大型導葉式混流泵葉片

 

導葉式混流泵轉子體葉片是水泵的心臟，其制造技巧和制造質量間接影響到水泵運行的水力性能和牢靠性，而其中大型水泵轉子體葉片（如圖1所示）的數控加工工藝是癥結 目前，國外也僅有法國阿爾斯通、德國沃依滋、日本日立等多數幾家公司此項的制造工藝對比成熟，但加工裝備低廉；海內對此鉆研較少。本文為初次就大型導葉式混流水泵葉片的數控加工進行較為體系的論述，并對其加工工藝進行鉆研和翻新實際。

 

第一、葉片數控加工工藝設計

　　數控加工工藝流程圖

　　大型曲面零件數控加工編程觸及多方面的技巧，癥結技巧包含：①毛坯三維型面測量；② 曲面的三維幾何外型；③依據零件上各曲面的形態(tài)，合理地進行刀位軌跡計劃和盤算；④ 切削仿真與刀具干預測驗；⑤機床靜止仿真與碰撞干預測驗；⑥機床靜止的后置變換等。本零件的數控加工工藝流程如圖2所示。

 

　　加工工藝剖析

　　為了避免加工歷程中機床碰撞，關于葉片的正反面分區(qū)域、采取不同方法進行加工。區(qū)域的劃分準則是在不碰撞的條件下盡量采取大直徑的曲面銑刀加工。

　　因為葉片有多張曲面須要加工，對大過流面宜采取五軸聯(lián)動銑削加工，沿流體進出口方向弧形走刀；同時，葉片毛坯是鑄件，存在鑄造變形，加工余量較大且不平均，為了進步加工效力，采取了三軸和五軸混雜加工工藝計劃，粗加工采取三軸加工，精加工采取五軸加工。

五軸數控龍門銑床的重要技巧參數

　　因為葉片曲面的龐雜性和UG軟件編程方法的通用性，實際加工狀態(tài)并不能完整遵照咱們的工藝想象來實現，區(qū)域的最后劃分必需借助于仿真加工屢次模仿來抉擇。全部加工計劃必需采取仿真加工技巧在盤算機上仿真驗證，在屢次修正完美的基本下去肯定，否則在加工中能夠會涌現很多意想不到的負面問題。

　　1、加工裝備抉擇

　　選用濟南二機床消費的五軸數控龍門銑床（型號規(guī)格XKV2420×40），重要規(guī)格參數見表1。

　　2、毛坯質量掌握

　　本例葉片為鑄件，資料為馬氏體不銹鋼。首先將葉片進行隨形粗磨，去除夾砂，再進行UT，MT探傷，檢討缺點狀態(tài)。因為葉片存在鑄造質量缺點及余量不均景象，必需通過三坐標測量儀對葉片實行檢測，掌握葉片正、反面及周邊的加工余量，增加數控加工量。

 

　　3、葉片定位

　　一端以葉片旋轉軸心線、軸柄端面為基準，用角鐵和定位套定位，另一端以葉片輪緣上工藝軸中央孔為基準，采取頂尖座頂牢。在法蘭端面標志有葉片零度地位，應用夾具和標志，借助機床的測量功用，測量順序中指定的找正點，主動找正到加工地位，肯定工件零點。

　　4、加工刀具的抉擇

　　加工導葉式混流泵葉片，經過盤算和仿真加工驗證，采取山特維克中型四周刀片Φ63曲面銑刀，前角－7°，刀柄用整體式短刀柄，保障切削不銹鋼時切削力小，抗震性好。

第二、葉片型面的加工

　　2。1 葉片型面三軸粗加工

　　UG軟件供給了豐碩的三軸加工方法。葉片型面?zhèn)€別采取等高、面銑削等方法加工，僅等高加工UG軟件就供給了9種方法，觸及到走刀方法及刀路中步進和進退刀方法的變更就更多了；面銑削加工方法也因驅動方法和投影方法的不同可組合出很多種加工方法。詳細采取何種加工方法，須要通過少量的加工仿真來最終肯定。切削仿真能夠運用UG軟件自帶的仿真功用或用VERICUT仿真軟件，順序款式能夠是APT或G代碼。本例三軸粗銑采取能夠切除少量余量的等高加工，簡直沒有空行程，綜合加工效力高。工藝計劃詳見表2和圖4～圖7

 

　　在對該葉片進行三軸粗加工時，要注重葉片輪轂球面和葉片型面相交處的圓角。因z軸一直垂直向下，葉片假如遵照任務零度地位擺放（如圖9所示），較低處的圓角因在中央地位以下，會招致刀柄和葉片軸柄干預而加工不到該處圓角（左邊圓角）。關于詳細的零件，轉動的角度個別通過仿真加工最終肯定。在本例中，葉片從設計零度地位轉動到－30°

第三、葉片型面五軸精加工

　葉片經三軸加工后不轉變裝夾，改換五軸附件頭，實現五軸精加工。

葉片編程和加工仿真

　　UG軟件進行五軸編程個別要指定加工零件、刀路的驅動方法、刀具的切削類型、刀軸掌握方法、切削方向、投影矢量等。

　　在五軸聯(lián)動數控加工曲面的歷程中，刀軸矢量是由定義在刀位軌跡上的部分坐標系（Frenet坐標架）的λL（前導角）和 （側傾角）兩個角度來肯定的。當λL=ωL=0時，為刀具軸垂直于外表的端銑方法；當ωL=90°時，為刀具軸平行于加工外表的側銑方法。刀軸掌握方法是影響五軸聯(lián)動加工后果的一個重要因素。因為目前的CAM 體系中個別在五軸聯(lián)動端銑加工方法中供給了人工輸出固定傾角的方法，刀具地位是依據投影方向來肯定的，刀具沿投影方向降落直至刀具和曲面相切。

　　本例中葉片型面對比平整，抉擇運用 3曲面銑刀，編程時指定葉片為加工零件，運用曲面驅動方法。UG的曲面驅動方法十分靈巧，能夠指定恣意大小的切削區(qū)域（只要指定驅動曲面的參數規(guī)模），也能夠運用多張曲面來驅動（可運用零件面做驅動面，也可另外構建驅動面）。在采取曲面驅動方法時，刀路的走刀方向是沿著驅動面的U，V線方向進行走刀的。因為葉片任務時，流體是從出口邊向出口邊方向活動的，葉片曲面的外型應依據徑向截面線構建，同時，在葉片加工時，葉片的安置地位也發(fā)作了變更，此時葉片型面的 ， 線和流體活動方向已不同。因而，以葉片型面為基本，用球面截取葉片型面獲取驅動面構建線，從新構造驅動面。指定資料和切削方向，走刀方向為單向走刀，投影方向采取指向驅動面，刀軸方向掌握運用相關于驅動方法，指定刀具前導角5。，掌握刀軸變更角度，指定平安面，進退刀垂直于平安面和進須要注重的是：①在運用平刀或牛鼻刀加工時，刀軸的方向掌握個別運用相關于驅動方法，前導角個別在5°左右，否則加工時會發(fā)作刀具后部過切；②在刀軸方向掌握運用相關于驅動方法時，驅動面最好運用單個曲面，并且驅動曲面和零件曲面質量要好，否則生成的刀路會發(fā)作過切或撞刀，或許刀路看上去很好，但刀軸能夠發(fā)作漸變形成過切或撞刀，這在加工面有多張曲面形成時更輕易發(fā)作；③五軸加工較之于三軸或四軸加工對外型和編程有更高的請求和更多的技巧，尤為須要仿真來加以驗證。五軸和三軸的仿真請求是不同的，五軸的必需采取G代碼仿真，并且要運用UG或VERICUT構造實在的機床，設定數控掌握體系和靜止關系，模仿實在的數控加工。圖12為葉片五軸精加工仿真后果圖。

 

　　須要用戶對通用后解決進行修正，或用VB，VC等高等言語制造專用的后解決順序。UG的POSTBUILD模塊在制造三軸后解決方面還是對比成熟的，適用性對比強；在制造五軸后解決方面因為斟酌通用性和準確性對比多，通用后解決順序和機床的匹配性要差一點，在有些機床上加工會有問題。這是因為五軸靜止的算法對比龐雜，三軸在空間上肯定刀具地位只要X，Y，Z就行，在數學上是惟一解；而五軸要同時肯定X，Y，Z，B，C，在數學上是多重解，個別有兩三個解，甚至更多。同時五軸要做到延續(xù)靜止，須要對這些解進行挑選，并斟酌機床的構造和靜止情勢、加工方法和走刀方法，對刀軸的延續(xù)靜止進行掌握，不同的機床就有與之匹配的最佳算法和掌握方法。本例中有運用POSTBUILD后解決順序解決的名為ZM_5Z_PB。MPF的加工順序文件和用VB制造的專用后解決順序解決的名為ZM－5Z－VB。