POWERMILL在發動機葉輪數控編程中的應用

2013-06-09 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作為透平機械的關鍵部件,整體式葉輪廣泛應用于航空航天等領域,其加工技術一直是透平制造業中的一個重要課題。從整體式葉輪的幾何結構和工藝過程可以看出,加工整體式葉輪肘,加工軌跡規劃的約束條件比較多,相鄰的葉片之間空間較小,加工時極易產生碰撞干涉,自動生成無干涉加工軌跡比較困難。因此,在加工葉輪的過程中不僅要保證葉片表面的加工軌跡,還要滿足幾何準確性的要求,而且由于葉片厚度的限制,要在實際加工中注意軌跡規劃以保證力日工的質量。

劉景坡陳家偉來源:DELCAM
關鍵字:PowerMILL 航空發動機整體葉輪數控編程

英國DELCAM公司的PowerMILL軟件,在航空航天工業五軸加工中已有多年應用歷史,其技術與服務己很成熟,以其功能強大及易操作性的特點,廣泛應用于航空航天、汽車、船舶、內燃機、家用電器、輕工產品等行業。

五軸加工的優點

五軸加工的主要優點是僅需一次裝夾定位即能完成復雜形體零件的全部加工,可以節省大量的加工時間。PowerMILL定位五軸加工時,主軸固定在一系列方向進行加工。此外,PowerMILL還提供了連續五軸加工的功能,允許運用多種加工策略和全系列的切削刀具,在復雜曲面、實體和三角形模型上產生連續五軸刀具路徑,而且全部刀具路徑部經過過切檢查和機床仿真,從而保證了人員及設備的安全。

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圖1 高爾夫球籽式進退刀工藝

五軸加工是高科技加工的重要體現,在軟件技術、機床技術、刀具技術快速發展的今天,隨著設備價格的大幅下降,五軸技術逐步進入企業。PowcrMILI新增的自動避免碰撞功能使自動五軸編程成均現實,使用此功能,PowerMILL可以按照編程人員設定的碰撞間隙自動調整刀軸,在三軸加工不到的部位自動避讓刀軸,在三軸不會產生碰撞的部位又自動恢復三軸加工狀態,這樣可以保證用盡可能短的刀具進行加工,不但提高了加工的剛性,而且增大了加工范圍。

PowerMILL在葉輪加工中的應用

目前國內外在葉輪制造方面都有很大的進展,國內大多數葉輪的生產廠家在復雜葉輪制造技術方面同國外相比還有一定的差距。本文就使用PowerMILL7.0對葉輪進行力II工軌跡規劃作一說明,其基本加工工藝流程的制訂以葉輪的幾何結構特征和使用要求為依據,具體內容包括:

1準備毛坯

材料為鍛鋁件,經車削加工制成回轉體的基本形狀,可以減少數控加工的時間。

2刀具

從粗加工到最終的精加工均采用不同規格的球頭刀或錐度球頭刀,本例中采用R6,R3球頭刀和R2全錐3°的錐度球銑刀。

3加工工藝安排

(1)裝夾:采用芯軸裝夾定位,也可以考慮在毛坯上制出鍵槽進行輔助定位,并制作適應芯軸定位裝夾的專用工裝;

(2)找正:打表找正或采用尋邊器。

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圖2 五軸自動避讓編程

4 粗加工流道部分

(1)采用3+2定位五軸加工,盡量減少聯動軸數,提高加工的穩定性。采用三維區域請除策略,粗加工留余量O.5mm,下切為3mm,主軸轉速8OOOr/min,進給速度為1200mm/min。采用賽車道加工,光順余量,下切方式為螺旋,充分發揮高速加工的效率。

(2)在流道較窄的地方,采用3+2定位五軸加工,也可考慮采用五鈾聯動方式加工,好處是可以給后續的加工留下更均勻的余量,缺點是聯動時切削不如定位五軸穩定。

5 粗加工葉片

選取要粗加工的葉片,PowerMILL會自動判斷刀軸方向,自動避讓旁邊的葉片干涉。

6 進行合理的人工時效

可做去應力時效處理,這樣可以改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能,以改善工件的內在質量。

7 二次粗加工

半精加工流道部分,采用五軸聯動加工,留余量O.2mm,給精加工留更均勻的余量,保證后續加工切削穩定,在此加工中,采用曲面投影策略。

8 半精加工葉片

使用SWARF加工方式,刀軸為自動判斷,留O.15mm余量,給精加工留更均勻的余量,保證后續加工切削穩定。

9 精加工流道

采用曲面投影方式,要注意曲面的經緯線分布及曲面的投影質量,這將直接影響刀具路徑的質量和加工的表面質量。

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圖3 五軸碰撞仿真

10 精加工葉片

葉片精加工可采用SWARF加工方式,也可采用曲面投影方式。在本例中,由于葉片的由而是用直紋面構成的,用SWARF加工方式比較方便。

完成所有的程序后,可以先做一次機床仿真,檢查編制的程序是否有過切、碰撞的情況,把所有可能會出現的意外情況杜絕在上機加工之前,以保證人員和設備的安全,然后作NC程序輸出。

難點分析和解決方法

1 制作薄壁件

由于口|片很薄,在半精加工和精加工時盡量采用逐層切削的方式,甚至可以先加工葉尖位置,保證加工時葉片還有足夠的強度,然后再對葉片進行加工。如果2個相鄰葉片之間有足夠的空間,在加工過程中可以考慮留階梯狀余量,比如把葉片等分成3段,上段留O.5mm余量,中段留1mm余量,下段留1.5mm余量,這樣可以保證加工葉片七部時底部始終有足夠的強度支持,雖然這樣將大大加大編程的復雜程度和編程時間,但可以提高加工的質量。

2 根部加工安全問題

PowerMILL通過曲線的刀軸控制方式來保證情根時刀具路徑是順著葉片根部前行的。可以提供零件的過切檢查、刀柄刀桿的碰撞檢查以及機床的加工仿真和碰撞檢查功能,保證加工過程的安全性。

數控加工的發展趨勢

隨著數控加工技術的不斷發展,五軸和高速加工必將成為主流。現在,越來越多的廠家采用五軸機床進行產品的加工,這一方面可以提高加工效率,縮短生產時間;另一方面可以提高葉片的加工質量,減少鉗工的工作量。而高速五軸機床能否發揮官應有的效益,CAM軟件的選擇非常重要,在五軸及高速鏡削加工領域可供選擇的眾多CAM加工軟件中,PowerMILL無疑是更專業的產品。

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