離心壓氣機(jī)葉輪高精度五軸數(shù)控加工技術(shù)研究

【摘要】本文從離心壓氣機(jī)的葉輪五軸數(shù)控加工工藝入手，分析離心壓氣機(jī)的葉輪五軸數(shù)控產(chǎn)生的多種加工誤差，并通過加工試驗(yàn)來探討五軸數(shù)控加工技術(shù)的準(zhǔn)確性、可行性。

【關(guān)鍵詞】離心壓氣機(jī)；五軸數(shù)控；加工技術(shù)

一、離心壓氣機(jī)的葉輪五軸數(shù)控加工工藝分析

1.1加工順序

1.1.1粗加工流道：一方面，由于流道中間窄，出口、進(jìn)口部位很寬，在實(shí)際中，我們習(xí)慣將在粗加工時(shí)把流道劃為三段，在寬處使用直徑大的到，窄處使用直徑小的刀，這樣能提高加工效率。另一方面，流道很深，因此我們要分若干層來銑削，還應(yīng)控制好每層切削的深度。

1.1.2精加工葉片曲面：要提高加工質(zhì)量，就必須分析刀具切削特點(diǎn)，采取順銑的方式進(jìn)行加工。

1.1.3精加工輪轂曲面：從入口進(jìn)刀，從上到下，加工要從流道順著流線方向進(jìn)行。按照?qǐng)D紙要求還應(yīng)計(jì)算出軌跡之間的最大殘留高度的最大軌跡數(shù)。

1.2加工方式及其刀具

1.2.1加工方式。不同的葉輪曲面，加工形式也有所不同，運(yùn)用側(cè)銑的方式對(duì)直紋面葉片進(jìn)行加工，端銑的方式對(duì)輪轂曲面進(jìn)行加工。

1.2.2加工刀具。加工葉輪數(shù)控時(shí)，刀具可以靈活使用，較為普遍的工具是圓錐球頭銑刀、圓環(huán)面立銑刀、圓柱球頭銑刀等，我們也可運(yùn)用其他特殊的銑刀來加工，這樣能提高實(shí)際的加工效率。針對(duì)不同的被加工葉輪材料，刀片材料也要分開選擇，一般來說，這些刀片材料都要選擇硬質(zhì)合金、高速鋼等材料的。此外，明確刀具參數(shù)也是很關(guān)鍵的一部。為使加工效率以及刀具剛度得到提升，葉片流道的大小不同，我們可盡量選直徑大的銑刀進(jìn)行粗加工，精加工流到葉片時(shí)，盡量用直徑較小的球頭錐度立銑刀，這樣也能提高加工效率及刀具的剛度。

1.3路徑生成方式葉輪加工絕大多數(shù)時(shí)間都是被輪

轂曲面粗加工占據(jù)了的，因此，我們要合理設(shè)計(jì)刀具路徑的生成形式，以提高葉輪的加工效率。粗加工輪轂曲面時(shí)，要使用不同刀具路徑生成形式，如外援等距生成形式、輪轂等距生成形式等。參數(shù)形式相同的刀具路徑，在加工時(shí)切削連續(xù)，不過它的加工效率不高。剩下的兩種形式加工效率相對(duì)較高，切削路徑的長(zhǎng)度也要短些。

二、離心壓氣機(jī)的葉輪五軸數(shù)控的加工誤差分析

2.1機(jī)床誤差

機(jī)床運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的誤差即為機(jī)床誤差，主要變現(xiàn)為機(jī)床的熱變形與幾何誤差，伺服系統(tǒng)、插補(bǔ)器的跟隨誤差等。以下將要分下下其中的插補(bǔ)誤差：從理論上說，當(dāng)?shù)毒咴趦蓚€(gè)相連的刀位間工作時(shí)，刀心走的應(yīng)該是直線，如果刀具的刀軸方向沒變，只有三軸聯(lián)動(dòng)，那么此時(shí)刀心的運(yùn)動(dòng)路徑為同一根的直線，如果刀軸方向改變了，即便控制系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)其做了線性插補(bǔ)，不過上刀心與工件運(yùn)動(dòng)路線不是直線，期間也會(huì)產(chǎn)生插補(bǔ)誤差。

2.2工藝誤差

這種誤差也叫讓刀誤差，即在切削時(shí)，零件或刀具在切削力的影響下發(fā)生變形，使之出現(xiàn)加工誤差，這種變形氛圍零件變形與刀具變形兩種。加工葉輪時(shí)，由于兩片葉中間的通道較窄、很深，因此建議用細(xì)長(zhǎng)型的刀具，剛度適中，否則的話加工時(shí)會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致刀具前后端產(chǎn)生讓刀量差異，這種現(xiàn)象帶來的結(jié)果是，葉片的根部型值被改變。此外，因葉輪葉片不夠厚，加工處理時(shí)極易變形，影響了葉輪的加工精度，實(shí)際加工型值跟理論編程也會(huì)不一樣。

2.3側(cè)銑加工誤差

由于此葉輪的葉片曲面是不可展直紋面，其端點(diǎn)位置的兩法矢不同，與可展直紋面的加工方式也會(huì)不一樣。鑒于此，使用側(cè)銑加工很容易產(chǎn)生過切現(xiàn)象，兩法矢與刀具半徑間夾角會(huì)影響其過切量。從幾何理論角度分析，可展直紋面在側(cè)銑加工時(shí)，應(yīng)選擇圓柱銑刀，其接觸線為直線，如果是不可展直紋面，它的接觸線則為曲線，加工時(shí)也容易發(fā)生過切的現(xiàn)象。

2.4其它加工誤差

其他形式的加工誤差，如工件裝夾時(shí)，同軸度誤差及三維建模時(shí)出現(xiàn)的曲面模型逼近誤差等。

三、離心壓氣機(jī)的葉輪五軸數(shù)控的加工試驗(yàn)

3.1葉輪數(shù)控加工工藝

隨著三元流技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，葉輪的葉片形狀變得更復(fù)雜，要做好這一工作，我們需要進(jìn)行五坐標(biāo)數(shù)控加工。下面就拿315mm 直徑的分流長(zhǎng)短葉片離心壓氣機(jī)的葉輪進(jìn)行分析，它的數(shù)控加工工藝主要分為：

3.1.1粗加工葉輪：分區(qū)、分層粗銑相鄰葉片間的流道。

3.1.2精加工與清根加工葉輪：葉型的清根加工與精加工都發(fā)生在同一次加工過程中，主要有短葉片吸力面、短葉片壓力面、長(zhǎng)葉片吸力面、長(zhǎng)葉片壓力面精加工及輪轂曲面的精加工。

3.2壓氣機(jī)葉輪的三維建模

在葉輪的數(shù)控程序中，順著曲面模型來生成刀具的路線，對(duì)典型零件的葉輪進(jìn)行曲面建模，而后根據(jù)教算法與曲面等距，計(jì)算出葉輪刀位數(shù)據(jù)。對(duì)葉輪零件進(jìn)行曲面建模時(shí)，應(yīng)做到從點(diǎn)到線再到面，而后確定幾何建模過程。1.在利用旋轉(zhuǎn)曲面的基礎(chǔ)上形成葉片曲面外的表面。2利用樣條曲線命令，使之生成直紋曲面的葉片準(zhǔn)線。3.運(yùn)用直紋曲面命令，使之生成使葉片曲面。4.運(yùn)用陣列命令，使之生成其它葉片，保持葉輪曲面模型的完整性。通過上面的幾何建模過程，及繪制葉輪曲面模型，加工仿真葉輪時(shí)要運(yùn)用零件實(shí)體模型，來進(jìn)行曲面模型建模，通過布爾運(yùn)算與曲面縫合等步驟，使之最后生成葉輪的實(shí)體模型。

3.3葉輪數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)仿真

要保證葉輪數(shù)控的加工質(zhì)量，就應(yīng)合理選擇生成刀具的軌跡。數(shù)控加工復(fù)雜零件時(shí)，運(yùn)用編程工具生成的加工程序，所用的刀具與工件必須相對(duì)獨(dú)分離，走刀線路是不是合理等情況，很多編程人員都會(huì)始料不及。零件加工過程要運(yùn)用刀位仿真的方式，檢查刀位軌跡的合理性。在仿真前應(yīng)先處理文件，刀位的格式要求應(yīng)同文件相同。

3.4機(jī)床試切的加工試驗(yàn)

要驗(yàn)證刀具軌跡的生成算法與后處理算法是否準(zhǔn)確，我們可通過建立石蠟?zāi)Ｐ蛠頊y(cè)試。首先，合理選擇加工坐標(biāo)系。由于壓氣機(jī)的葉輪跟回轉(zhuǎn)軸對(duì)稱有關(guān)，因此葉輪裝夾位置為C軸回轉(zhuǎn)軸與葉輪回轉(zhuǎn)軸同軸。由此可見，我們要只需先編寫流道加工程序，讓后調(diào)整C軸轉(zhuǎn)角度數(shù)的設(shè)置，這樣就可將其他流道加工出來。編程時(shí)，要選擇葉輪回轉(zhuǎn)軸與Z軸同軸的坐標(biāo)系。刀位文件的后處理，如果刀具路徑正確，即可對(duì)刀位文件進(jìn)行后處理，然后得到數(shù)控程序。再試切驗(yàn)證葉輪短葉片和與它相鄰長(zhǎng)葉片數(shù)控程序。

結(jié)語

數(shù)控加工是五軸數(shù)控加工重要的研究方向，本文分析五軸數(shù)控加工技術(shù)并結(jié)合機(jī)床試切的加工試驗(yàn)，說明該測(cè)量利于保證和提高葉面質(zhì)量及加工精度，還能發(fā)揮出五軸數(shù)控機(jī)床加工的性能。

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