机械制造加工工艺工序卡(叶轮零件制造的过程中流道和叶片的具体加工方法)

文案|炎左

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整体叶轮加工编程过程

整体叶轮的编程过程分为四步：粗加工流道一粗加工叶片面一精加工叶片面一精加工流道。图5-1所示为叶轮零件毛坯图，图5-1B和图5-1C为叶轮的粗加工图，图5-1D为叶轮的精加工图。

如图5-1所示为整体叶轮的加工编程总的过程：

整体叶轮流道的粗加工和精加工

流道粗加工选择刀具为BR4球刀，2°锥度无涂层硬质合金立铣刀，刃数为2刃，切削参数为S=6500R/MIN，F=1500MM/MIN，分层切削每刀切深2MM。加工余量留0.3MM。如图所示5-2为其加操作轨迹图。

从图5-2可以看出此项操作驱动方法采用“表面积”驱动，选择流道曲面为驱动表面，投影矢量采用“垂直与驱动体”，刀轴控制釆用朝向点，选择流道外的一点为基准点。设置切削参数为多层切削，每次2MM分13层。设置非切削移动为进刀类型为“圆弧相切逼近”，退刀类型为“与进刀相同”。做好一流道刀具轨迹后，在刀具轨迹选择“对象”一“变换”一类型“圆形阵列”将其圆周阵列9等份中8份。得到如图5-2所示的刀具轨迹。

流道精加工选择刀具为BR5球刀，无涂层硬质合金立洗刀，刃数为2刃，切削参数为S=8500R/MIN，F=1500MM/MIN，加工余量留0MM。如图5-5所示为其加操作轨迹图。

从图5-5可以看出此项操作驱动方法釆用“表面积”驱动，选择流道曲面为驱动表面，投影矢量采用“垂直与驱动体”，刀轴控制采用朝向点，选择流道外的一点为基准点。设置非切削移动为进刀类型为“圆弧相切逼近”，退刀类型为“与进刀相同”。做好一流道刀具轨迹后，在刀具轨迹选择“对象”一“变换”一类型“圆形阵列”将其圆周阵列9等份8中份。得到如图5-5所示的刀具轨迹。

整体叶轮叶片的粗加工和精加工

叶片粗加工选择刀具为BR4球刀，2°锥度无涂层硬质合金立统刀，刃数为2刃，切削参数为S=6500R/MIN，F=1500MM/MIN，分层切削每刀切深0.2MM。加工余量留0.2MM。如图5-3所示为其加操作轨迹图。

从图5-3可以看出此项操作驱动方法采用“表面积”驱动，选择叶片曲面为驱动表面，投影矢量采用“垂直与驱动体”，刀轴控制采用“侧刃驱动体”，设置切削参数为多层切削，每0.5MM，分4层。设置非切削移动为进刀类型为“线性”，退刀类型为“与进刀相同”。做好一叶片刀具轨迹后，在刀具轨迹选择“对象”一“变换”一类型“圆形阵列”将其圆周阵列9等份中8份。得到如图5-3所示的刀具轨迹。

叶片精加工选择刀具为BR5球刀，无涂层硬质合金立铣刀，刃数为2刃，切削参数为S=8000R/MIN，F=1500MM/MIN，分层切削每刀切深0.1MM。加工余量留0MM。如图5-4所示为其加操作轨迹图。

从图5-4可以看出此项操作驱动方法采用“表面积”驱动，选择叶片曲面为驱动表面，投影矢量采用“垂直与驱动体”，刀轴控制釆用“侧刃驱动体”。设置非切削移动为进刀类型为“线性”，退刀类型为“与进刀相同”。做好一叶片刀具轨迹后，在刀具轨迹选择“对象”一“变换”一类型“圆形阵列”将其圆周阵列9等份8中份。得到如图5-4所示的刀具轨迹。

整体叶轮程序的生成、传输和加工

整体叶轮零件完成编程后，进UGCAM软件中的刀具轨迹仿真如图5-6所示为叶轮仿真图。

观察整体叶轮的程序“2动态”仿真图后，确认刀具轨迹正确无刀具过切、欠切和无碰撞后，将其进行后处理。另外刀具的轨迹线也可以检查用来检查刀具运动情况。

后处理就是将刀具的轨迹线变成机床所设别的数控指令。后处理机床的建立主要是要熟悉所使用机床的数控指令。对于不同的数控机床后处理是不一样的，一般针对不同数控机床来建立专用的后处理。复杂的后处理要经过繁琐的工作来逐条指令制定。通用的后处理是软件自带的，用户根据自己的需要来选择使用何种后处理。如图5-8所示，选择五轴后处理机床将叶轮刀具轨迹转化为数控程序。

生成叶轮的加工程序部分如下：

叶轮零件程序编制完成后，经过加工模拟仿真，确定所生成的NC程序准确无误，无过切、欠切和碰撞等现象。将程序传输数控机床进行试切加工。

将后处理的程序输入机床有几种途径：

（1）通过存储卡。方法是将数控程序拷贝到存储卡中，将存储卡插入数控机床数据接口处，通过数控系统来读卡，将存储卡中程序拷贝到数控机床的存储内存中。常用的是CF卡。高档的数控机床都U盘的接口。

（2）通过计算机传输。将计算机和数控机床通过传输线连接，通常是RS232串口连接。如图5-9为芯对芯数据线接线图。如图5-10为芯对芯串口线路的连接。

计算机传输需要特定的传输软件，通常选择CNC—EDIT传输软件。如图5-11为其传输软件的界面。图5-12为传输参数设置。

（3）通过网络传输。网络传输应用等同于计算机传输格式，使用的软件有所不同。这里略。传输操作通常是先接收，再传输。传入机床，那数控机床先处于接受状态，由计算机传出。相反从数控机床传出，就需要先计算机处于接受等待状态，机床再传出。

另外传输软件常用的还有PCIN传输软件，此软件常用于SIEMENS系统程序和参数传输。

叶轮零件的加工的质量检测

叶轮零件的质量的检测主要是用三坐标测量仪。如图5-15所示为测量叶轮的三坐标检测仪。利用三坐标测量仪测量叶轮零件的坐标值是否满足图纸要求。满足要求可以将加工工艺和程序备案，进行批量生成。如果不满足要求，应进行质量分析，主要是从叶轮零件的CAD模型和CAM刀路上检查。CAM加工中刀轴的控制至关重要。要检查一下内、外公差值设置是否为总公差值的1/3-1/5。

三坐标测量仪可以测量叶轮的外形尺寸，也可以测量拟合出整体叶轮的叶片和流动的曲面参数即点数据。三坐标测量仪一般都具有数据分析功能可以分析出叶轮的数据信息。

整体叶轮直纹面测量的必要的数据有：上型线、下型线、内子午线、第五轴信息、回转中心到叶轮中心的距离或主轴摆动中心到刀心的距离。

加工得到的整体叶轮经三坐标测量仪检测无过切现象，加工过程平稳，刀具受力较为均匀。其中叶片通过侧铣一次成形，光洁度较高。流道残余高度0.005MM，其最狭窄处材料去除良好，符合工艺要求。

叶轮零件的流道表面质量和叶片曲面质量也是衡量整体叶轮加工质量的重要指标，表面粗糙度的值的测量可以采用专用检查仪器。对表面粗糙的检测需要控制刀具的行距和使用软件的表面粗糙度值给定，一般设置其值为实际粗糙度值。

另外在整体叶轮的曲面建模时可以将曲面按一定精度离散，用这些离散点来表示该曲面，以每个离散点的法矢为该点的矢量方向，延长与工件的外表面相交，通过仿真刀具的切削过程，计算各个离散点沿法矢到刀具的距离。通过比较曲面加工的内、外偏差来判断是否过切和漏切。采用该方法，工件表面的加工误差可以精确地描写出来。采用离散矢量建模方法的仿真加工过程，际上就是刀具扫描体与毛坯体的求交及毛坯体的数据更新过程。

质量分析

叶轮零件加工质量要从下列因素分析：（1）刀具的因素包含刀具尺寸精度、刃带质量，底部刃口、刚性容屑槽、螺旋角。

（2）机床的因素：包含了机床的刚性电机扭矩、定位精度、反向间隙、伺服跟踪误差。

（3）冷却液的因素：包含了油性的要比水性的更适用、值、多嘴喷射等。（4）工艺参数和工装夹具因素：包含了主轴转速和进给量、叶轮定位可靠性、叶轮顶出机构。

（5）数控程序的合理性因素：包含了分层切削先多后少、短刀幵荒长刀光刀、先中间后两边、正确处理弯岛、丌荒贴近型面，无需故意留余量、转角要减速、控制好进给速度。

以上介绍了五轴联动加工中心加工叶轮的情况。从叶轮零件的程序传输到零件的质量分析和叶轮零件的质量检测。整体叶轮零件通过UGNX编制程序在五轴联动的加工中心加工，经实践证明是一种有效和可行的方法

叶轮零件经加工测试，加工顺利。完成加工时间为2小时55分。经三坐标测量机检测叶轮各项数据均满足图纸要求。这样整体叶轮进行了自动加工、小批量生产。一个班可以完成个4-5个整体叶轮零件的加工。生产效率很高。同时也实现了较好的经济效益。