五軸銑削加工葉輪

　　葉輪既指裝有動(dòng)葉的輪盤。葉輪的常用材料有鑄鐵，青銅，不銹鋼，錳青銅，蒙乃爾合金，INCONEL,及非金屬材料。

　　對(duì)葉輪的加工要求：1)能給出較大的能量頭;(2)氣體流過葉輪的損失要小，即氣體流經(jīng)葉輪的效率要高;(3)氣體流出葉輪時(shí)各參數(shù)合宜，使氣體流過后面固定元件時(shí)的流動(dòng)損失較小;(4)葉輪型式能使級(jí)或整機(jī)性能曲線的穩(wěn)定工況區(qū)及高效區(qū)范圍較寬。因此對(duì)葉輪的銑削加工必須采用五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床技術(shù)。

　　第一步:葉片型面銑削

　　葉片型面銑削采用錐形環(huán)形刀(直徑3mm，切削刃長(zhǎng)度30mm)，見圖2.某葉輪單個(gè)葉片型而加工采用的解決方案—2曲線之間仿形銑，刀具銑削范圍控制在兩曲線之間，切削類型的選用“取決于切削數(shù)量”，通過切削數(shù)量控制切削量，從而產(chǎn)生切削路徑，見圖3。切削方式為“單一路徑”，定義單‘向加上的類型為“順時(shí)針”，以上2個(gè)參數(shù)可根據(jù)工藝要求進(jìn)行定義，同時(shí)也應(yīng)考慮葉片的具體形狀，見圖4.

　　1、定義幾何

　　選取葉片外側(cè)邊緣作為“第一”曲線，選取葉片內(nèi)側(cè)邊緣作為“第二”曲線，選取兩葉片之間的曲面為“導(dǎo)動(dòng)曲面”，以上3項(xiàng)為必選項(xiàng)，是產(chǎn)生“代碼”的基本要求。

　　“第一”曲線以空間的輪廓對(duì)曲面加工軌跡進(jìn)行限制，使軌跡在限制區(qū)域1內(nèi)進(jìn)行加下;“第二”曲線以空間的輪廓對(duì)曲面加工軌跡進(jìn)行限制，使軌跡在限制區(qū)域2內(nèi)進(jìn)行加工;“導(dǎo)動(dòng)曲面”定義產(chǎn)品上被加工曲面對(duì)象，見圖5。

　　2、定義刀軸控制

　　刀軸傾斜方式定義為“根據(jù)切削方向傾斜”，考慮到需要利用刀具側(cè)刃進(jìn)行加工，所以，此時(shí)需要對(duì)刀軸矢量進(jìn)行合理的控制。采用根據(jù)切削方向傾斜的方式，這樣刀具沿著曲面形狀的自然走向產(chǎn)生刀具路徑，用這樣的刀具路徑加工出來的零件更加光滑。將“在切削方向一側(cè)傾角”設(shè)置為85°，這主要是考慮到切削刀具的錐角(利用銑刀的側(cè)刃對(duì)空間的曲面進(jìn)行加工，能大幅度提高曲面的精加工效率)見圖6.

　　注意上面的數(shù)值85°，這將使得機(jī)床在不停地旋轉(zhuǎn)觀察機(jī)床模擬。這里所提到的旋轉(zhuǎn)是由于干涉檢查而產(chǎn)生的，當(dāng)我們采用80°或85°時(shí)，觀察刀具變化及機(jī)床模擬中機(jī)床的變化，并進(jìn)行比較。刀具錐角變換為2.5°，重新進(jìn)行設(shè)置而比較之間差異。

　　3、定義干涉檢查

　　定義第一干涉檢查選項(xiàng):選擇導(dǎo)動(dòng)曲面作為干涉檢查曲面，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將被加下曲面作為干涉檢查面。這種情況的應(yīng)用主要是為了解決扭曲導(dǎo)動(dòng)面在被加工后與刀具發(fā)生干涉的現(xiàn)象，見圖7。

　　定義第二干涉檢查選項(xiàng):再次選擇兩葉片之間曲面作為第二干涉檢查曲面，刀具發(fā)生干涉將“沿著刀軸方向縮進(jìn)”，檢查曲面是指用于空間曲面加工時(shí)刀具的干涉面，見圖8。

　　4定義連刀

　　在安全范圍內(nèi)定義連刀類型為“與Z軸平行圓柱”。由于通過X0,Y0,ZO點(diǎn)并且平行于Z軸，所以刀路之間過渡方式將以半徑為1OOmm,軸線通過0點(diǎn)且平行于7軸的圓柱進(jìn)行連接，見圖10。在第一進(jìn)刀中選擇“使用進(jìn)刀宏指令”，在最后退刀點(diǎn)中選擇“使用退刀宏指令”，進(jìn)刀宏程序類型為“圓弧相切”，圓弧掃掠設(shè)置為45°，通過以上設(shè)置可以對(duì)刀路軌跡的進(jìn)刀、出刀進(jìn)一步控制，見圖11-14。

　　進(jìn)退刀具有相同的宏指令設(shè)置，所以在葉片加工的刀具路徑中必然產(chǎn)生相同的結(jié)果(每層都相同)，見圖15。

　　第二步:加工兩葉片中間區(qū)域

　　加工兩葉片中間區(qū)域時(shí)，選用球頭刀(直徑3mm)，曲面路徑為“2曲面之間仿形銑”，見圖1。切削方式為"Z型銑削”，切削順序?yàn)椤坝蓛?nèi)向外”，見圖2。兩葉片相對(duì)曲面分別定義為“第一”曲面與“第二”曲面，兩葉片之間曲面定義為“驅(qū)動(dòng)曲面”，見圖3.

　　1、定義刀軸控制

　　刀軸將“通過曲線傾斜”，見圖4,曲線靠近類型為“靠近點(diǎn)”，在兩葉片外邊緣間建立“傾斜曲線”，見圖5。建立曲線的方法是在頂端利用兩葉片面的輔助面建立一條邊緣曲線。以空間的輪廓對(duì)曲面加工軌跡進(jìn)行限制，使軌跡在限制區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加工，進(jìn)而控制刀具的軌跡范圍。

　　2定義干涉檢查

　　選擇刀具“切削刃”參與干涉檢查，同樣鉤選“導(dǎo)動(dòng)曲面”、“檢查曲面”，見圖6。檢查曲面分別為兩葉片的內(nèi)側(cè)曲面(也就是前面提到的“第一”曲面、“第二”曲面)，當(dāng)然必須再次選擇兩曲面。當(dāng)鉤選‘導(dǎo)動(dòng)曲面’面。

　　3定義連刀

　　定義第一進(jìn)刀為“使用進(jìn)刀宏指令”，定義最后退刀點(diǎn)為“使用退刀宏指令”，見圖7，所有切片之間連刀都采用“混合樣條線”光滑連接，見圖8。進(jìn)刀宏程序采用“垂直切向半徑”，圓弧掃掠為10º，見圖9，這樣產(chǎn)生的進(jìn)刀與出刀軌跡近似于一條直線，見圖l0.

　　第三步:精加工中刀軸的控制

　　定義空間曲線是一種很好控制刀軸的方式，它可以讓您定義的刀具路徑非常光順，并且可以大大縮短計(jì)算時(shí)間。但是，定義空間曲線需要有非常豐富的實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，需要熟悉CAD指令以及需要了解五軸航空銑的相關(guān)功能，Cimatron系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具的擺動(dòng)方向以避免干涉碰撞的發(fā)生。

　　選擇導(dǎo)動(dòng)曲面作為干涉檢查面，并定義刀具路徑產(chǎn)生類型，公差設(shè)置為1.6，在這里預(yù)留0.1的量，也就是在最后清根時(shí)加工的余量，如圖1所示。

　　為避免加工不到位的h}況的發(fā)生，我們使刀其路徑在切人/切出的地方做10mm的延伸，這樣就可以避免這類情況的發(fā)生，如圖2所示，將刀具直徑的百分比的數(shù)值設(shè)為10。該程序得到的結(jié)果如圖3所示。

　　第四步:基于精加工基礎(chǔ)上粗開程序的刀路控制

　　在精加工的基礎(chǔ)上，我們會(huì)很容易地利用毛坯分層建立粗加工程序，首先拷貝最后，段程序，粗加工銑削設(shè)置如圖4所示。

　　在開粗刀路中，分別定義層數(shù)與間距進(jìn)而定義加工刀路中的層數(shù)與間距，這里的間距是兩層之間的3D距離，在這見你也可以定義精加工刀路。

　　在曲面路徑中定義導(dǎo)動(dòng)曲面，取消原導(dǎo)動(dòng)曲面，選擇剛剛建立的新回轉(zhuǎn)曲面。單擊“高級(jí)”選項(xiàng)，選擇“在前側(cè)產(chǎn)生刀路”，如圖5所示。如果這個(gè)選項(xiàng)沒有被選中，那么刀路將在整個(gè)葉片中產(chǎn)生。這個(gè)對(duì)話樞也同樣可以用來定義刀路與曲面之間的角度。

圖5刀路與曲面之間的角度設(shè)定

　　計(jì)算該程序段，得到粗加工+精加工刀具路徑，如圖6所示。

　　第五步:添加毛坯，優(yōu)化粗開刀具路徑

　　在每個(gè)程序段中添加毛坯，對(duì)刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化。在葉片之間建立3個(gè)曲面，并利用這3個(gè)面來定義毛坯，葉片如圖7所示。

　　調(diào)整葉片的透明度，這樣可以方便對(duì)毛坯的觀察，選取，我們可以看到會(huì)產(chǎn)生很多刀路軌跡，見圖8。

　　除零件外，還有很多沒有參加切削的刀路，現(xiàn)在通過簡(jiǎn)單的設(shè)置來取消這些毛坯以外的刀路�？截惿隙纬绦虿�對(duì)其進(jìn)行編輯，打開“毛坯定義”選項(xiàng)，選擇你剛才定義的毛壞曲面，如圖9所示。最后，計(jì)算該程序得到刀路軌跡，如圖10所示。

　　如果你看到在空間連接的刀路軌跡(毛坯定義后)，這就說明你定義的毛坯在刀路運(yùn)算時(shí)起了一定的作用，如果你對(duì)這樣的連接方式不滿意，可以在“連刀”中更改相應(yīng)參數(shù)，直至得到滿意的效果。