基（jī）於五軸聯動加工技（jì）術的葉輪加工方法分（fèn）析-加工中心網-數控機床市場網

您現在的位置：加工中心網> 技術前沿>基於五軸聯動加工技（jì）術的葉輪加工方法分析

基於五（wǔ）軸聯動加工（gōng）技術的葉輪加（jiā）工方法分析

2021-5-24 來源（yuán）：桂林航天工業學院廣西桂林作（zuò）者：鍾國成

摘要: 葉輪是動（dòng）力機（jī）械中不（bú）可（kě）缺（quē）少的重要部件，已經（jīng）被廣泛應（yīng）用於汽車（chē）製造、航空航天等多個領域。由於葉輪本身的結構複雜（zá）性較強，應用（yòng）傳統加工技術困難性大（dà），性價比不高（gāo）。五軸聯（lián）動加工技術可（kě）有效避免刀具幹涉，提升表麵質量，增強加工精度，性價比高，目（mù）前已經（jīng）逐漸取代傳統加工（gōng）技術。本文主要討論了基（jī）於五軸聯動加工技術的葉輪加工思路與具（jù）體加工方法，以供參考。

關鍵詞: 五軸聯動加工技術; 葉輪加工; 方法

所謂五軸聯動加工技術，簡單來說就是一種在 CNC 控製下五個坐標軸協調運動加工（gōng）零件的加工技術，它以計算機網絡技（jì）術作為（wéi）主要的技術支撐。隨著加工技術的持續（xù）發展，虛擬仿真技術逐漸（jiàn）被應用於五軸聯動加工中，給後者加工質量與精度的提升產生了重大的積極影響。基於五軸聯動加工（gōng）技術加工葉輪，為（wéi）避免刀具幹涉、碰撞，先在仿真環境中構建葉輪模型，經多次試（shì）驗後（hòu）確定切（qiē）削參數，並對（duì）其進行驗證，再將參數錄入（rù）五軸聯動數控機（jī）床，葉輪一次成型（xíng）。

這不僅能提升葉輪加工質量與精度，也能減少加工葉輪（lún）的必（bì）要時間，同時做到資源的有效節約。那麽，基於五軸聯動加工技術的葉（yè）輪加（jiā）工具體方法是什麽樣（yàng）的呢? 以下就是筆者對此的分析與論述。

一（yī）、基於五軸聯動加工技（jì）術的葉輪加工思路

( 一) 工藝流程葉輪加工主要是加工葉片與流道，由於葉片通常為扭（niǔ）曲狀，而流道則很狹窄，所以加工中常有幹涉、過切、碰刀現象。為了實現對這（zhè）些現象的有效規避，並保證加工精度（dù），選（xuǎn）擇分階段濟鋼。第一階段，葉片、流道粗加工，主要采用五軸曲線加工（gōng）法，對於流道，先進行（háng）結構分割後再加工; 第二階段（duàn），葉片精加工（gōng）與清根處理，主要采用五軸側銑方（fāng）式; 第（dì）三階段（duàn），流道（dào）精（jīng）加工，主（zhǔ）要采用五軸限製麵加工法。

( 二（èr）) 五軸加工刀具路徑規劃

( 1) 粗加工刀具。

第一階段粗加工從流道深度延伸的方（fāng）向進行分層加工，合理連接每層的刀具路徑，使之構成整體加工路徑。由於流道普遍為梯形，入口窄出口寬，所以選擇倒“Y”型路（lù）徑，這（zhè）不僅可縮小切削路徑長度，也能有效提升加（jiā）工效率。在此過程（chéng）中，先根據刀具軌跡點確定開槽刀位，再以刀具（jù）直徑

、開槽刀位至偏置麵弧長等確定擴槽走刀行數，基於此確定行距，從而構建刀軸矢量圖。

( 2) 精加工刀（dāo）具。

對於選擇五軸側銑方（fāng）式的葉片曲麵，確定以葉片上下曲線為導向線，從而保證切削刃與（yǔ）被加工（gōng）曲麵相（xiàng）切。由於流道麵對加工精度及表麵順滑度有極高要求，所以通過等參數線法進（jìn）行（háng）刀具路（lù）徑的規劃。先沿一（yī）定方向將流道曲麵離散成點，再根據流道走向連接這些點，構成刀具路徑。以同等方法（fǎ）生成的等參數刀具路徑，就是刀軸（zhóu）矢（shǐ）量控製線。

( 三) 刀具選擇

刀具（jù）的選擇應充分（fèn）考慮加工目的、加工工藝要求（qiú）、毛坯材料、允許切削麵、刀具特（tè）性等多方麵的因素（sù）。粗（cū）加工的主要目的在於切（qiē）削可能多的材料，為達到這（zhè）一目的，就要選擇直徑較大的刀具（jù），而流道的加（jiā）工需要刀具直（zhí）徑小（xiǎo）於兩葉片間最小距（jù）離。那麽，粗加（jiā）工選擇（zé）球頭銑刀，精加工（gōng）選擇球（qiú）頭刀，兩種刀皆為硬（yìng）質合金塗層。

二、基於五軸（zhóu）聯動加工技術的葉輪加工方法

( 一) 數控編程規（guī）劃( 附工程圖)選擇支持複雜五軸加（jiā）工、具有軌跡批處理功能、攜帶（dài）後置處理模塊的軟（ruǎn）件進（jìn）行數（shù）控（kòng）編程，如 CAXA 製造工程師、北京精雕軟件等（děng）。

附工程圖:

葉片流道粗加工階段，根據倒“Y”型刀具（jù）路徑，以葉片（piàn）上緣高度為建構分成麵的基準，對（duì）流道麵（miàn）進行等距劃分，從而形成流道代替麵。基於此，確定最大層深，先定位加工輔助麵母線，再通過旋（xuán）轉麵（miàn）方麵建構加工輔助麵。在明確開槽到位的情況下，以刀具精度、開槽刀位至偏（piān）執麵出氣口弧長（zhǎng）確定走刀行數，並設定相應的速度參數。為了防止撞（zhuàng）刀、幹（gàn）涉等現象（xiàng）的發生（shēng），以（yǐ）工件大小及其原點位置確定相應（yīng）的高度參數。葉片精加工階段，CAXA 環境中側銑導線是以刀位點為定位點的，那麽刀具就（jiù）極大可能出現刀尖過切，因而要手動（dòng）設置相應的偏（piān）置參數（shù）。建構好等距麵後，將其與葉片曲麵交線確定為葉根線加工導線。

基（jī）於對加（jiā）工（gōng）精（jīng）度及撞刀、幹（gàn）涉現象的充分考慮，設置刀具運轉中的拓展餘量參數及（jí）切（qiē）削速度參數。流道精加工（gōng）階段，確定（dìng）限製麵與加工麵，根據精度要求（qiú）設置切削參（cān）數。根據單個（gè）刀具軌跡生成全部葉輪刀具軌跡，確定仿真效果。

( 二) 後置處理（lǐ）

在生成刀具軌跡（jì）的過程中，CAXA 軟件自動形成相（xiàng）應的文件，這些文件需要通過後置處理才（cái）能被虛擬數控機床讀取。後置處理中，結（jié）合虛擬數控機床特性與（yǔ）功能，確（què）定最適宜的後置處理器，該工具可直接進行從文件向機床可讀取代碼的轉換。後置處理器的開發，遵循“數控係統選擇（zé）———機床類型選擇( 運動學設置與機床組件配置) ———機（jī）床參數設置( 運動軸行程等) ———其他控製程序設置( 起止刀具進退等) ———子程序調用( 鑽孔（kǒng）、循環（huán）控製等) ———宏程（chéng）序編製”，同時確保刀位點數值和機床運動的（de）一致性。

( 三) 設計仿真加工流程

選擇可仿真五軸聯（lián）動加工過程、有真實三維實體展示效果與 CAD/CAM 接（jiē）口、能（néng）實現與（yǔ）其（qí）他工程軟件的嵌（qiàn）套運行、可驗證與優化（huà） NC 程序的數控加工方針軟件進行仿真加工，如 VEＲ-ICUT 等。基於 VEＲICUT 的葉輪仿真加工流程如下: 設置仿（fǎng）真（zhēn）機床環（huán）境———設置控製（zhì）程序———添加刀具、毛坯、加工程序———基礎參數設置———仿真———比較檢查結果———合格後進入數控現場加工( 不合格修改加工程序) 。

仿真機床環境設置中，先（xiān）構建五個軸間的邏輯關係，以此作為參照設置（zhì）結構樹，再根據結構（gòu）樹導入不同部（bù）件的幾何（hé）模型，從而（ér）完成機床環境設置。至於幾何模型的建立，可選（xuǎn）擇應用 UG、CAD 等軟件建模後將文件導入 VEＲICUT，也可選擇直接在 VEＲICUT 建模。處（chù）於對仿真機床模仿真實機床運作的考慮，還應設置對刀點（diǎn）、碰撞檢查等機床參數。

控製程序設置中，需要對控製程序進行二次（cì）開發，這主要是為了保證加工代碼與機床實際需求相符。對（duì）於換刀及五軸開關功能的（de）實現，以 WFL M65 機床為例，這（zhè）一機床的“換刀”是以“TLPＲEP1”與“TLCH1”代碼實現的，前者用於（yú）刀具準備，後者用於更換刀具（jù）以及調節刀軸角（jiǎo）度，那麽在仿真（zhēn）加工中需要加入這兩種代碼。

另（lìng）外，五軸加工時（shí），由於兩個旋轉軸（zhóu）共同運（yùn）作，為防止刀具中心偏移，通常該機床要打開（kāi）“ＲTCP”功能。那麽在仿真加工中就要加入相應的指令代碼。

( 四) 加工

( 1) 加工程（chéng）序（xù）。

先確定（dìng）加工坐標係，並結合葉輪加工（gōng）要求以及刀具相關數據定義刀具，再根據葉輪結（jié）構特性（xìng）確定具體加工（gōng）流程，基於此，選擇切削參數進行模擬加工，經多次實驗排除幹涉、撞刀（dāo）等（děng）問（wèn）題，在 NC 程序驗證後確定實物切削（xuē）參數（shù），最後在實體的五軸聯動數（shù）控機床的計算機上錄入切削參（cān）數，並將（jiāng）毛坯、NC程序載（zǎi）入機床，通（tōng）過實物加工獲得葉輪零件。

( 2) 結果檢（jiǎn）測。

仿真加工完成後，對加工效果圖進行分析檢測，看有無過切、欠切、殘留量較多的情況，基於此，優化（huà）加（jiā）工工藝，從而滿足葉輪加工要求。

( 3) NC 程（chéng）序優化。

仿真完成後（hòu），通（tōng）過（guò） VEＲICUT 相應模塊進行 NC 程序的優化與驗證（zhèng）。優化過程中，設置刀具參數、工件材（cái）料、機床類型等，並對比前後程序變化。

三、結語

綜上所述，基於五軸聯動技術的葉（yè）輪加工，將虛擬仿真技術融入其中，先通過仿真獲得（dé）經驗證後的（de） NC 程序及最優切削參數，再將其錄入實體機床進行實物加工，可有效避免實際加工中的幹涉、撞刀問（wèn）題，並提升加工精度與質量。值得注意的是，仿真所獲得的葉輪模（mó）型是在（zài）理想的環境下獲得的，實際加工還得（dé）考慮機床（chuáng）的維護管理問題，保證機床在最接近理想環境的情況下運行。

投稿箱：
如果（guǒ）您有機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊（xùn）合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多（duō）相關信息

名企推薦（jiàn）

業界視點

| 更多

行業數（shù）據

| 更多

博文選萃

| 更多