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叶片五轴数控加工工艺技术分析

来源:免费论文网 | 时间:2018-04-10 09:12:38 | 移动端:叶片五轴数控加工工艺技术分析

叶片五轴数控加工工艺技术分析 本文关键词:叶片,数控,工艺技术,加工,分析

叶片五轴数控加工工艺技术分析 本文简介:【摘要】为了提高透平叶片加工工艺水平,本文利用五轴数控加工技术对该问题进行研究分析。提出透明叶片概念;分析该项技术应用的必要性;从4个方面出发,完成加工工艺方案的设计;通过仿真实验,从仿真结果中发现问题,经过参数调整,改善工艺方案,最终达到提高产品质量、缩小制造周期的目的。【关键词】叶片;数控加工;

叶片五轴数控加工工艺技术分析 本文内容:

【摘要】为了提高透平叶片加工工艺水平,本文利用五轴数控加工技术对该问题进行研究分析。提出透明叶片概念;分析该项技术应用的必要性;从4个方面出发,完成加工工艺方案的设计;通过仿真实验,从仿真结果中发现问题,经过参数调整,改善工艺方案,最终达到提高产品质量、缩小制造周期的目的。

【关键词】叶片;数控加工;CAM

近年来,我国在叶片加工方面的投资较多,先后推出了多种加工软件,促进了该领域的快速发展。由于透平叶片结构复杂,加大了编写工艺程序难度。传统的工艺技术设计思路比较局限,很难让开发人员找到工艺提升方法[1]。五轴数控加工出现以后,为这一难题提供了解决工具。本次研究将选取该项工艺作为主要技术,通过分析仿真效果,验证该设计方案的可行性。

1透明叶片简介

透明叶片指的是一种机械部件,主要用于引导流体流动,用户可以根据实际情况,设定流动方向,利用该部件对其流动方向进行把控。从总体来看,该部件的关键部位是叶身,通过设置尺寸参数,能够得到不同流通能力的部件。目前,该部件的类型越来越多,例如水轮机、汽轮机等[2]。本次研究将选取前者作为研究对象,利用当前热门工艺技术对其进行处理,经过研究分析,制定最佳工艺方案。

2五轴数控加工工艺应用必要性分析

虽然三轴数控技术逐渐得到改善,近些年,该技术生产出的产品质量较好,由此可以看出,此项技术逐渐发展成熟[3]。但是其不仅在生产周期方面存在劣势,而且在生产效率方面同样存在劣势,无法满足当前社会需求。针对这种情况,我国投入大量资金,在一定程度上改进该项技术,形成五轴数控技术。该技术由两部分构成,其中一部分为线性轴,对应的数量为3个,另外一部分为旋转轴,对应的数量为2个,其仿真处理采用的系统为CAM,利用该系统可以计算多项参数,例如,刀轴矢量与位点等,除此之外,还具有生产周期短、效率高等特点。因此,本次研究选取该项技术作为主要工艺,研究意义较大。

3加工工艺方案设计

根据水轮机叶片特点,本次研究为其制定加工工艺方案。

3.1叶片毛坯测量

对于叶片毛坯的测量,需要做好准备工作。在测量之前,检查型面余量是否均匀,设定标准范围8mm至14mm之间,如果超出该范围,则认为不合格。然而,在实际生产中,分布不均匀情况较多,针对这一问题,本次研究将采取特殊的测量方式,获取相关参数,通过计算处理,从而为系统仿真提供数据依据。考虑到测量精度、操作简便等需求,本次研究提出使用专门测量仪器,该仪器引进了光电技术,适合测量叶片,测量精度较高。

3.2计算方法

为了提高数据精度,本次研究对测量结果进行计算,通过计算每一片毛坯数据,根据结果构建模型,将该模型参数输入到计算机中,最终形成毛坯实体。在其基础上,针对不同方向自由度,利用软件搜索实体,经过优化计算处理,设定位置,同时考虑余量分布,完成安装。仅通过上述计算方法处理,与理想工艺加工结果相差较多,得到刀位变化轨迹尤为重要。此次研究,根据实际情况,利用软件编写程序,拟合成其变化轨迹。通过观察轨迹,能够在第一时间掌握叶片定位情况,经过分析,从中找出定位问题。

3.3定位基准的设定

由于叶片形状比较复杂,使用普通的定位方式无法保证精度。本次研究依据透平叶片特点,不仅设定了基准,而且还将余量分布情况作为定位依据。目前,应用比较多的定位方式为夹具定位,由于物品种类的不同,夹具的使用方式不同,根据物品特点使用,才能够将其作用全部发挥出来。对于透平叶片,此次研究引入计算技术,通过构建模型,输入产品参数,对产品进行模拟,形成叶片加工夹具,该器件属于通用型,支持多种类型叶片定位。如图3所示为通用型叶片夹具。

3.4工具的选取与区域划分

由于叶片结构比较复杂,本次研究将针对其特点,合理选取工具,同时根据实际情况,将整个叶片区域划分为若干个部分,分别对其进行加工。本次研究的水轮机叶片需要加工的区域比较复杂,曲面的数量为11,由于叶片容易受到外界因素的影响,例如机床摆角的影响,因此,必须重新划分叶片头部曲面,此时曲面数量变为13个。在对其进行处理时,为每一个区域配备相应刀具,而不是使用同一种刀具。配备刀具工作的开展,需要依据仿真方案的制定结果完成。在选取时,以曲面直径较大的工具作为首选对象,将该参数作为工具的选取依据,其主要原因直径与加工效率相关。对于叶片的背面与正面工具的选取为:前者选取的直径参数为Φ20°,后者选取的直径参数为Φ16°;叶片坡口工具的选取为:直径范围在Φ13°-Φ17°之间;叶片头部工具的选取为:直径参数为Φ10°,在其基础上,为其配备直径为直径参数为Φ8°的铣刀。除了上述工具选取方案的制定,本次研究还利用螺旋玉米立铣刀作为主要工具,其直径参数为Φ10°。

4仿真加工

为了验证五轴数控加工工艺效果更佳,本次研究对制定的工艺方案进行仿真加工,通过观察效果,使得该工艺技术得到认可。

4.1仿真加工流程的制定

如图2所示为仿真加工流程设计图。第一步:输入截面数据。第二步:在现有叶片曲面描述内容的基础上,采用另外一种描述方法,重新对其进行描述。第三步:根据描述内容,构建叶片三维模型。第四步:通过对叶片毛坯进行测量,根据测量数据确定其具体位置,变换空间位置,得到新的坐标系。第五步:根据刀位轨迹,完成刀具干涉计算。第六步:判断此时刀具是否出干涉状态,如果处于,则为其选取相应机床刀具,并确定切削参数,反之,模拟数控加工过程,同时对其采取干涉检查,执行第七步。第七步:检查当前处理方案是否合理,如果合理,执行第八步,反之,分析当前方案存在的问题,针对问题做出适当修改,形成新的加工方案。第八步:利用5FZG后处理器,对刀位轨迹数据进行后置处理。第九步:经过处理后,生NC代码程序。第十步:利用通讯软件,使得代码程序得以传输至机床CNC,从而实现仿真加工。

4.2检查计算

此项操作主要用于检查景区域划分方案是否满足要求。根据上述工艺方案制定的内容,通过计算,检查工具几何形状、工具参数等,在满足机床限定条件的情况下,增加工作效率,此项研究通过选取直径较大的铣刀来实现。关于五轴刀位的计算,设定两个值,即tiltangle和leadangle,在计算刀杆干涉的同时,完成刀具干涉计算。利用vericut展开切削仿真,通过观察仿真结果,即可找出影响因素,此时调整参数,重新检查计算,直至无误为止。最终确定刀位轨迹,根据轨迹信息生成加工代码。

4.3仿真结果分析

此次研究利用vericut软件和simulation进行仿真,得到如图3所示的仿真结果。图3仿真结果在图3中,左侧为切削仿真结果,后侧为机床仿真结果。将切削仿真结果与要求参数进行对比分析,如果两者之间存在差异,则需要再次计算刀位信息。对于机床的仿真,依据铣头运动情况和结构特点,使用CAM软件对其参数进行定义,同时规定各个轴之间的关系,控制机床配置参数在-358°至+358°之间。在连续加工的过程中,角度进行累加计算,当其达到上限值时,采取反转处理,后退一步以后再进刀,这样可以使刀具免遭损坏。对于容易发生碰撞的部位,采取单步处理,分别对其向前运行情况和向后运行情况进行观察,经过对比分析坐标轴值,改善工艺方案,并制定新的加工方式,经过多次改善处理后,最终确定最佳加工方案。

4.4后置加工程序

利用CAM软件开发命令语言,形成机床处理器件,利用该器件,结合机床运行情况,编写配置文件。通过转换刀具轨迹,得到加工代码。考虑到机床内存受限问题,此次研究对叶片进行加工处理,该叶片直径参数为Φ330°,经过处理后,得到若干个加工程序,每个程序占据内存在3MB左右,利用RS232串口建立通讯桥梁,所有编写的程序将通过该桥梁传输至控制中心,整个加工工艺结束。

5总结

本文主要对透平叶片的加工工艺展开研究分析。此次研究选取五轴数控技术作为主要技术,根据叶片结构特点,制定加工工艺方案,在满足制造条件的前提下,选取直径较大的刀具作为测量工具,从而达到提高工艺制造效率的目的。通过分析仿真结果,找出该方案存在的问题,做出适当调整,最终得到最佳工艺方案。

参考文献

[1]刘杰,钟飞龙.一种轮毂冲头安装模的五轴加工方法[J].机床与液压,2017,45(8):49-51.

[2]曹著明,孙红梅,史海军.某五轴数控加工中心在线检测关键技术研究[J].机械设计与制造,2017(11):149-152.

[3]干为民,徐波,褚辉生,等.五轴数控电解开槽加工整体涡轮盘的工艺试验研究[J].制造技术与机床,2017(2):37-42

作者:郑顺深 单位:广州市工贸技师学院


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