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基于NX6.0的叶片数控加工研究 |
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作者：张家口煤矿机械制造高级技工学校 任涛 |
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在大型汽轮机(涡轮机)零件中，叶片的加工是比较难的一个环节。因为 一般的叶片在径向、轴向都有扭动(俗 称“3D扭转叶片”)，而且这些叶片的 前缘和后缘曲率变化十分剧烈。这种叶 片实体是由许多曲面构成，同时对于叶 片的表面质量还有很高的要求。加工情 况如果不理想，或者加工精度不高，都会对后续的工作，以及整台汽轮机的效 率、使用寿命和运行安全带来致命的影响。因此，目前国内的企业普遍都引入 了三维高端CAD/CAM/CAE软件，希望提高对于复杂产品的设计、加工能力。
一、叶片加工及结构工艺分析
叶身较长、叶片壁薄是叶片类零件的特点，大多数叶片零件均使用合金不锈钢作为基体材料，该材料属于不易铣削加工的材料。合理地对零件进行多轴加工程序的编制，选择合适的切削用量，因地制宜地选择刀具材料成为顺利加工出该类型零件的关键技术之一。
叶片的叶身部分对加工后的表面加 工质量要求很高，因此尽可能采用一条 加工程序完成整个叶身部分的加工，避免产生接刀痕迹。加工中较难切削，切削抗力大，容易引起的变形也大。由于 其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗 变形的能力不同，进排边缘处又较薄， 加工中的变形很复杂，对数控加工提出了很高的要求。
从叶片的结构看，如图1所示，其叶身部分面较为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄 壁类零件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，因此对零件本身的精度和质量提出了很高的要求。
型面的加工质量直接影响其工作性能， 还可能影响整机性能。叶片的材料要求 有较高的质量—强度比。
二、叶片加工工艺准备
1.机床准备
采用立式五轴联动高速加工中心，数控机床主要参数X 轴行程900mm，Y 轴行程600m m，Z 轴行程550m m，A 轴 旋 转 范 围 0 ° ～ 3 6 0 ° ，B 轴 摆 动 范 围-90°～90°，刀库容量40刀位，数控 系统为SIEMENS 840D，如图2所示。
图2 立式五轴联动高速加工中心
2.刀具准备
采用HSK高速刀柄，由于加工时叶片的纹理要求所使用的刀具切削刃长度应大于70mm，刀具总长度应大于120mm，并采用整体硬质合金涂层刀具，另外注意刀具夹头与工件、夹具的干涉。
3.工装准备
要求安全可靠，体积小、质量轻， 以减小加工时的惯性力矩对工件的影响。另外，装卸工件要简洁方便，如图3所示。
图3 叶片工装示意图
4.测量准备
对于叶片这样的复杂型面，手工方法无法确定精度，主要采用三坐标测量机进行型面数据检测。把采集到的数据与几何建模实体进行比较来检测加工精度。
5.编程软件的准备
目前，国外一般应用于叶片的五坐标加工专用加工软件，主要有美国NREC 公司的MAX-5、MA X-A B叶片加工专用软件，瑞士Starrag数控机床带有的叶片加工模块，还有HyperMill等专用的加工软件。此外，一些通用的CAD/CAM软件(如NX、CATIA、Delcam等)也可用于 叶片的加工，本例应用的N X6.0通用编程 软件。
三、叶片的数控加工工艺过程
1.φ 30R 5圆鼻刀粗加工工序1的具体内容如表1所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图4所示。
2.φ 16R 0.8圆鼻刀半精加工
工序2的具体内容如表2所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图5所示。
3.φ 30R 5圆鼻刀粗加工
工序3的具体内容如表3所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图6所示。
4.φ 16R 0.8圆鼻刀半精加工
工序4的具体内容如表4所示。生成的刀具路径和加工仿真如图7所示。 
5.φ 8球头刀精加工叶身
工序5的具体内容如表5所示。生成的刀具路径和加工仿 真如图8所示。
6.φ 8球头刀精加工叶片根部
工序6的具体内容如表6所示。生成的刀具路径和加工仿 真如图9所示。
7.φ 8球头刀精加工叶片根部底面
工序7的具体内容如表7所示。生成的刀具路径和加工仿 真如图10所示。
四、叶片数控加工工序6的详细操作
由于工序6为叶片加工的重点内容，所以本文在这里详细介绍加工设置。
进入NX6.0加工模块，单击 ，进入创建几何体对话框，如图11所示。笔者认为叶片叶身精加工时，需建立一个独立的 工件坐标系，方便刀轴的控制。
单击 ，进入刀具创建对话框，选择球头刀，起好刀具名称为R8，单击应用按钮输入刀具参数。如图12所示。
单击 ，进入“VC_SLORF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”创建 对话框，如图13所示进行参数设置。
进入“VC_SLORF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”对话框后，设定 相应参数，如图14所示。在该对话框内单击指定部件按钮，选中叶片零件。
图14 参数设置对话框
在驱动方法选项中选择“表面积”方法，如图15所示。 
图15 表面积选择对话框
在选择“表面积”方法后会弹出“表面积驱动方法”对话框，如图16所示。
单击“指定驱动几何体”按钮后选择叶片 叶身部分，如图17所示。
图17 指定驱动几何选择图
单击“切削方向”按钮，选择加工方 向，如图18所示。
单击“材料反向”按钮，选择箭头向外，如 图19所示。其他参数设置参照图16。单击确定按钮，返回“V C_ SLORF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”对话框。
图19 材料反向选择图
在投影矢量项中选择“垂直于驱动体”选项，如图20所示。
图20 投影矢量选择对话框
在刀轴项中选择“相对于矢量”选项，如图21所示。
系统会自动弹出“相对于矢量”对话框，填入相应参数如图22所示。单击相对于矢量对话框“确定”按钮，返回“VC_SLORF_AREA_ZZ_LEAD_ LAG”对话框。
在刀轨设置(如图23所示)选项 中对“切削参数”、“非切削移动”和“进给和移动”对话框进行设置，如图24、25和26所示。
单击 ，生成叶片叶身精加工刀 具轨迹，如图27所示。
图27 叶片叶身精加工刀具轨迹
五、整体叶轮的数控加工注意事项
(1)注意刀轴的方向，避免产生干涉。同时注意在进刀和退刀的过程， 尤其是在退刀时，应沿设定的退刀方向退出工件型面，避免发生干涉。
(2 )注意装夹位置合理，避免刀 具与夹具碰撞。
(3)在装夹时注意加工中心的行 程，避免超行程。
(4)在进行后处理生成NC程序时， 需要针对加工机床的各项参数来制定后 处理生成文件，N X6.0有自带的后处理程序应用软件。(end)
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(3/7/2010) |
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