1、某葉輪數(shù)控編程及在線測(cè)量加工解決方案- 機(jī)械制造論文某葉輪數(shù)控編程及在線測(cè)量加工解決方案撰文 / 沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī) （集團(tuán)）有限責(zé)任公司楊曉東李海泳 郝樂芳 劉德生一、引言整體葉輪的制造主要采用五坐標(biāo)數(shù)控加工、電解加工、電化學(xué)加工、鍛接法和線性摩擦焊接等方法， 由于五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)在整體葉輪新產(chǎn)品研制階段具備快速反應(yīng)、 工裝夾具簡(jiǎn)單和工藝成熟度比較高等優(yōu)點(diǎn)，因此成為企業(yè)加工整體葉輪的首選。整體葉輪的數(shù)控編程及在線測(cè)量在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)采用專用的數(shù)控加工軟件編程，專用的軟件存在授權(quán)點(diǎn)少且價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍小。本文基于某工具軟件的葉輪模塊和測(cè)頭模塊，給出葉輪數(shù)控編程和在線測(cè)量的解決方案，

2、實(shí)現(xiàn)葉輪的數(shù)控編程和在線測(cè)量。二、葉輪數(shù)控編程解決方案本文以葉輪的數(shù)控加工為例，研究其數(shù)控編程的解決方法，葉輪三維模型圖如圖1 所示。典型的葉輪加工路線一般分為流道粗開槽、流道精加工、葉片精加工及葉根圓角清根。1. 葉輪流道粗開槽采用葉輪流道粗加工模板進(jìn)行葉片與流道之間的粗開槽，由于葉輪葉片之間的空間狹小， 粗加工刀具選擇直徑6mm的合金銑刀，在粗加工驅(qū)動(dòng)方法中，設(shè)定葉片邊緣點(diǎn)沿葉片方向，相切延伸和徑向延伸都設(shè)定0 ，后緣設(shè)定與前緣相同，選擇加工起始位置，切削模式選擇往復(fù)上升，切削方向選擇順銑，步距選擇恒定，步距設(shè)定為刀具直徑的40% 。刀具軸設(shè)定側(cè)傾安全角為2 °，初始刀軸定位旋轉(zhuǎn)

3、所繞對(duì)象為葉片。 切削深度控制選擇切削層， 深度模式選擇從包覆偏置，每刀深度設(shè)定為恒定，距離設(shè)定為刀具直徑的20% 。在切削參數(shù)中設(shè)定刀軸光順，軸光順百分比為25% ，主軸轉(zhuǎn)速選擇3000rpm，進(jìn)給速度選擇200mm/min，葉輪流道粗加工的加工刀路軌跡及實(shí)體仿真如圖2 所示。2. 葉輪流道精加工采用葉輪輪轂精加工模板進(jìn)行流道表面的加工，流道表面的精加工可以認(rèn)為是5 軸流道粗加工的一個(gè)特例，根據(jù)葉根圓角的大小選擇加工刀具，加工刀具直徑等于葉根圓角直徑，因此刀具直徑選擇直徑6mm 。在葉轂精加工驅(qū)動(dòng)方法中， 設(shè)定葉片邊緣點(diǎn)沿葉片方向，相切延伸、徑向延伸都設(shè)定為 0，后緣設(shè)定與前緣相同，選擇加工

4、起始位置，切削模式選擇往復(fù)上升，切削方向選擇順銑，步距選擇恒定，步距設(shè)定為刀具直徑的20% 。刀具軸設(shè)定側(cè)傾安全角為2 °，初始刀軸定位旋轉(zhuǎn)所繞對(duì)象為葉片，在切削參數(shù)中設(shè)定刀軸光順， 軸光順百分比 為 50% ，主軸轉(zhuǎn)速選 擇2000rpm，進(jìn)給 速度選擇100mm/min，葉輪流道精加工的加工刀路軌跡及實(shí)體仿真如圖3 所示。3. 葉輪葉片與分流葉片精加工采用葉輪葉片精加工模板進(jìn)行葉片表面的精加工，為了減少與流道表面的接刀，加工刀具也與流道精加工的刀具選擇一樣，在葉片精加工驅(qū)動(dòng)方法中，要精加工的幾何體選擇葉片， 如果加工的是分流葉片， 要精加工的幾何體就選擇分流葉片，要切削的面選擇左

5、右前面， 后緣葉片邊緣點(diǎn)選擇沿葉片方向，切削方式選擇單向，切削方向選擇順銑，起點(diǎn)選擇后緣，刀具軸設(shè)定側(cè)傾安全角為2 °，切削深度控制選擇切削層， 深度模式選擇從包覆插補(bǔ)至葉轂，每刀深度設(shè)定為恒定，距離設(shè)定為刀具直徑的10% 。在切削參數(shù)中設(shè)定刀軸光順，軸光順百分比為 60% ，主軸轉(zhuǎn)速選擇 3000rpm ，進(jìn)給速度選擇 200mm/min ，葉輪葉片的加工刀路軌跡及實(shí)體仿真如圖 4 所示。4. 葉根圓角精加工采用葉輪葉根圓角精加工模板進(jìn)行葉片表面的精加工，葉根圓角精加工的特點(diǎn)與葉片精加工類似，在葉根圓角精加工驅(qū)動(dòng)方法中，要精加工的幾何體選擇葉片圓角， 如果加工的是分流葉片， 要精加

6、工的幾何體就選擇分流葉片圓角， 要切削的面選擇左右前面， 驅(qū)動(dòng)模式選擇較低的圓角邊， 切割條帶選擇偏置，步距設(shè)定為恒定，距離為刀具直徑的20% ，切削模式選擇單向，順序選擇由外到內(nèi)，切削方向?yàn)轫樸姡盾壠瘘c(diǎn)為后緣，刀具軸設(shè)定側(cè)傾安全角為 2 °，在切削參數(shù)中設(shè)定刀軸光順，軸光順百分比為60% ，主軸轉(zhuǎn)速選擇2000rpm ，進(jìn)給速度選擇200mm/min，葉輪葉根圓角的加工刀路軌跡及實(shí)體仿真如圖 5 所示。三、葉輪在線測(cè)量解決方案通過應(yīng)用機(jī)床上的機(jī)載測(cè)頭，實(shí)現(xiàn)零件在不移出工作臺(tái)的情況下，完成測(cè)頭的校正、平面點(diǎn)2 軸測(cè)量、曲面點(diǎn)3 軸測(cè)量、孔圓臺(tái)等特征測(cè)量以及“ 3+2 ”固定軸的 5

7、 軸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)加工中測(cè)量定制，配置相關(guān)后置處理文件，生成用于執(zhí)行葉輪葉片、葉尖、前緣與后緣的在線測(cè)量程序，如圖6 所示。1. 測(cè)頭的建立根據(jù) NX 軟件的刀具庫(kù)文件， 建立與機(jī)床匹配的測(cè)頭模型，將模型導(dǎo)入到刀具庫(kù)文件中。2. 測(cè)量點(diǎn)的規(guī)劃根據(jù) NX 軟件建模的相關(guān)操作， 建立葉片、葉尖和前后緣等模型待測(cè)量的理論點(diǎn)，如圖7 所示。3. 測(cè)量子操作的建立旋轉(zhuǎn)點(diǎn)矢量移動(dòng)子操作是針對(duì)五軸機(jī)床使用的，需要機(jī)床的擺頭或轉(zhuǎn)臺(tái)定位到特定的角度， 執(zhí)行“3+2 ”固定軸測(cè)量。探測(cè)曲面點(diǎn)子操作是指測(cè)頭定位后沿理論點(diǎn)的法矢方向觸碰零件的理論點(diǎn)位置，沿刀軸線性移動(dòng)是指測(cè)量結(jié)束后沿刀軸的方向進(jìn)行退刀，具體過程如圖8 所示。4. 后置處理文件的生成在后置處理器中定義針對(duì)測(cè)頭的機(jī)床控制事