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          整體葉輪的數控加工工藝研究與實施
          • 作者:巨高精機 點擊次數:  日期:2020-06-01 15:35:09 TAG: 整體葉輪 數控加工工藝研究 葉輪實施
           摘要:根據整體葉輪的零件圖樣,文中分析了葉輪結構,確定葉輪的加工內容和加工要求。設計了葉輪加工工藝路線,選用合適的毛坯、刀具和夾具,編制了葉輪的五軸銑削程序,完成了葉輪加工,闡述了葉輪類零件的一般加工過程。

              關鍵詞:葉輪;刀具;加工工藝
            
              0 引 言
            
              整體葉輪是離心式空氣壓縮機中的核心零件,其作用是將電動機的機械能轉化為空氣動能,提高輸出空氣的壓力。整體葉輪結構復雜,加工難度大,尤其是加工葉片和流道時,容易產生干涉,流道寬度比較小,無法使用大直徑刀具,加工效率低。
           
            

          圖1 葉輪零件圖
            
              1、圖樣分析
            
              本文所研究整體葉輪零件圖樣如圖1所示,該葉輪為半開放式整體葉輪,葉片數量為17,是某離心式空氣壓縮機的核心零件,葉輪三維結構如圖2所示。該葉輪結構比較復雜,葉片扭曲程度比較高,主要有葉片、流道、圓角、孔等特征。葉輪的主要加工難點為葉片面、流道面和葉根圓角,此位置加工時容易產生干涉,并且只能采用小刀具加工,效率低,葉輪內孔尺寸要求以及內孔與葉輪外輪廓的同軸度要求都比較高,零件主要加工內容如表1所示。
              2 、制定工藝路線
            
              該葉輪分4次裝夾,毛坯選用圓柱棒料,第1次裝夾采用三爪夾盤夾持,完成葉輪打孔和粗車;第2次裝夾采用
           
           
           
          圖2  葉輪三維模型
            
          表1 加工內容
           
            

            
               三爪夾盤夾持,完成葉輪底面臺階圓、臺階孔精車;第3次裝夾采用三爪夾盤和軟爪夾持,完成葉輪孔和輪轂的精車;第4次裝夾采用專用夾具夾持,完成葉輪銑削加工。工藝路線制定如下:1)備料。0Cr17Ni4Cu4Nb棒料,尺寸為220 mm×95 mm。2)打孔。在數控車床上用三爪夾盤夾持,打孔直徑為16 mm,深度貫通。3)粗車。粗車葉輪輪轂面,留2 mm精車余量。4)精車葉輪底面。在數控車床上零件掉頭,用三爪夾盤夾持,精車葉輪底面臺階外圓和臺階孔。5)精車葉輪包履面。在數控車床上用三爪夾盤和軟爪夾持。葉輪底面臺階外圓,精車內孔和輪轂面。6)葉輪粗銑。在五軸聯動加工中心上用專用夾具夾持,粗銑葉輪,流道方向和葉片方向各留0.5 mm精銑余量。7)粗銑葉片前緣。粗銑葉片前緣,留0.5mm精銑余量。8)葉片半精加工。半精加工葉片,葉片方向留0.2 mm精銑余量,流道方向留0.5 mm精銑余量。9)流道半精加工。半精加工流道,流道方向留0.2 mm精銑余量,葉片方向留0.5 mm精銑余量。10)葉片精加工。精加工葉片至零件圖樣要求。11)流道精加工。精加工流道至零件圖樣要求。12)葉根圓角精加工。精加工葉根圓角至零件圖樣要求。

               3 、毛坯選用
            
               該葉輪材料為0Cr17Ni4Cu4Nb,此材料屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼,具有高強度、高硬度和抗腐蝕等特性,廣泛應用于制造軸類、汽輪機部件、航天渦輪機葉片等場合。0Cr17Ni4Cu4Nb由于硬度高,不容易斷屑等特點,切削性比較差,尺寸精度不容易控制。根據零件尺寸和機床性能,并考慮零件裝夾要求,選用直徑為220 mm,高度為95 mm的棒料。

               4 、夾具選用
            
              該葉輪分4次裝夾,打孔粗車時,以毛坯作為基準,選用三爪夾盤裝夾,工件軸向伸出量為85 mm,裝夾簡圖如圖3所示。車削葉輪底面時,采用已經粗車完畢臺階外圓作為定位基準,三爪夾盤裝夾,裝夾示意圖如圖4所示。車削包履面時,以已加工完畢的葉輪底面臺階圓為基準,選用三爪夾盤和軟爪裝夾,裝夾示意圖如圖5所示。葉輪銑削時,以葉輪底面和葉輪軸孔作為定位基準,使用專用夾具裝夾,裝夾示意圖如圖6所示。
           


              5 、刀具和切削用量選用
            
              葉輪銑削時,由于流道窄,只能使用直徑較小的刀具,為了提高刀具剛性,盡量采用帶有錐度的銑刀。選用山高刀具系統,查閱山高刀具手冊,選用刀具和切削用量如表2所示。
            
          表2 刀具列表
           
            

            
               6 、葉輪編程與加工
            
               本文所涉葉輪加工分車削和銑削兩種加工方式,其中車削加工較為簡單,此處不再贅述。葉輪銑削屬于五軸聯動銑削加工,程序復雜編程困難。NX軟件自8.0版本后就提供了專門的葉輪加工模塊,本文使用NX10.0軟件的葉輪加工模塊,編制葉輪加工軌跡,如圖7所示,并通過后處理得到葉輪加工程序。
           
            
            
          圖7  葉輪加工刀具軌跡
            
              選用德瑪吉DMU65monoBLOCK五軸聯動加工中心作為該葉輪加工設備。DMU65為AC軸搖籃結構,配備海德漢530系統,具有很好的工藝能力和加工精度。將車削好的葉輪毛坯安裝在夾具上,并調整葉輪毛坯回轉軸線與機床C軸回轉軸線同軸,裝調好所有刀具,使用經過后
          處理得到的加工程序,完成該葉輪加工,總加工時間為7.2h,加工過程如圖8所示。
            
           
           
          圖8 葉輪加工
            
              7、 結 語
            
              本文以某企業離心式空氣壓縮機葉輪為研究對象,通過對葉輪結構以及零件圖樣的分析,確定該葉輪的加工內容和加工要求。根據葉輪加工特點設計了葉輪的加工工藝路線,設計了葉輪加工的裝夾方式,選用了葉輪加工刀具和切削參數。使用NX軟件編制了葉輪的加工程序,完成了葉輪加工。本文完整地闡述了葉輪的加工過程,對葉輪制造具有普遍的借鑒意義。


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