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整體(tǐ)叶轮的数控加工工艺研究与实施
  • 作者:巨高精机 点击次数:  日期:2020-06-01 15:35:09 TAG: 整體(tǐ)叶轮 数控加工工艺研究 叶轮实施
 摘要:根据整體(tǐ)叶轮的零件图样,文(wén)中分(fēn)析了叶轮结构,确定叶轮的加工内容和加工要求。设计了叶轮加工工艺路線(xiàn),选用(yòng)合适的毛坯、刀(dāo)具和夹具,编制了叶轮的五轴铣削程序,完成了叶轮加工,阐述了叶轮类零件的一般加工过程。

    关键词:叶轮;刀(dāo)具;加工工艺
  
    0 引 言
  
    整體(tǐ)叶轮是离心式空气压缩机中的核心零件,其作用(yòng)是将電(diàn)动机的机械能(néng)转化為(wèi)空气动能(néng),提高输出空气的压力。整體(tǐ)叶轮结构复杂,加工难度大,尤其是加工叶片和流道时,容易产生干涉,流道宽度比较小(xiǎo),无法使用(yòng)大直径刀(dāo)具,加工效率低。
 
  

图1 叶轮零件图
  
    1、图样分(fēn)析
  
    本文(wén)所研究整體(tǐ)叶轮零件图样如图1所示,该叶轮為(wèi)半开放式整體(tǐ)叶轮,叶片数量為(wèi)17,是某离心式空气压缩机的核心零件,叶轮三维结构如图2所示。该叶轮结构比较复杂,叶片扭曲程度比较高,主要有(yǒu)叶片、流道、圆角、孔等特征。叶轮的主要加工难点為(wèi)叶片面、流道面和叶根圆角,此位置加工时容易产生干涉,并且只能(néng)采用(yòng)小(xiǎo)刀(dāo)具加工,效率低,叶轮内孔尺寸要求以及内孔与叶轮外轮廓的同轴度要求都比较高,零件主要加工内容如表1所示。
    2 、制定工艺路線(xiàn)
  
    该叶轮分(fēn)4次装夹,毛坯选用(yòng)圆柱棒料,第1次装夹采用(yòng)三爪夹盘夹持,完成叶轮打孔和粗車(chē);第2次装夹采用(yòng)
 
 
 
图2  叶轮三维模型
  
表1 加工内容
 
  

  
     三爪夹盘夹持,完成叶轮底面台阶圆、台阶孔精車(chē);第3次装夹采用(yòng)三爪夹盘和软爪夹持,完成叶轮孔和轮毂的精車(chē);第4次装夹采用(yòng)专用(yòng)夹具夹持,完成叶轮铣削加工。工艺路線(xiàn)制定如下:1)备料。0Cr17Ni4Cu4Nb棒料,尺寸為(wèi)220 mm×95 mm。2)打孔。在数控車(chē)床上用(yòng)三爪夹盘夹持,打孔直径為(wèi)16 mm,深度贯通。3)粗車(chē)。粗車(chē)叶轮轮毂面,留2 mm精車(chē)余量。4)精車(chē)叶轮底面。在数控車(chē)床上零件掉头,用(yòng)三爪夹盘夹持,精車(chē)叶轮底面台阶外圆和台阶孔。5)精車(chē)叶轮包履面。在数控車(chē)床上用(yòng)三爪夹盘和软爪夹持。叶轮底面台阶外圆,精車(chē)内孔和轮毂面。6)叶轮粗铣。在五轴联动加工中心上用(yòng)专用(yòng)夹具夹持,粗铣叶轮,流道方向和叶片方向各留0.5 mm精铣余量。7)粗铣叶片前缘。粗铣叶片前缘,留0.5mm精铣余量。8)叶片半精加工。半精加工叶片,叶片方向留0.2 mm精铣余量,流道方向留0.5 mm精铣余量。9)流道半精加工。半精加工流道,流道方向留0.2 mm精铣余量,叶片方向留0.5 mm精铣余量。10)叶片精加工。精加工叶片至零件图样要求。11)流道精加工。精加工流道至零件图样要求。12)叶根圆角精加工。精加工叶根圆角至零件图样要求。

     3 、毛坯选用(yòng)
  
     该叶轮材料為(wèi)0Cr17Ni4Cu4Nb,此材料属于马氏體(tǐ)沉淀硬化不锈钢,具有(yǒu)高强度、高硬度和抗腐蚀等特性,广泛应用(yòng)于制造轴类、汽轮机部件、航天涡轮机叶片等场合。0Cr17Ni4Cu4Nb由于硬度高,不容易断屑等特点,切削性比较差,尺寸精度不容易控制。根据零件尺寸和机床性能(néng),并考虑零件装夹要求,选用(yòng)直径為(wèi)220 mm,高度為(wèi)95 mm的棒料。

     4 、夹具选用(yòng)
  
    该叶轮分(fēn)4次装夹,打孔粗車(chē)时,以毛坯作為(wèi)基准,选用(yòng)三爪夹盘装夹,工件轴向伸出量為(wèi)85 mm,装夹简图如图3所示。車(chē)削叶轮底面时,采用(yòng)已经粗車(chē)完毕台阶外圆作為(wèi)定位基准,三爪夹盘装夹,装夹示意图如图4所示。車(chē)削包履面时,以已加工完毕的叶轮底面台阶圆為(wèi)基准,选用(yòng)三爪夹盘和软爪装夹,装夹示意图如图5所示。叶轮铣削时,以叶轮底面和叶轮轴孔作為(wèi)定位基准,使用(yòng)专用(yòng)夹具装夹,装夹示意图如图6所示。
 


    5 、刀(dāo)具和切削用(yòng)量选用(yòng)
  
    叶轮铣削时,由于流道窄,只能(néng)使用(yòng)直径较小(xiǎo)的刀(dāo)具,為(wèi)了提高刀(dāo)具刚性,尽量采用(yòng)带有(yǒu)锥度的铣刀(dāo)。选用(yòng)山(shān)高刀(dāo)具系统,查阅山(shān)高刀(dāo)具手册,选用(yòng)刀(dāo)具和切削用(yòng)量如表2所示。
  
表2 刀(dāo)具列表
 
  

  
     6 、叶轮编程与加工
  
     本文(wén)所涉叶轮加工分(fēn)車(chē)削和铣削两种加工方式,其中車(chē)削加工较為(wèi)简单,此处不再赘述。叶轮铣削属于五轴联动铣削加工,程序复杂编程困难。NX软件自8.0版本后就提供了专门的叶轮加工模块,本文(wén)使用(yòng)NX10.0软件的叶轮加工模块,编制叶轮加工轨迹,如图7所示,并通过后处理(lǐ)得到叶轮加工程序。
 
  
  
图7  叶轮加工刀(dāo)具轨迹
  
    选用(yòng)德玛吉DMU65monoBLOCK五轴联动加工中心作為(wèi)该叶轮加工设备。DMU65為(wèi)AC轴摇篮结构,配备海德汉530系统,具有(yǒu)很(hěn)好的工艺能(néng)力和加工精度。将車(chē)削好的叶轮毛坯安装在夹具上,并调整叶轮毛坯回转轴線(xiàn)与机床C轴回转轴線(xiàn)同轴,装调好所有(yǒu)刀(dāo)具,使用(yòng)经过后
处理(lǐ)得到的加工程序,完成该叶轮加工,总加工时间為(wèi)7.2h,加工过程如图8所示。
  
 
 
图8 叶轮加工
  
    7、 结 语
  
    本文(wén)以某企业离心式空气压缩机叶轮為(wèi)研究对象,通过对叶轮结构以及零件图样的分(fēn)析,确定该叶轮的加工内容和加工要求。根据叶轮加工特点设计了叶轮的加工工艺路線(xiàn),设计了叶轮加工的装夹方式,选用(yòng)了叶轮加工刀(dāo)具和切削参数。使用(yòng)NX软件编制了叶轮的加工程序,完成了叶轮加工。本文(wén)完整地阐述了叶轮的加工过程,对叶轮制造具有(yǒu)普遍的借鉴意义。


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