任务导入

涡轮式叶轮也称为整体式叶轮, 它是指高压气体沿着轴向流动的一种叶轮, 是发动机的重要零件, 一般情况下, 其轮毂和叶片是在整体锻压的钛合金毛坯材料上进行加工的。涡轮式叶轮各个结构部位如图6.1.1 所示。 本模块通过UG 软件本身自带的样例来讲解叶轮加工模块。

图6.1.1　涡轮式叶轮各结构部位

知识链接

1. 叶轮模块的认知

叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范、典型的通道类复杂零件, 它在能源动力、航空航天、石油化工、冶金等行业中均有广泛应用, 如航空发动机上的整体叶轮、坦克发动机增压器叶轮、水泵, 及压缩机叶轮等。 这类零件的设计涉及空气动力学、流体力学等多个学科, 曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。 传统的叶轮生产一般采用两种方法: 一是铸造成型后修光; 二是叶片与轮毂采用不同的毛坯, 分别加工成形后将叶片焊接在轮毂上。 这两种方法不仅费时费力而且叶轮的各种性能难以保证。

如今根据工艺原则的要求, 将叶轮的加工划分为三个阶段: 粗加工、半精加工、精加工。 粗加工的目的是快速切除叶轮各个表面大量的多余材料, 分为顶部区域粗加工、轮毂开槽加工、叶片粗加工、根部圆角粗加工, 加工出叶轮基本形状; 半精加工主要是为了平滑粗加工留下的粗糙表面, 去除拐角处多余的材料, 生成加工余量比较均匀的表面, 为精加工做好准备, 主要有叶片半精加工、轮毂半精加工; 精加工阶段包括叶片、轮毂、根部圆角的精加工, 它主要保证叶轮尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度, 是决定叶轮加工质量的关键阶段。

基于UG 软件的叶轮五轴数控编程可以通过可变轮廓铣模块和专用的叶轮模块进行。

2. 叶轮模块分类

叶轮模块分类如表6.1.1 所示。

表6.1.1　叶轮模块分类

续表

3. 各模块的驱动方法

各模块的驱动方法如表6.1.2 所示。

表6.1.2　各模块的驱动方法

续表

4. 其他设置

UG 12.0 对于叶轮的加工推出了一个专用模块, 下面介绍一下相关的应用方法。

(1) 几何体设置

首先要注意这个加工模块要建立一个叶轮的部件几何体, 并继承在原有的WORKPIECE 和MCS 下, 选择相应的几何特征, 如图6.1.2 所示。

图6.1.2　“多叶片几何体” 对话框(www.daowen.com)

(2) 创建工序

1) 根据要加工的部分创建工序。 这里提供了叶片加工、圆角加工等, 如图6.1.3所示。

图6.1.3　叶轮加工

2) 驱动方法。 驱动方法中一定要了解什么是前缘和后缘, 这样方便理解其他参数。前缘和后缘如图6.1.4 所示。 分析工序步骤如图6.1.5 所示。

图6.1.4　前缘和后缘的认识

图6.1.5　分析工序步骤

(3) 刀轴设置

刀轴加工方式分为自动和插补方式。 自动方式就是系统根据部件自动地安排刀轴方向的变化, 而当叶轮比较复杂、扭曲较大时可能无法自动生成可靠的刀轴, 即使生成了看似安全合理的刀轴, 但是很有可能刀具摆角已经超出机床现场。 对于无法自动生成和超程现象可以使用插补方式, 如图6.1.6 和图6.1.7 所示。

图6.1.6　设置“插补矢量” 对话框

图6.1.7　选点位置

前、后缘前倾角的参数与之前可变轮廓铣中的前倾角参数类似, 使刀具向运动方向或运动方向的反方向倾斜, 向运动方向倾斜为正值, 这样加工效果比负值(向运动方向的反方向倾斜) 要好。 前缘前倾角就是向前缘运动时的角度, 后缘前倾角就是向后缘运动时的角度。

前、后缘的前倾角可以避免刀尖零速度切削。 在刀具延伸到轮毂外面时, 由于投影的关系会出现无力的现象, 这时也可以通过设置前、后缘的前倾角来避免扎刀现象。 一般情况下前、后缘的前倾角为零, 不用特殊设置。

刀轴相对手工硬编是非常简单方便的, 系统提供了自动和插补两种加工方式, 一般用自动方式就可以了; 如果叶轮叶片的角度很特殊、自动方式出现干涉此时就用比较万能的插补方式, 刀轴的插补方式和可变轴中的插补一样。

其他的一些切削参数和切削层都比较好理解, 总体上来说专业的叶轮模块在辅助面的建立和刀轴设置上可以帮我们节约很多时间, 关于半精加工的余量问题, 可以自己做辅助来解决。

任务实施

根据课程内容编写图6.1.8 所示叶轮的加工程序, 要求:

1) 使用R3 球刀加工, 刀轴默认选项即可;

2) 编写轮毂精加工和叶片精加工程序。

图6.1.8　叶轮

知识拓展

叶轮加工模块的切削参数具体设置方法。