叶片四联动技术与应用

时间:2022-06-26 11:03:03

叶片四联动技术与应用

加工特点及加工因素

叶片的叶身型面部分为复杂的空间曲面,各部分的曲率、扭转变化较大,是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件,工作条件较为恶劣,对零件本身的精度和质量要求很高;型面的加工质量直接影响其工作性能,从而可能影响整机的性能;叶片的材料要求有很高的质量—强度比,加工中难切削,切削抗力大,引起的变形也大;由于其截面形状,在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同,进排边缘处又较薄,加工中的形变很复杂;对数控加工提出了很高的要求,在实际加工中,多采用以下的加工流程,如图3所示。以往的叶片加工中多采用三坐标加工,其特征是加工轴线始终不变,通过逐行走刀来完成加工,刀具沿各切削行的运动,近似地包络加工总第174期曲面。由图1分析如下:叶片截面形状显示,叶盆和叶背方向上宽度不同,进排边缘处较薄。叶片的型面为复杂的空间曲面,公差带小,各部分的曲率、扭转变化较大,是典型的薄壁件。叶片的材质为锻件,锻件的型线部分与理轮值有差异,这样低熔点合金浇出的型线垫块不能与每一片叶片相吻合,加工中难切削,切削抗力大,引起的变形大。叶片在进行批量生产时要求精确复制,需要制造专用的工装夹具进行生产。

加工应用

MasterCAM是美国CNCSoftware公司开发的一套基于微机平台的CAD/CAM软件,集设计与制造于一体。软件的CAD功能可以绘制2D、3D图形以及构建自由曲面;CAM功能可以直接在点、线、曲面、实体上产生刀轨,生成加工刀具路径文件(称为nci文件),用户根据数控机床和数控系统的具体情况,可以对其数据库进行修改和编译,设置具体的切削参数、NC程序格式、辅助工艺指令、接口功能参数等,定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序,称为pst文件,能完成2~5轴数控加工,实现产品设计到加工制造的CAD/CAM一体化,广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域。按设计给定数据绘制出叶片各个平面上的截面线,叶盆和叶背上的型线均为自由曲线,进排气边缘为一段圆弧,将各曲线光滑过渡,并保证各段曲线的连续。根据给定的扭转角将各个平面上的曲线通过Xform—Rotate命令进行旋转,得到一组空间曲线(如图4所示)。将所得到的截面线创建得到叶片的叶身型面,调整各数据点的对齐方式和曲面公差,得到如图5所示的三阶NUBS曲面。叶片的型面为自由曲面,毛坯为模锻件,需要进行半精加工和精加工,半精加工选用直径为12mm的球刀加工,半精加工步距取1mm,精加工步距取0.3mm,余量为0.2mm,螺旋式走刀。精加工根据半精加工程序生成偏置面加工程序(如图6所示)。3针对加工对象,计算刀具轨迹,生成NCI文件(刀具路径文件),用户根据数控机床和数控系统的具体情况,对其数据库进行修改和编译,定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序。默认的MPFAN.PST是内定成适应FANUC控制器的通用格式,如FANUC-3M、FANUC-6M、FANUC0-M等。由于叶片型面程序量大,可以利用计算机与NC机床RS232接口通讯,通过Mastercam中的Commu-nications(通讯)功能,设置传输文件格式、串口、传输速率、奇偶校验、数据位等与CNC控制器的参数一致,实现在线加工。

利用数控机床的四轴联动加工技术,采用Mas-tercam加工软件的CAM模块,可以一次完成叶片型面的加工,大大减轻了后续抛光工序的工作量,提高了设备的利用率,更主要的是解决了同类零件批量生产中,加工质量难稳定和生产效率不高问题,取得了良好的经济效益。

本文作者:蒋明工作单位:江苏大学机电总厂