直纹面叶轮插铣加工关键技术

为提高整体叶轮的粗加工效率,弥补目前商用计算机辅助制造软件在五坐标插铣加工能力方面的不足,研究了直纹面叶轮五坐标插铣加工的关键技术。根据直纹面叶片的偏移边界矢量,利用四元数插值方法计算插铣加工的刀轴矢量,提出并推导了五坐标插铣加工的行距和步距计算公式,保证了插铣加工的材料去除率和加工效率。依据上述算法自主开发了整体叶轮五坐标插铣加工专用计算机辅助制造软件,并对该软件生成的刀具轨迹进行了仿真和实际加工验证。结果证明,该方法在一定程度上提高了叶轮零件的粗加工效率。     

离心泵叶轮五轴数控加工刀位轨迹规划算法研究

针对球头刀端铣加工工艺,可采用等残高刀位轨迹规划方法生成离心泵叶轮叶片型面的加工轨迹。首先根据端铣加工的工艺特点和叶片型面的几何特征,选取叶片上一条长边界曲线作为初始刀触点轨迹,并通过许用弦长公差离散形成刀触点序列;然后定义与进给方向垂直的截平面簇,在每个截平面内建立以刀触点为圆心的圆弧,将圆弧与叶片型面相交的前交点作为下一刀触点,并沿着刀轴方向计算刀位点,形成刀位点序列,拟合得到刀位轨迹。UG仿真表明,针对给定的叶轮,设定残高0.05mm时,可以得到实际均方根残高值为0.0463mm的光顺加工轨迹,其后跟角在(4.3432,15.8454)内变化,侧倾角在(46.4292,56.7360)内变化,刀轴转动无突变。     

型腔转角插铣粗加工方法

插铣是一种高效的粗加工方法。根据型腔转角面的几何特性,提出了无干涉插铣刀轴方向的算法;根据转角面几何信息和前一把加工刀具参数信息,实现插铣加工区域计算。在两者基础上,提出型腔转角插铣加工的刀位轨迹计算方法。此类方法适合各类型腔的转角粗加工。     

直纹面叶轮变轴插铣粗加工区域划分方法研究

为了在三元叶轮变轴插铣粗加工中更合理的划分加工区域、选择刀具,根据离心式三元叶轮轴盘叶间展向距离小于盖盘叶间展向距离的特点,提出两种采用平头刀变轴插铣粗加工区域划分及刀具尺寸计算方法。两种方法分别以叶轮进口轴盘叶间展向距离和出口轴盘叶间展向距离为基准递推各加工区域的分界面及相应刀具尺寸,并给出了相应的刀位计算方法。最后,针对一算例采用两种方法进行了加工区域划分、刀具尺寸计算,并分别进行了刀位计算、加工仿真和加工时间计算。对于不同的叶轮,由于尺寸的差别,需分别采用两种方法进行计算,选择较好的方法。     

整体叶轮插铣粗加工算法

针对目前航空发动机整体叶轮高效开粗加工的需求,提出了一种新的基于最小二乘原则的整体叶轮插铣开粗算法,对其关键刀位确定及刀轨排布给出了较为详尽的计算与推导.基于参数辨识试验建立了插铣工艺的铣削力模型,比较了插铣算法与常规侧铣算法铣削力的差别.通过整体叶轮粗加工过程数字仿真及其在整体叶轮五轴数控工艺过程中的工程应用,验证了整套插铣工艺及算法的可行性和加工高效性.实验结果表明,与传统侧铣分层铣削相比,插铣开粗工艺过程中的径向铣削力减小50%以上,加工效率增加近一倍.     

整体叶轮数控加工方法研究

为提高涡轮叶片的加工效率,提出了一种侧铣加工方法代替传统的加工方法,并给出了叶片加工刀位生成、叶片侧铣误差的控制算法.通过模拟加工和刀路检验,验证了这种方法的合理性,在保证精度的前提下,大大提高了加工效率,对于整体叶轮叶片的数控加工具有实际参考价值.     

UG二次开发的整体叶轮刀位轨迹生成

整体叶轮型面的复杂性,导致造型和数控编程都有一定的难度.基于UG和VC+ +开发平台,采用等残留高度法,结合全局干涉和局部干涉刀位的修正原理,编制了无干涉刀位轨迹算法.开发出干涉较严重的微型叶轮类零件的五坐标加工程序.通过实验证明,无干涉刀位轨迹算法是可行的,提高了UG生成整体叶轮刀路的效率,减少了操作,从而提高编程效率,同时可以有效地减少冗余刀具轨迹,提高加工效率和表面质量.     

整体叶轮五坐标联动数控加工自动编程系统

在分析了压气机整体叶轮形成原理的基础上，给出了叶轮叶片型面及流道底面的五坐标侧铣数控加工刀位算法，建立了其于微机的面向叶轮的数控加工自动编程系统。     

叶轮流道多轴高效插铣加工刀具轨迹规划方法

为提高叶轮流道的粗加工效率,弥补商用计算机辅助制造软件在多轴插铣加工路径规划方面的不足,研究了叶轮流道多轴高效插铣加工的关键技术。首先,在五轴机床一个转动轴固定一定角度的情况下,确定最大插铣刀具直径,并结合机床运动特性,建立最大刀具直径与步距、行距之间的几何约束模型。然后,通过求解该模型获得了满足加工效率和精度要求的高效插铣路径。最后,将所求插铣刀具轨迹在叶轮流道上进行了仿真与实际加工,实验表明利用该方法获得的插铣路径可以显著提高叶轮粗加工的效率。     

非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法

针对非可展直纹面侧铣精加工刀轴矢量计算中存在的问题,基于侧铣加工误差几何模型分析了棒铣刀加工非可展直纹面误差的产生原因。在研究了两点偏置法和三点偏置法的基础上,围绕提高非可展直纹面类零件的加工精度,提出一种动点滑动并寻求最优的刀轴矢量计算方法,并且采用最小二乘法对刀位轨迹进一步优化。通过所建立的刀位优化算法得到的刀轴矢量可使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小,最终得到整体最优的刀位轨迹。用所提方法与已有方法进行加工试验比较,并对加工误差分布进行分析可得,侧向偏置法所产生的加工误差明显低于已有方法,提高了加工精度。所采用的优化方法和数据处理结果可以为非可展直纹面侧铣加工提供一定的参考依据。     

Optimal CNC plunge cutter selection and tool path generation for multi-axis roughing free-form surface impeller channel

Plunge milling is the most effective way for rough machining of impeller parts, but previous research had not considered the optimization of plunge cutter selection and tool path. In this paper, a new method for optimizing the plunge cutter selection and tool path generation in multi-axis plunge milling of free-form surface impeller channel is proposed in order to improve the efficiency in rough machining. Firstly, in the case of fixing a rotation axis at a certain angle in five-axis machine, a mathematical representation is formulated for the geometric model of the cutter interfering the impeller, and an optimization model of the cutter size is established at a cutter contact point on the impeller channel surface, so the largest tool could be determined. Secondly, by analyzing the machine tool movement characteristics, the geometric constraint model of the plunge tool path which relative to the largest tool, step distance, and row space is established, and a tool orientation calculation method of impeller channel machining is given, and then, the plunge tool path and tool orientation could be obtained. Finally, the generated tool path and tool orientation are simulated and verified in practical processing. Simulation and experimental result shows that the rough machining efficiency of the impeller part is improved up to 40 % with this method.     

基于插铣加工的非等参数刀具轨迹生成方法

针对复杂多曲面通道的多坐标数控粗加工,提出了一种新的刀具轨迹生成算法.该算法以传统的插铣加工方法为基础,提出适合于复杂多曲面通道的新插铣方法;利用曲面参数线,使用B样务曲线正算反算方法,在流道划分的多个截面上做由初始孔到截面轮廓的渐变曲线;通过计算满足残留高度的走刀行距,在各个截面的渐变曲线上提取参数点并拟合出相应曲线,进而得到刀具接触点轨迹.     

开式三元叶轮高效率数控粗加工策略

论述了五轴数控粗加工的高效铣削策略和关键技术,对于影响数控粗加工效率的主要因素进行了分析,对于高速钢铣刀和硬质合金铣刀采用侧铣和插铣数控加工方法以及刀具选择进行了简要叙述,并且通过大量三元叶轮实际加工总结了一种面向三元叶轮加工特征、考虑刀具寿命的粗加工策略的原则,使三元叶轮的加工效率大大提高。     

虚拟技术在叶轮加工中的应用

叶轮是典型的多轴加工零件,加工中经常出现空刀、过切、欠切、表面质量不高等问题。文中通过应用UG软件的叶轮加工模块完成整体叶轮加工的自动编程,并基于VERICUT软件实现了米克朗UCP710型五轴加工中心铣削整体叶轮的仿真与优化,提高了加工质量和效率。     

Research on tool path planning method of four-axis high-efficiency slot plunge milling for open blisk

The great mass of machining allowance for blisk is removed in the rough milling, so improving the rough machining efficiency for the blisk’s tunnel is the key of realizing high-efficiency machining of blisk. According to the structure characteristic of open blisk’s tunnel, a four-axis plunge slot rough milling with high-efficiency and low machining cost is advanced. First, the plunge slot process for blisk and the generation process of the ruled enveloping surface for the freeform surface of the blisk’s blade are put forward. Then, the generating method of the ruled enveloping surface for the blade’s freeform surface and the tool path generation method of four-axis plunge slot milling for blisk are studied. The rough milling region of open blisk’s tunnel is determined by generating the ruled enveloping surface of blade’s offset surface, and the algorithm of tool path for four-axis plunge milling is given. When using a ruled surface to approach a freeform surface, the problem of getting boundary is solved, and the error from the calculation of tool path is avoided by the algorithm. At last, the experiment shows that comparing to the traditional side slot milling, the cutting force of four-axis plunge milling can be reduced by 60% and even the rough machining efficiency can be increased to more than double.     

整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.     

TC4钛合金深槽插铣加工

针对钛合金深槽开槽加工效率较低的问题,对TC4钛合金深槽进行插铣开槽试验研究,并对其已加工表面形貌、切屑形态、刀具磨损及切削效率进行了分析。结果表明:插铣加工表面粗糙度较大,铣刀的端面刃为主切削刃,刀具磨损主要发生在铣刀的端面刃。对于钛合金深槽的开槽加工,插铣加工切削过程平稳,具有比层铣更高的切削效率。     

整体叶轮非均匀加工余量颤振稳定域仿真与试验研究

针对整体叶轮加工过程中半精/精加工工艺,提出一种基于再生型颤振控制的整体叶轮非均匀余量加工工艺优化策略。借助有限元分析软件获取工艺系统的近似铣削力系数和固有频率,基于再生型颤振分析理论建立了均匀余量叶片和非均匀余量铣削加工稳定性极限叶瓣对比图。最后通过对均匀余量和非均匀余量两种叶片进行切削试验验证,证明了该非均匀余量工艺优化设计策略对抑制颤振有明显的效果,对整体叶轮实际加工和生产有一定的指导意义。     

钛合金整体结构件高效插铣工艺实验研究

针对钛合金整体结构件粗加工的插铣和侧铣工艺,从切削力、切削稳定性、切削温度等方面进行了切削实验和分析对比。实验结果表明,在相同切除率条件下,插铣的轴向切削力略大于侧铣的轴向切削力,而插铣作用力仅为侧铣的1/3%;随着切削深度的增加,插铣刀具的振动比侧铣刀具的振动小,且切削过程稳定;
插铣的切削温度要比侧铣的切削温度低。最后,以TC4钛合金整体叶盘通道开槽为例,进行了插铣验证。验证结果表明,插铣切削过程稳定,效率比侧铣提高了近1倍,刀具成本仅为侧铣的13%。