关键词:
五轴插铣加工
刀具轨迹规划
切削过载
残留材料
补加工
摘要:
随着国家在能源、航空航天等重大领域的不断发展,高质高效加工技术领域的探索成为必然趋势。作为离心压缩机最主要的部件,半开式整体叶轮的加工质量与效率尤为关键。由于其通常为难加工材料,且几何特征复杂,故加工难度极高,实现叶轮高质高效的加工方法一直是众多学者关注的热门问题。在众多整体叶轮粗加工工艺中,插铣由于其刀具沿轴向进给的一种铣削加工方法,具有径向切削力小,切削稳定性好,允许采用大长径比刀具等特点,非常适合深沟槽类零件加工,目前被逐渐提及用于半开式整体叶轮流道的粗加工中。然而在叶轮插铣实践过程中发现,针对大直径叶轮加工时,缺乏高效插铣加工工艺方法报道,加工时受流道入风口处小的流道宽度限制,传统插铣加工方法采用单一小直径刀具加工时存在走刀轨迹冗余,进一步导致加工效率低下问题,为解决该问题本文提出了一种双列开槽插铣加工方法,使用不同直径刀具进行加工以适应流道宽度的变化,由于采用大直径刀具不仅可以减少走刀轨迹数量,还可以进一步采用大的切削参数以提高。由于大直径叶轮流道宽度变化较大,采用不同直径刀具加工时,容易出现切削过载的问题,同时采用大直径刀具加工后,存在残余材料过大的问题。上述问题均导致在面向大直径叶轮加工时,插铣加工无法发挥其高效性的优势。进一步针对上述问题,本文提出了一种过渡刀具轨迹规划方法以避免切削过载,以及提出了一种残余材料补加工刀具轨迹规划方法以高效去除插铣加工后的残余材料。本论文主要内容如下:
(1)提出了整体叶轮双列开槽插铣加工方法,实现大直径叶轮的高效五轴插铣加工。首先将流道切削区域按照流道宽度进行划分,各加工区域采用不同刀具直径进行加工,根据叶轮插铣加工的特点,以叶片直纹面为基准计算插铣刀位点和刀轴矢量,以获得初始叶轮流道双列开槽插铣刀具轨迹,进一步针对插铣顶刀问题进行刀具轨迹调整,并按照APT语言格式进行编程,实现叶轮双列开槽插铣刀具轨迹自动规划。
(2)提出了小直径刀具更换大直径刀具的过渡刀具轨迹规划方法,高效自动地优化了刀具轨迹以避免切削过载问题。首先通过三轴插铣试验探究影响切削过载的因素,明确了更换刀具直径时过渡插铣刀具轨迹规划的目标是减小瞬时径向切深,同时针对叶轮插铣加工提出了一种过渡刀具轨迹规划方法,并按照APT语言格式进行编程实现自动规划,最后对叶轮实例进行仿真与试验验证。
(3)提出了残余材料补加工刀具轨迹规划方法,高效自动地去除了插铣加工后的残余材料,为后续半精加工及精加工节约加工时间。首先分析插铣加工后残余材料形成机理,建立残余材料简化模型以提取残余材料参数信息,基于该模型划分插铣补加工区域,并计算补加工区域参数。根据补加工区域参数,规划补加工刀具轨迹,在无过切干涉和顶刀基础下实现高效去除插铣残余材料,将上述方法编写成软件,以减少对操作人员的经验依赖,从而进一步节约加工前准备时间。最后进行叶轮实例进行仿真与试验加工验证其可行性和高效性。