付大鵬,馬艷麗,張衛(wèi)華
(1.東北電力大學(xué)機械工程學(xué)院,吉林吉林132012;2.中國石油吉林石化公司,吉林吉林132002)
對于葉輪加工,傳統(tǒng)加工方法一般是鑄造成型后拋光,該加工方法存在模具復(fù)雜,且葉片精度難保證,葉片強度低,動平衡性較差,生產(chǎn)周期也比較長等缺點[1]。當(dāng)今數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展迅速,多軸聯(lián)動數(shù)控機床也相繼問世,在國外渦輪增壓器葉輪一般是用五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工,在國內(nèi)由于受到設(shè)備的限制,針對五軸加工起步比較晚。本文通過對整體葉輪進行分體加工,而如何應(yīng)用四軸加工中心加工出高質(zhì)量的葉片有著重要意義。
葉片分段加工是指把一個葉片劃分成幾段,對每一段分別進行加工,在加工各段時根據(jù)變形情況選擇適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù),其難度就在于使葉根部和葉端部薄厚誤差及由于加工時“讓刀”帶來的誤差最小,且葉片整體變形最小。本文采用Cimatron E軟件對葉片進行數(shù)控加工編程和模擬仿真,根據(jù)葉片的外形結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒?,方便快捷,在模擬仿真中檢驗程序的正確性,以便及時更改[2]。
渦輪增壓器整體葉輪由多個大扭曲超薄葉片組成,葉片形狀如圖1所示,葉片的厚度僅有1.5~2 mm厚,且剛度小。在加工時很容易變形,減小加工中的變形是本文的加工重點和難點。為了提高加工效率,保證加工質(zhì)量,先在車床上車削加工出基準面和葉片的基本毛坯,而后在四軸機床上進行葉片的分段加工。
圖1 葉片圖
應(yīng)用Cimatron E軟件對葉片進行加工編程和反復(fù)模擬仿真,再加上對實際加工條件和要加工零件的外形結(jié)構(gòu)不同的考慮,分別選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒ê颓邢鲄?shù)[3],根據(jù)以上分析,現(xiàn)將葉片的加工分為粗加工、半精加工、精加工(1)、精加工(2)。
粗加工又分為葉片正面整體粗加工和葉片反面整體粗加工,葉片正面整體粗加工刀路軌跡如圖2所示,為提高葉片加工效率,該粗加工選擇相對較大的切削用量和較大直徑的球頭銑刀。
為了減小加工中葉片型面時的變形,粗加工后先對葉片邊沿進行精加工,采用CimatronE軟件中的“流線銑-3軸零件曲面”,之后對葉片型面進行半精加工和精加工(1)、精加工(2)。
圖2 葉片正面整體粗加工
葉片型面的半精加工和精加工都采用Cimatron E軟件中的“高級五軸-航空銑”,為了使刀路軌跡在兩曲線之間分布均勻美觀,也為了提高加工效率,銑削方式都為“兩曲線之間仿形銑”。綜合考慮葉片加工變形和工件的表面質(zhì)量,加工時進刀點都從葉片最寬部進刀,且半精加工和精加工(1)采用葉片分段加工,葉片前端部采用較小的切削參數(shù),而靠近輪轂的葉片后根部采用較大的切削參數(shù),半精加工葉片前端部刀路軌跡如圖3所示,精加工(2)刀路軌跡如圖4所示
圖3 半精加工葉片前端部
圖4 精加工(2)葉片整體
后置處理是根據(jù)機床的具體參數(shù)及控制系統(tǒng)將刀位軌跡轉(zhuǎn)化成對應(yīng)機床所能識別的G代碼。Cimatron E提供了3~5軸的后置處理模塊,簡單快捷。將各個工序的程序分別進行后置處理,個個程序段相互獨立,可以檢查所生成的刀路軌跡是否合理及刀具是否會產(chǎn)生碰撞和過切現(xiàn)象,從而再對加工過程中出現(xiàn)的種種問題進行分析,可以隨時進一步修改和調(diào)整[4]。
在沒有進行分段加工時,變形很大,加工出來的葉片根部與端部的厚度差竟然有0.5~0.8 mm左右,而根據(jù)上述改進后再進行機床實驗加工,現(xiàn)在的厚度差只有0.05~0.08 mm,已經(jīng)達到了我們的要求,可見葉片分段加工可以很好地解決變形問題,如果葉片精度要求更高,可以再把葉片分成3段、4段,只要條件允許甚至可以分成更多段。實驗加工葉片成品如圖5所示。
圖5 加工出的葉片成品
該文應(yīng)用Cimatron E軟件對葉片進行數(shù)控編程和仿真加工,得到最優(yōu)的刀路軌跡,減少機床實驗加工中由于加工出廢品而造成的材料浪費,降低了成本,提高了效率,同時也彌補了人工編程的不足。針對實驗加工中葉片變形問題提出了葉片分段加工,作為一種新方法,它很大程度地減小了加工變形,同時對開發(fā)四軸機床利用潛力有著重要意義,也對復(fù)雜的薄曲面零件加工提供了很好的思路。
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