一种半开式叶轮固定空间矢量刀轴的插铣加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数控加工制造技术领域，涉及一种机械零件的机械加工方法，具体的是涉及一种半开式三元叶轮在五轴联动数控加工中心上使用空间矢量固定刀轴方向插铣的数控加工方法。
【背景技术】
[0002]半开式三元叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航空、航天、导弹、能源化工等领域，其数控加工技术一直是机械制造业中的一个重要课题。半开式三元叶轮作为透平压缩机中唯一对工作介质做功的部件，主要运行在高温、高压、高腐蚀的介质中，其材质主要为FV520B (美标的17-4PH材料)、KMN等不锈钢锻件构成。半开式三元叶轮作为离心压缩机的心脏设备，主要应用于大型乙烯、空分、炼油等大型工程制造领域，叶轮的加工制造技术属于典型的薄壁难加工零件。
[0003]由于半开式叶轮的叶片是在空间呈不规则三维扭曲，只能使用五轴联动加工中心铣制或者电解加工。目前半开式叶轮常采用五轴联动分层铣削流道的加工方法，由于机床的五轴联动加工，加工周期较长，效率较低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种半开式叶轮在五轴联动加工中心上固定空间某一矢量刀轴进行插铣加工的方法。使用此种加工方法，提高了叶轮的加工效率，缩短了加工周期，降低了企业生产成本。使用空间矢量固定插铣刀轴，保证了叶片加工表面余量均匀一致，便于后续精加工叶片。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]一种半开式叶轮固定空间矢量刀轴的插铣加工方法，该方法是在五轴联动的数控加工中心上，固定机床的两个旋转轴A、B轴，只有机床的三个直线轴X、Y、Z轴运动，增加数控机床的刚性，使用带有CVD硬质合金涂层的插铣刀，通过计算分析来确定合理的刀轴矢量，插铣刀在此固定的刀轴矢量方向上铣制加工叶轮流道。所述的加工方法具体步骤如下:
[0007](I)将半开式叶轮的流道拆分成若干个待加工区域
[0008]依据半开式叶轮流道在轴向方向上曲率变化，将流道分为若干个待加工区域，尽量保证待加工区域流道在轴向方向上的曲率变化较小，把切削起点和切削终点之间的轴向曲率变化控制在18.5%以内；
[0009]( 2 )合理选择硬质合金插铣刀具
[0010]根据流道尺寸选择所需直径的插铣刀，这样刀具的刚性较强，而且可以配合较长的刀杆便于插铣。由于插铣刀在设计时切削刃不过刀具中心，要防止插铣加工时刀具中心部位与叶轮发生碰撞，出现“顶刀”现象。插铣刀刀片表面为通过CVD制备的硬质合金涂层，它本身具有韧性好、寿命长的优点；所述插铣刀带有内冷孔(内冷却孔)，保证断屑的快速排出。
[0011](3)使用UG NX4软件确定刀轴矢量和规划刀路轨迹
[0012]依据步骤(I)确定的待加工区域，通过分析区域起点的轴向方向矢量和区域终点的轴向方向矢量，通过比对分析设计出介于两个轴向方向矢量的平均矢量，通过使用此平均矢量作为刀轴方向，通过设置相应软件参数，实现插铣加工；设置相应软件参数过程中，为了避免刀具的非切削的中心刃部分与叶轮发生碰撞，要设置切削步距小于刀具直径的45%。
[0013](4)使用Vericut软件进行数控程序仿真
[0014]将步骤(3)生成的数控加工程序,通过专业的CAM仿真加工软件Vericut进行计算机模拟加工，在仿真过程中，如存在过切、干涉和/或碰撞等加工问题，则返回步骤(I)、
(2)、(3)，直至无上述现象后进行步骤(5)。
[0015](5)在五轴联动数控加工中心上，实际试切加工。
[0016]本发明有益效果如下:
[0017]1、本发明一种半开式叶轮固定空间矢量刀轴的插铣加工方法，解决了叶轮流道粗加工效率较低的问题，此种方法还用于加工高温合金类、钛合金类等难加工材料的叶轮、叶盘类零件。使用此方法，能够在叶片表面产生均匀的余量，便于后续精加工工序。
[0018]2、本发明利用五轴联动数控加工中心锁死两个旋转轴状态下，只有三个直线轴X、Y、Z轴运动，此时增加了机床的刚性减少切削振动，通过计算分析确定刀轴矢量，使用硬质合金刀具固定轴插铣叶轮流道加工，通过某一刀轴矢量插铣某一待加工区域，从而提高叶轮的加工效率。
[0019]3、本发明采用的固定轴插铣加工方法，是在空间中确定刀轴矢量，然后锁死机床的A、B轴，增加机床的刚性，从而保证在插铣加工后叶片两侧余量均匀，利用硬质合金刀片线速度高、采用CVD化学涂层增加刀片寿命。插铣加工的特点:刀具切削时轴向受力，可以有效减少由于径向力产生的振动，以实现长悬臂加工(长悬臂L/D〈6DC);插铣是目前金属去除率最高的加工方法，可以明显减少刀轨数量，缩短加工时间。插铣时一般采用内冷和外冷相结合，也可使用气冷。此方法保证提高叶轮加工效率的同时，不仅降低了生产成本，还满足了叶轮类产品的高精度制造要求。
[0020]4、本发明半开式叶轮在插铣关键点在于，合理选用硬质合金刀具和合理控制空间矢量的刀轴方向，保证叶片两侧余量均匀，便于进行后续叶片精加工工序，使用此种方法可以明显提高半开式叶轮、叶盘类零件的加工效率，缩短交货周期。
【附图说明】
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[0021]图1半开式叶轮三维示意图。
[0022]图2半开始叶轮计算分析UV曲率选取空间矢量刀轴。
[0023]图3本发明的步骤示意图。
[0024]图4专用插铣刀结构示意图。
[0025]图5为本发明插铣示意图。
【具体实施方式】
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[0026]下面结合附图和具体实例对本发明进行具体的阐述，本发明通过此实例进一步详细说明，但不局限于此实例。
[0027]本实例的半开式三元叶轮具体尺寸、材料和加工参数如下:
[0028]叶轮的最大回转直径Φ 100mm
[0029]叶片数17个，圆周分布
[0030]叶尖的最大厚度5.5mm
[0031]叶片的最大厚度13.33mm
[0032]叶轮的出口宽度66.76mm