流量計(jì)渦輪葉片精加工刀路方案研究
本文通過(guò)對(duì)渦輪流量計(jì)葉輪葉片幾何要素進(jìn)行分析，給出手工編程和CAM軟件編程兩種不同的葉片曲面的精加工方案。并通過(guò)實(shí)際的上機(jī)驗(yàn)證，對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比、分析。選擇手工編制的程序作為量產(chǎn)程序，提高了葉片的表面質(zhì)量。
渦輪葉片是流量計(jì)的關(guān)鍵零件，葉片曲面是螺旋曲面，加工比較困難，加工精度要求高。螺旋曲面是工程應(yīng)用中***廣泛的曲面之一，很多機(jī)械零件均以螺旋曲面作為工作機(jī)理的基礎(chǔ)。本文以實(shí)際生產(chǎn)中的渦輪流量計(jì)中的葉片為例，用手工編程和CAM軟件編程兩種方法進(jìn)行葉片曲面精加工刀路的設(shè)計(jì)，給出了具體的方法和程序，并通過(guò)實(shí)際上機(jī)測(cè)驗(yàn)，
圓柱螺旋線是一個(gè)動(dòng)點(diǎn)沿圓柱體表面作等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又沿圓柱體母線方向作等速運(yùn)動(dòng)所形成，圓柱體每轉(zhuǎn)一圈，動(dòng)點(diǎn)沿其母線軸向移動(dòng)的距離稱為螺旋線的導(dǎo)程。圓柱螺旋線的方程為如下。
圖1 右旋圓柱螺旋線的展開圖
過(guò)螺旋線（2）上的一點(diǎn)做一條垂直于圓柱中心軸線的直線L，直線L沿著移動(dòng)螺旋線（2）移動(dòng)，形成葉片的中間曲面，分別向兩側(cè)偏移0.35便得到葉片的兩個(gè)曲面。
圖2 流量計(jì)渦輪圖樣
三、葉片曲面精加工方案一：
選用直徑D為5的立銑刀，大連機(jī)床廠的VDF-850 4軸立式加工中心。把立銑刀刀具側(cè)刃看做是葉片曲面的母線，沿著相應(yīng)的螺旋線運(yùn)動(dòng)，即可以包絡(luò)出葉片的曲面。如圖3所示，刀具刀尖曲線應(yīng)當(dāng)為螺旋線（2）旋轉(zhuǎn)8.23°，半徑為19.9的右旋圓柱螺旋線。在圓柱坐標(biāo)系下，其方程為如下。
由方程（4）可知，在4軸機(jī)床上，X軸移動(dòng)一定距離的同時(shí)，A軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，就可以加工出螺旋曲面。如圖4所示為刀具軌跡展開圖，為了使刀具軌跡在曲面延長(zhǎng)的方向能讓出一定的安全距離，做一條距離葉輪端面距離為5的輔助線。如圖4所示，通過(guò)作圖的方法求出，葉片長(zhǎng)度延長(zhǎng)到輔助線時(shí)，刀具的起始位置的坐標(biāo)。
圖3 刀具包絡(luò)葉片曲面在葉片法向上的圖解
圖4 刀具軌跡展開圖
設(shè)定毛坯及工件坐標(biāo)系如圖5所示，編制NC程序。
圖5 毛坯及坐標(biāo)系的設(shè)定
數(shù)控程序如下。%0001G17 G40 G49 G80 G98M6 T2G00 G90 G54 G43 H2 Z30 M3 S5500G90 G01 X-6.768 Y-2.263 G90 G01 A0G01 Z19.9 F2000 M8M98 P0005 L12M00
G90 G01 A0G90 G01 X-3.232 Y2.263G01 Z19.9 F2000 M8M98 P0006 L12M00G0 Z30G0 X-28 A0M30
%0005G90 G01 Z19.9G91 G1 X22 A55.462 F1000G91 G0 Z20G91 G0 X-22G91 G0 A-25.462M99
%0006G90 G01 Z19.9G91 G1 X22 A55.462 F1000G91 G0 Z20G91 G0 X-22 G91 G0 A-25.462M99
四、葉片曲面精加工方案二：
使用CAM軟件NX對(duì)葉片曲面進(jìn)行精加工刀路的設(shè)計(jì)。“順序銑”是NX中的一個(gè)功能強(qiáng)大的多軸銑削命令，可以連續(xù)加工一系列邊緣相連的曲面。因此，選用“順序銑”命令對(duì)葉片曲面進(jìn)行精加工刀路設(shè)計(jì)，整個(gè)加工過(guò)程由進(jìn)刀、連續(xù)加工運(yùn)動(dòng)1、連續(xù)加工運(yùn)動(dòng)2、連續(xù)加工運(yùn)動(dòng)3和退刀組成。各個(gè)運(yùn)動(dòng)控制刀具運(yùn)動(dòng)的3個(gè)控制表面的設(shè)定如表所示。生成的葉片精加工刀路、銑削方向和刀軸變化如圖6所示。NX精加工刀路仿真效果如圖7所示。
表 控制表面的設(shè)定
通過(guò)后處理，得到一個(gè)循環(huán)刀路的NC代碼如下。
%0010G64G90 G40 G49 G55 G80M06 T02G00 A358.435X-2.5 Y-2.143G43 Z19.7 H02G01 F250. S0 M03X-.963 Y-2.148 A2.294X.549 Y-2.147 A6.108X2.037 Y-2.145 A9.866X3.51 Y-2.143 A13.584X4.973 Y-2.141 A17.275X6.429 Y-2.14 A20.95X7.882 Y-2.139 A24.614X9.333 A28.272X10.784 Y-2.14 A31.926X14.5 Y-2.158 A41.264Y-2.5 A45.054Y-2.485 Z19.701 A48.573X13.767 Y2.131 Z19.7 A59.932X13.035 Y2.162 A58.177X12.076 A55.757X10.979 Y2.161 A52.991X9.786 Y2.16 A49.981X8.526 Y2.158 A46.8X7.219 Y2.156 A43.501X5.879 Y2.154 A40.117X4.515 Y2.153 A36.672X3.133 Y2.151 A33.184X1.738 Y2.149 A29.663X.333 Y2.148 A26.116X-1.083 Y2.151 A22.549X-2.5 Y2.153 A18.975M09M05M30
圖8 方案一精加工刀路加工出來(lái)的葉輪
五、結(jié)論：