流道面开槽的数控加工研究范文

水轮机模型转轮是重要的部件，加工精度要求高。采用分体的结果，由上冠、叶片和下环3种部件组装而成，为了保证叶片的装配精度，在上冠流道面开出配合槽，叶片上加工出配合的上冠部分，进行嵌入上冠完成精确叶片的定位。针对这种空间槽要求进行数控编程加工。

1加工工艺分析

上冠的理论形状（如图1）。在流道面上均匀地加工出配合用的深槽。槽的立面于轴线平行，外端的立面矮，内端的立面高，底面是空间的曲面。要求进行配合，立面必须进行精修与叶片配合。对于这种空间槽型，必须采用数控加工完成。槽是沿着圆周分布，槽深并且数量多。工艺上是先进行车削完成上冠的轮廓，然后，通过数控加工完成整体抠出深槽，最后进行精修实际配合叶片。

2数控加工方法的研究

2.1粗加工的数控加工方法通过拔模角阴影分析，槽是沿轴线方向的深度（见图2）红色部分说明该面是垂直方向，没有倒扣角的存在，可以用三轴联动数控设备进行加工，整体抠出的数控加工工艺方案。粗加工的目的是快速去除多余材料，我们通过三维区域清除策略来实现高速加工。有关高速加工技术的研究可以追溯到20世纪30年代，由德国物理学家索罗门博士所提出并获得德国专利的高速切削技术，有的资料也称为索罗门原理，即每一种被加工材料都有一个临界切削速度，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，而当切削速度达到普通切削速度的5~6倍时，切削刃口的温度开始随着切削速度的增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。到目前为止，理论上对高速切削加工没有形成一致的概念。一般可以用两个指标来衡量：1）高转速，主轴转速在1200r/min；2）快进给量，每分钟几十米甚至几百米。早期我们采用的是常规的数控编程方法，使用区域加工策略，由于空间槽存在上高下矮的立面，使用区域加工会产生大量的空走刀路（见图3），浪费加工时间严重，上冠上有圆周分布的15~30个槽，数量多，批量大，对于提高加工效率是很有意义的工作。在这里采用了专业的数控编程软件进行数控加工编程，使用了三维模型区域清除的策略，依据毛坯的大小，通过小切削深度和大进给量来实现高速加工，轮廓和赛车线光顺，刀路连接也处理光顺，没有切削力突变和尖角转向的现象，给定主轴转速1500r/min，切削进给率2000mm/min，下切进给率300mm/min，掠过进给率5000mm/min，粗加工完成所用时间是24min46s。而早期的区域加工的时间是1h6min3s，主要是常规方法存在大量的尖角转向和空走刀路，切削速度无法提高。为了进一步提高效率，使用了赛车线加工技术，随着刀具路径切离主形体，粗加工刀具路径将变得越来越平滑，这样可以避免刀具路径突然转向，从而降低机床负载，减少刀具磨损，实现高速切削，可以计算出符合高速加工工艺要求的高效的刀具路径，大大减少了刀具路径的空行程，因而也减少了不安全的切入和切出刀具路径段，在提高效率的同时保证了刀具安全。

2.2半精加工、精加工的数控编程方法研究在半精加工、精加工中，采用了SWARF精加工的策略，使用驱动曲线来进行控制刀位轨迹，可以求出非常优化的轨迹，使得刀路轨迹光顺，而且，切削点分布均匀，有效提高了表面质量。由于SWARF精加工策略的条件是合并和偏置向上两种。使用偏置向上，依据上限条件是顶部，这样计算出的刀具路径在流道面自动中断，用连接方式将每段刀具路径直接连接起来（见图4），这样的刀具路径安全可靠，优化处理效果好，可以大幅度提高加工效率。由于是配合的槽，要求进行精修加工，进行实际配合叶片，这时要求高精度的数控加工，就要采用SWARF精加工中的合并条件，去掉了每段的连接，形成连续不断的路径，确保刀具路径连续没有断点，行程完全封闭的路径，这样加工处理的槽表面质量高，非常适合配合面的加工。

3数控加工的仿真模拟

数控编程都要求进行模拟仿真操作，刀具路径、刀具、夹具进行过切和碰撞性检查。在计算生成刀具路径时已经进行了自动检查，并提示刀具路径当前的状态。在数控编程软件内部也可以进行ViewMill，检查激活刀具路径的碰撞或过切，可以计算出碰撞的深度，调节刀具。计算过切区域，进行分割刀具路径。在碰撞和过切检查完毕，可以确定刀路安全（见图5）。

4结论

通过对上冠流道面配合槽的数控加工，提高了产品的质量。使用了高速加工的理论指导数控加工，保护了数控机床，减少了刀具的模式，提高了加工的效率，实现了大批量生产，有效保证了转轮模型的质量。

作者：司亮 李树伟 陈梓萱 单位：哈尔滨电机厂有限责任公司