值應(yīng)該是多少，只要知道該吃多少或放多少就可以了，熟練的操縱工就可以修改，大大進(jìn)步了調(diào)試的效率。 
                              
                                         圖5 直接在機(jī)床上修改程序
4.5 系列化的葉片編程
　　現(xiàn)在很多葉片產(chǎn)品都是成系列化的，外形大致相同，只是尺寸不同，在中可以通過(guò)對(duì)各種尺寸設(shè)置變量，不同的產(chǎn)品只要對(duì)變量進(jìn)行不同的賦值，而基本的走刀指令不用更改，就可以實(shí)現(xiàn)系列化的葉片編程，進(jìn)步編程的效率。
　　下面列出的是TS30編程的片斷：
    …
    #TD,20
    #RI,1.6
    FOR,#K,1,55,1
    PF#K,PF#K,MY
    NEXT
    …
    E,MILL,FA1,PF201,ZR13,ZA#Z,INCZ#DZ,DZ15,OFF#D,RA100,CL10,D#
TD,RI#RI,FR#FR,SS#SS
　　從中我們可以看出TS30是一套數(shù)控編程的高級(jí)語(yǔ)言，給與編程員很大的自由發(fā)揮空間，熟練運(yùn)用各種語(yǔ)句，可以編出很好的程序，當(dāng)然相應(yīng)的要花較多的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)把握這種語(yǔ)言的使用方法。
5 結(jié)束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，法拉利機(jī)床在葉片加工方面的表現(xiàn)不錯(cuò)，精度高，輕易把握，還提供多種接口，方便實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的傳送，在編程方面，TS30/80也很專業(yè)方便。有一點(diǎn)要留意的就是它的剛性不足，不能承受很大的切削量，一般切深是0.5mm~1.0mm,，總體感覺(jué)法拉利機(jī)床很靈巧，非常適合精加工，在實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn)公道使用機(jī)床和加工參數(shù)，讓機(jī)床發(fā)揮出更大的效益。