开式整体叶轮的多轴数控加工技术分析_张腾.pdf

Application 创新应用90 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月产生干扰和碰撞，必须采取相应的措施来防止这种情况发生。2 开式整体叶轮构造分析以及加工工序划分 2.1 叶轮模型 开式整体叶轮主要由非可展直纹面和空间曲面组成，叶片的弯曲度较高，一般采用X型大扭转角结构为核心组件，且相邻的叶片间隙较窄。由于其主要材质为钛合金、不锈钢等难加工的材质，对数控加工造成了一定的难度。水泵叶轮作为一种典型的整体叶轮，其待加工的开式水泵叶轮3D模型图如下，这种开式整体叶轮具有以下几个方面的特点：（1）相邻叶片之间的间隙较窄，在布置加工刀位时易干扰邻近的叶片，无法使用具有良好刚度的大直径刀具一次成形，有些部位需要分段加工，在某种程度上影响了表面的一致性。（2）叶轮叶片的外形是旋转扭曲的，因此叶片前缘、后缘的圆角曲率变化较大，叶轮基面与背面都很难进行环绕加工，为减少加工次数，避免变形问题，需要施工人员在加工前对叶轮叶片整体结构做出是否需要进行切割的判断，然后再进行分段加工2。（3）叶片精加工必须使用多个主轴连杆，但是，刀具的选取限制条件很多，对机床的加工范围和定位精度也有很大的影响。（4）叶片是一种典型的薄壁零件，其刚度低，需要进行多道工序分层切割，并控制好适当的加工余量。还要采用以铜合金为主要金属的加工材料，叶片在加工过程中容易受到其他因素0 引言开式整体叶轮是一种注重整体价值的核心部件，较之于传统的分体式叶轮，整体叶轮将叶片和轮毂设计成一个整体。这就意味着这种一体化核心部件不需要焊接或装配，整体强度更高。这种设计在提高产品性能的同时也给相关工作人员增加了加工难度，其加工技术一直是制造业的难点之一。目前，开式整体叶轮的多轴数控加工技术作为有效的加工工艺受到行业的普遍关注。1 研究背景开式整体叶轮的多轴数控加工工艺技术研究的必要性。现阶段，我国机械领域中的整体式叶轮工工艺比较多，铸造、电火花、电解、数控铣削等方式都是作业人员常用的方式。在数控加工过程中，如果缺少准确的数据和合适的切割方式，就比较容易产生碰撞和加工变形等问题，这对产品质量是极其不利的。鉴于此，整体式叶轮的零件加工技术与工艺的研究就显得尤为重要。开式叶轮是整体式叶轮中的一种，封闭的整体叶轮，也就是所谓的带环式整体叶轮，是与之相对的一种。我们常以叶轮的构造特征，来选择适合它的数控加工方法1。开式整体叶轮可以绕着叶盘行走，并对叶槽和叶背进行同时加工；而封闭式整体叶轮只能进行多次装夹，且不能像开式整体叶轮那样同时对叶槽和叶背进行同时加工，智能对其进行单独处理。旋转叶片的加工要求刀具经过叶轮轮道，所以在数控加工时容易作者简介：张腾，江西制造职业技术学院；研究方向：数控技术。收稿日期：2022-08-04；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述开式整体叶轮构造模型分析、加工工序划分、数控加工关键技术，从而提高生产水平和工作效率，确保产品的加工质量，为企业带来良好的经济效益。关键词：数控加工，关键技术，构造模型，工序划分。中图分类号：TG659文章编号：1000-0755(2023)05-0090-02文献引用格式：张腾，胡建，易忠永.开式整体叶轮的多轴数控加工技术分析J.电子技术,2023,52(05):90-91.开式整体叶轮的多轴数控加工技术分析张腾，胡建，易忠永（江西制造职业技术学院，江西 330095）Abstract This paper expounds the structural model analysis,processing procedure division and key technologies of NC machining of open integral impeller,so as to improve the production level and work efficiency,ensure the processing quality of products,and bring good economic benefits to enterprises.Index Terms NC machining,key technology,construction model,process division.Analysis of Multi axis NC Machining Technology for Open Integral ImpellerZHANG Teng,HU Jian,YI Zhongyong(Jiangxi Manufacturing Vocational and Technical College,Jiangxi 330095,China.)Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 91的影响，例如切削力、温度等因素，为避免叶轮叶片发生变形，要采取适当的工艺控制，并对其进行热处理或时效处理。（5）叶轮表面加工工序复杂要求较高，叶片表面、根部和流道面等部位施工技术要求较高，其本身构造难以加工，表面粗糙度在 Ra3.2m以上，尺寸偏差小于0.2m，因此，要充分考虑到数控设备和工艺安排能否满足规定的精度要求。因此，选择高精度的数控加工设备，并对加工工艺规划进行科学合理的设计，编写多轴联动的 CNC编程，制订出一套合理的工艺技术方案，将是整个叶轮加工的核心。2.2 叶轮加工工序划分叶轮成形后，需要对其进行一系列的表面加工工序以除去毛刺、黑皮等杂质；然后在进行精加工，确保基准面与工装夹具保持高精度的匹配。最后，根据指定尺寸或是相关规范规定的大小，要对基准面之外的零件进行粗排量车。同时，在加工时，应注重叶片、轮毂表面的精度，遵循先粗后精、先主后主的原则，分成多个阶段对叶轮进行加工。利用数字控制编程可以对叶轮铳削过程进行优化，叶轮各区域的加工也要遵循一定的规范和原则才能进行。按照叶片背面工作面轮毂面的顺序进行铳削，分别对应粗铳方式、半精铳方式、精铳方式3-5。上述一系列工序完成后，再进行叶轮根部的清洁和加工，避免残余应力导致加工变形。3 开式整体叶轮多轴数控加工关键技术随着数控技术的迅速发展，国内一些公司已经采用了四轴、五轴联动、“+2”轴联动等工艺，实现了航空发动机、涡轮、风机叶轮等核心零件的加工，但总体技术水平还不如欧美等发达国家。因此，采用合理的加工程序设计，采用多轴联动编程技术，以达到提高加工效率、提升产品质量、提高加工成形效率，这将是解决叶轮加工的一个关键难题。同时，对于其他类型的叶轮或复杂曲面零件的加工也有一定的借鉴意义。针对开式整体叶轮的加工，相对于现有加工方式，国内外转接学者提出了一套以切割器为主的数控加工工艺，如合理的刀位轨迹、刀轴的矢量规划等。本文从CNC编程的观点出发，对整体叶轮的数控加工技术进行了合理的规划，减少加工过程中的产品变形，提高加工质量。（1）流道与刀具直径分析。流道加工性能分析是指在流道方向上，刀具是否能够从流道的进口（出口）加工至出口（进口）。进行流道进出口分析的目标主要为了保证流道的大小能允许大直径刀具穿过，在此基础上才可以进一步采用环叶走刀的方法，这样可以最大限度地避免刀刃加工中对叶片产生的加工变形，而且不会在叶片表面上留下刀痕；如果不能通过，就要进行分段加工，多次装夹。判定流道是否允许大直径刀具穿过的具体方法如下：在两个相邻的叶片根部的中部位置，选取一组点作为刀尖点，选定-定径的刀具，对刀轴的矢量进行适当的调节，并与刀具直径进行对比，以此来判定是否会出现干涉问题。在没有干扰的情况下，利用环叶走刀式进行切割。但是在切割过程中要注意一点，邻近的叶片根部中间的位置最容易受到干涉碰撞，加工要求较为严格，如果能够保证这个部位没有干涉，那么其他的位置就不会有干涉。（2）前后缘圆角的加工处理技术。鉴于叶轮的总体性能要求，叶轮叶片前、后边缘上的圆角半径通常都比较小。例如，叶轮叶片顶端的圆角半径约为0.15mm，比刀具半径小得多。由于存在着严重的非线性误差，容易出现“啃切”现象。本文将直线段的近似误差和非线性误差结合起来，把总体误差视为两类误差的总和。如果有其他条件，则该系统的总误差可以视为曲面的参数。本文提出了一种基于弦截法走刀步长计算方法。弦截法收敛速度快，而且可减少复杂的函数求解，大大减少了计算量。但问题是，这种算法具有一定的局部收敛性。因为在目前的刀位点处，存在两个沿该参数增大或减小的点，该位置与目前的刀具位置相对应。在此基础上还要采用一种改进的弦截法。这种算法能够有效规避错误，首先寻找出正确的解的范围，然后在迭代过程中进行变量替换。在进行变量置换时，要在全过程中确保正确的解处于缩小的范围之内，从而使其趋于正确。4 结语本文基于对现行整体叶轮数控加工技术的分析，针对开式整体叶轮结构特点及其工序步骤等要求，提出了一些多轴数控关键技术，并且通过二次开发得到实际运用。因此，文章包含的开式整体叶轮多轴加工方式的研究是可行的，在实际应用中有利于提高机械生产行业的生产水平和工作效率，确保产品的加工效果，为企业带来良好的经济效益。参考文献1 赖啸,刘勇,郭晟.基于智能制造技术的码垛机器人在数控多轴加工中的提升与改造J.科学技术创新,2022(20):50-53.2 王智杰,曹岩,姚慧.HPM 1850U虚拟机床的构建与多轴数控加工仿真验证J.组合机床与自动化加工技术,2021(08):151-154+157.3 俞庆.数控编程与加工实践课程体系的构建与探索J.装备制造技术,2013(12):94-95+97.4 何 呈 娟.智 能 制 造 背 景 下 数 控 加 工 专 业“三三五”课程体系构建J.教育现代化,2017,4(40):127-128+137.5 段向军,王春峰,郝秀云,潘红恩.先进制造装备技术类专业群课程体系构建J.中国现代教育装备,2018(17):53-56.