一、三元叶轮的造型
叶片曲面包括: 圆头部分和叶身部分。根据设计图纸要求, 通常制造一个椭圆形叶片圆头。椭圆形长轴与短轴的比例值根据对叶轮的不同要求来定, 一般为3. 0。将叶身上的点与叶片圆头上的点圆滑结合在一起, 形成完整的叶片曲面上的点, 从而造出完整的叶片曲面。如果已经给出一系列圆头上的点, 可以直接用这些点加上叶片叶身上的点形成叶片曲面。通过定义叶片数, 形成了各个叶片之间的通道。盖盘曲面和轴盘曲面均为回转面。
二、三元叶轮加工刀具
本着高效率, 低成本, 高刚性的原则, 在系统开发过程中, 将刀具分为粗加工球头锥形铣刀和精加工球头锥形铣刀。
粗加工球头锥形铣刀: 短刃( 带分屑槽) , 刚性好, 价格低, 效率高。
精加工球头锥形铣刀: 长刃, 刚性较差, 价格较高, 只用于叶片精加工。
三、在CAM 环境中制定流程合理的工艺
三元叶轮加工应分为4 部分: 通道粗加工、圆头精加工、叶片精加工及轮毂精加工。
1. 通道的粗加工
方法采用从叶片入口处进刀, 三角形走刀, 顺铣方式。
在叶片深度方向上, 分多层加工, 一般深度选为与刀具直径大体相同。在开槽的第一刀, 走刀速度为扩槽的0. 5 倍, 一次将每一层直接开出。
由于在叶片深度方向上的通道宽度有所不同,所以可根据通道宽度大小和加工深度大小来选用不同直径、不同长度的锥形粗加工铣刀, 以便于提高加工效率和加工的稳定性。
在每层的轨迹与轨迹之间的间距一般选为0. 7~ 0. 8 的刀具直径。叶片表面和圆头表面的余量可根据叶轮直径和通道大小而定, 一般为0. 5~ 1. 0mm, 轮毂表面的余量为0. 6~ 1. 0mm。对于大直径、叶片数比较少的叶轮, 可以选刚性较好的大直径锥形粗铣刀, 在这种情况下, 叶片表面余量通常选0. 8~ 1. 0mm, 轮毂表面余量通常选1mm。
2. 圆头的精加工
对于叶片圆头选顺铣方式, 一种是恒定深度侧铣, 另外一种是从盖盘到轴盘方向点接触式铣圆头。
在余量方面, 靠尖部的位置余量为0. 0mm, 靠叶片部位给有一定的余量, 一般为0. 2mm, 这样可保证在精加工叶片和圆头之间不留任何接刀痕迹。
3. 叶片的精加工
为了保证加工质量, 考虑刀具的切削特点, 采用顺铣的加工方式进行。
对于叶片侧加工余量, 可根据加工经验, 编制适应性良好的精加工程序, 使操作者根据加工的实际情况选择余量适合的精加工程序, 同时在叶片头部进口处适当给出一定的余量, 使得在精加工时避开已加工好的圆头表面。
4. 轮毂表面的精加工
这一步采用从入口进刀, 从上往下走刀的顺铣方式将流道按流线方向加工出来。轨迹与轨迹之间最大的波峰和波谷高度按照图纸要求, 得出最大轨迹数。余量在轮毂侧0. 0mm, 在叶片侧给0. 5~ 1. 0mm不等, 具体选用标准可根据叶轮大小与通道大小而定。
5. 机床进给速度控制
在五坐标加工中心, 机床的运动是五轴( X、Y、Z、A、B) 联动, 而一般常用的每分钟进给量限于三坐标X、Y、Z 联动的数控加工。对于五轴X、Y、Z、A、B的联动, 进给速度最好采用时间的倒数, 这样在满足X、Y、Z 运动的同时又能满足两个转轴A、B( C) 的运动, 使切削更加均匀, 既提高了加工的稳定性和加工效率, 同时又提高了叶片表面的加工质量。
在CAD/ CAM 环境中通过对加工模型到加工相关的关键技术的有效控制, 可以快速地搭建起可操作性强, 自适应能力优秀的三元叶轮加工专家系统。该系统可以使新人在不十分了解具体方法的条件下, 快捷地完成加工指令的生成过程, 在大幅度提升三元叶轮加工质量和生产效率的同时, 也为其他复杂零件的数控加工积累了宝贵经验。
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