四轴加工(4)

2019-04-01 21:14

从叶片的结构来看,其叶身型面部分为复杂的空间曲面,各部分的曲率、扭转变化较大,是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件,工作条件较为恶劣,对零件本身的精度和质量提出的很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能,从而可能影响整机的性能。叶片的材料要求有很高的质量—强度比,加工中难切削,切削抗力大,引起的变形也大。由于其截面形状,在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同,进排边缘处又较薄,加工中的形变很复杂。对数控加工提出了很高的要求。在实际加工中,多采用

以下的加工流程:

四、叶片的CAD建模

Mastercam是美国CNC Software公司开发的一套CAD/CAM 软件,最早的版本为V3.0,可用于DOS。由于其诞生较早,兼具CAD软件和CAM软件的重要功能,发展至今无疑是CAD/CAM软件中的一枝奇葩,有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以绘制2D和3D图形,构建自由曲面的功能更是远远胜于同类的CAD软件;软件的CAM功能方便直观,可以直接在点、线、曲面、实体上产生刀轨,其后置处理文件是一种用户回答式的自由修改文件,默认的后置处理文件Mpfan.pst与FANUC控制系统的NC机床无缝集成。

1、构建截面线

按设计给定数据绘制出各个平面上的截面线,叶盆和叶背上的型线均为自由曲线,进排气边缘为一段

圆弧,将各曲线光滑过渡,并保证各段曲线的连续。根据给定的扭转角将各个平面上的曲线通过

Xform—Rotate命令进行旋转,得到一组空间曲线,如下图所示。

2、构建曲面

将所得到的截面线通过Create(创建)—Surface(曲面)—Loft(举升)操作,可以得到叶片的叶身型面,截面的数量将影响曲面的光顺性,调整各数据点的对齐方式,和曲面公差,得到如下图所示的三阶NUBS

曲面。

五、叶片的CAM加工

叶片型面加工可在三坐标、四坐标、五坐标数控机床上加工完成,所采用的刀具有球头刀、平底刀、牛鼻刀、环形刀、鼓形刀、锥形刀等,可根据曲面陡峭程度、机床主轴自由度、加工要求选择适合的刀具。

1、四坐标数控机床型面加工的优势

在以往的型面加工中多采用三坐标加工,其特征是加工轴线始终不变。

即平行于Z坐标轴。三坐标曲面加工是通过逐行走刀来完成加工的。刀具沿各切削行的运动,近似地

包络加工曲面,行距是影响加工质量和效率的主要因素。

过大的行距将使表面残余过大,后续工序的工作量变大,过小的行距会使加工程序和时间的成倍增加。

其中走刀方式和零件相对刀具的姿态是影响行距的重要因素。

以下是三坐标常用的几种走刀方式,如下图所示:图一是沿截面方向走刀,这种走刀方式可以获得较好的轮廓度,行距受到的影响也小,但是刀具切削点是不断地剧烈变化的,加工余量相对也处下不断的变

化,对刀具和机床都产生不利影响。

图二是沿切削方向走刀的,有较高的效率,在实际中应用较多。但是随着曲面切削点的法矢和刀具轴线(Z坐标轴)的夹角增大,表面残余增大,曲面的陡峭程度和其在夹具上的安装方位对行距很敏感。

图三是环切方式,是前两种方式的综合,主要应用于边界受限的型面加工,从内到外环切时,刀具切

削部位的四周可以受到毛坯的刚性支持,有利减少变形。

四轴联动加工则可解决上述问题,有效地控制刀具和曲面切削点法矢的夹角,从而使切削余量相对均匀,在型面扭转较大的叶片加工中有明显的优势;同时一次完成了叶盆、叶背、进排气边缘的加工,具有

较高的加工精度。 2、叶片的型面加工

叶片的型面为自由曲面,毛坯为模锻件,需要进行半精加工和精加工。在半精加工中可以根据被加工的面生成偏置面。利用Mastercam中Toolpaths(刀具路径)—Multiaxis(多轴加工)—Msurf5ax(五轴曲面加工),选用曲面驱动,Cut Pattern(切削模式)、Tool Axis Control(刀轴控制)、Cut Surfaces(切削曲面)都选择被加工曲面。 选用直径为12的球刀加工,半精加工步距取1mm,精加工步距取0.3mm,余量

为0.2mm,螺旋式走刀。精加工的刀轨路径如下图:

3、加工仿真

为了检验刀轨的正确性,防止加工中过切现象,Mastercam提供了强大仿真校验功能。先通过

Jobstup(毛坯设置)设置毛坯尺寸,利用Verify(校验)功能仿真切削,如下图:

4、后置处理

Mastercam系统分为主处理程序和后置处理程序两大部分。主处理程序针对加工对象,加工系统建立3D模型,计算刀具轨迹,生成NCI文件(刀具路径文件)。NCI文件是一个用ASCII码编写包括NC程序的全部资料的文件。后置处理系统配置了适应单一类型控制系统的通用后处理,该后置处理提供了一种功能数据库模型,用户根据数控机床和数控系统的具体情况,可以对其数据库进行修改和编译,定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序。其文件的扩展名为PST,定义了切削加工参数、NC程式格式、辅助指令,接口功能等。默认的MPFAN.PST是内定成适应FANUC控制器的通用格式,如FANUC3M、FANUC6M、FANUC0-M

等。

通过Post processing (后置处理)操作,系统自动产生NC程式,如下:


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