葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)

陳依德

摘 要：片多軸數(shù)控切割技術(shù)具有切割的精度高的特點(diǎn)，而且對(duì)于整機(jī)的動(dòng)態(tài)性能其也有較為良好的特性。目前已經(jīng)主要的在大型風(fēng)電葉片的切割制造中得到廣泛的應(yīng)用。本文將從風(fēng)力機(jī)葉片的葉型特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)其在葉片數(shù)控切割中的每一個(gè)階段以及應(yīng)用的技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行著重的論述。

關(guān)鍵詞：片切割；數(shù)控；割技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：V263.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0093-01

機(jī)床在工作過(guò)程中由于動(dòng)態(tài)切削力的存在，往往會(huì)使得主要的零部件和整機(jī)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，尤其是會(huì)對(duì)機(jī)床的切割性能和精度造成影響因素之一，因此整機(jī)動(dòng)態(tài)性能的穩(wěn)定性往往是葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)中所追求的，本文將對(duì)葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的論述。

1 風(fēng)力機(jī)葉片

風(fēng)力機(jī)葉片是進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中比較重要的組成部分，其一般是由復(fù)合材料經(jīng)過(guò)模具而成的薄殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上分為外殼、根部、龍骨三個(gè)部分。風(fēng)力機(jī)葉片的類(lèi)型包括平頭、鉤頭、尖頭、帶襟翼的尖部等。在進(jìn)行風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中，常見(jiàn)的難點(diǎn)包括葉型的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、疲勞、噪聲設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)。風(fēng)力機(jī)葉片屬于大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，每一個(gè)葉片的90%都是由復(fù)合材料組成，并且包括葉片。如圖1所示。

2 葉片切割過(guò)程規(guī)劃

目前，葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)在航空、能源、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且葉片形狀趨于復(fù)雜性，三坐標(biāo)、四坐標(biāo)機(jī)床已經(jīng)無(wú)法更好的滿足葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)需求，因此研發(fā)出了五軸聯(lián)動(dòng)葉片切割技術(shù)，該切割效率是四坐標(biāo)機(jī)床的一倍，切割葉片零件可以比三軸機(jī)床切割節(jié)省二十多道工序，比四軸機(jī)床節(jié)省十幾道工序。葉片脫模后，由于帶有多余的飛邊的，需要放在固定的切割支架上進(jìn)行切割的，切割完之后每個(gè)葉片的切割支架放的位置是固定的，切割支架高度也是固定的。目前常用的切割技術(shù)是人工手動(dòng)切割，就是工人拿著切割機(jī)，手動(dòng)進(jìn)行切割飛邊，但是該方式切割速度慢，而且危險(xiǎn)性大，無(wú)法確保切割后葉片曲面的完整性，進(jìn)而可能會(huì)影響風(fēng)機(jī)的發(fā)電量，因此引入了葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)，其具有切割的精度高的特點(diǎn)。但是切割之前需要通過(guò)多軸數(shù)控切割設(shè)備，進(jìn)行零點(diǎn)的確認(rèn)和軌跡的掃描，其主要目的是為了找出葉片切割線，避免小車(chē)高度或其他因素的影響，通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)行零點(diǎn)確認(rèn)之后，就可以采用多軸數(shù)控切割技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行切割處理了。

3 葉片的數(shù)控切割的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 刀具路徑的規(guī)劃

葉片作為一種自由曲面，往往利用三坐標(biāo)切割方式中的行切和環(huán)切，目前這兩種走刀方式都已經(jīng)在CAM軟件之中應(yīng)用的非常成熟，在實(shí)際的生產(chǎn)制造中，得到了非常廣泛的應(yīng)用。在此類(lèi)走刀方式的軌跡拐角處增加圓弧走刀的軌跡，則會(huì)使得刀具的軌跡實(shí)現(xiàn)光滑且平穩(wěn)，則可以作為高速切削軌跡。許多的文獻(xiàn)都曾經(jīng)在規(guī)劃葉片切割刀具路徑時(shí)主要的考慮了葉片的幾何準(zhǔn)確性和誤差的等級(jí)，而在實(shí)際的生產(chǎn)操作中，我認(rèn)為可以在研究葉輪的數(shù)控切割的時(shí)候增加葉輪片的受力方向的考慮從而來(lái)對(duì)刀具的路徑進(jìn)行規(guī)劃，這樣做可以適當(dāng)?shù)脑黾尤~輪片的使用性能。

3.2 刀具軌跡的計(jì)算

目前針對(duì)自由曲面的刀具軌跡的計(jì)算，是基于刀具和工件具有單一觸點(diǎn)的假設(shè)為基礎(chǔ)的。有主曲率匹配算法和密切曲率法等，但是這些算法采用微分幾何數(shù)學(xué)工具和獲得更寬的切割帶寬往往存在著矛盾，因此基于兩個(gè)切觸點(diǎn)的刀位算法便由此而生，這種方法可以獲得更寬的切割帶寬，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。吳寶海先生等人針對(duì)自由曲面葉輪的四坐標(biāo)的切割，結(jié)合機(jī)床的生產(chǎn)特點(diǎn)，提出了一種刀軸矢量的確定方法，可以使得五坐標(biāo)切割的理論和方法同時(shí)適用在四坐標(biāo)的切割中，因?yàn)槠淇梢耘c葉片的成型設(shè)計(jì)計(jì)算方法相結(jié)合，使得設(shè)計(jì)計(jì)算和切割的計(jì)算更為便利，因此在目前得到了廣泛的應(yīng)用。

3.3 葉片的變形控制

葉片變形的控制在整個(gè)葉片的多軸數(shù)控切割中，是最后一部分，是影響葉片數(shù)控的切割效率、切割的精度以及表面質(zhì)量的關(guān)鍵性制約因素之一。傳統(tǒng)的方法都是利用手工的拋光的方法來(lái)去除精切割中的余量，這種方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，工作效率極低，逐漸的被淘汰，目前主要都是通過(guò)精密數(shù)控的切割技術(shù)來(lái)切割葉片，從而使得葉片的余量不需要人工的去除，可以通過(guò)機(jī)器自行完成。采用合理的切割方式對(duì)于減小切割變形的效果也是一定的控制效果的。

4 結(jié)語(yǔ)

葉片制造作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，需要我們對(duì)于葉片多軸數(shù)控切割的過(guò)程中的每一個(gè)階段都做到提升，需要每一個(gè)環(huán)節(jié)都做到不斷的改善和提高。我們應(yīng)該在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中，利用所學(xué)的知識(shí)，不斷的勇于創(chuàng)新，不斷的深入研究，不斷的對(duì)其進(jìn)行改善，使得風(fēng)力機(jī)葉片的多軸數(shù)控技術(shù)符合當(dāng)下乃至未來(lái)對(duì)于葉片的要求，為我國(guó)的風(fēng)力機(jī)葉片的發(fā)展提供強(qiáng)力的保障。