[发明专利]一种透平叶轮的五轴铣削加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透平叶轮的加工方法，尤其指一种透平叶轮的五轴铣削加工方法。

背景技术

透平叶轮一般有两种制造方法：铸造或是铣削。对于少品种大批量生产的制造商来说，由于铸造的单件成本比铣削成本低，因而此种情况下适于采用铸造工艺。然而采用铸造工艺也带来一些缺陷，比如铸造材料的物理特性不均匀、不连续，两个铸件间的几何形状不一致等等。因此，越来越多的透平机械制造商转用数控加工的办法加工。具有复杂形状的透平叶轮，需要用五轴铣床进行加工，在粗加工叶片间的流道时，使用五轴联动，刀具需要用球头刀，刀具受叶轮根部圆角限制直径又不能太大，所以效率特别低，刀具损耗严重。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中透平叶轮的五轴铣削加工方法中存在的叶轮粗加工效率低下、刀具损耗严重的问题，提供一种加工效率高、刀具损耗小的透平叶轮的五轴铣削加工方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种透平叶轮的五轴铣削加工方法，包括叶轮粗加工、叶片点加工、叶片根部圆角加工、叶片间的流道精加工等步骤，其特征在于：所述叶轮粗加工包括以下步骤：

1）、X、Y、Z三轴联动，旋转轴AB两轴不联动，使用圆鼻刀具加工出叶片间的流道；

2）、单独使用旋转轴A轴，利用其多次摆动叶轮角度，继续使用圆鼻刀具对叶片间的流道进行粗加工；

3）、单独使用旋转轴B轴，利用其多次摆动叶轮角度，继续使用圆鼻刀具对叶片间的流道进行粗加工，直至初步将叶轮加工至符合设计的型线；

4）X、Y、Z、A、B五轴联动，使用球头刀具对步骤3）得到的叶轮进行进一步的加工，完成叶轮粗加工的步骤。

本发明的有益效果为：

本发明中对同样的叶轮加工时，根据需要可以选择直径更大的圆鼻刀具，利用软件的旋转功能和机床的A、B轴多次摆动叶轮角度，可依次加工至符合叶轮的型线。这样的功法后处理的程序是先X、Y、Z三轴联动，两个旋转轴A、B不参与联动，后单独使用旋转轴A、B进行再次定轴进行粗加工，由于采用多次定轴开粗的办法，且使用高速切削性能更好的圆鼻刀具，加工效率大幅度提高，刀具磨损更小。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用发明作进一步详细的说明：

一种透平叶轮的五轴铣削加工方法，包括叶轮粗加工、叶片点加工、叶片根部圆角加工、叶片间的流道精加工等步骤，其特征在于：所述叶轮粗加工包括以下步骤：

1）、X、Y、Z三轴联动，旋转轴AB两轴不联动，使用圆鼻刀具加工出叶片间的流道；

2）、单独使用旋转轴A轴，利用其多次摆动叶轮角度，继续使用圆鼻刀具对叶片间的流道进行粗加工；

3）、单独使用旋转轴B轴，利用其多次摆动叶轮角度，继续使用圆鼻刀具对叶片间的流道进行粗加工，直至初步将叶轮加工至符合设计的型线；

4）X、Y、Z、A、B五轴联动，使用球头刀具对步骤3）得到的叶轮进行进一步的加工，完成叶轮粗加工的步骤。

球刀，一般为整体式结构，新刀具的尺寸精确，可以加工一些狭小的凹陷区域，但是无论转速多高，球刀的中心点总是静止的，当该部分与工件接触时不是铣削，而是在磨削，这也是球刀容易磨损的原因。圆鼻刀，一般是镶嵌式结构，每次更换刀片都会使刀具尺寸发生细微变化，不存在静止的切削刃，刀片的磨损也较小，刀间距也可加大。但是由于刀具前端存在盲区，在一些凹陷区域会加工不到位。球刀实在目前的高速加工使用上相当的频繁，但在某些观点上它也是不适用的，当你使用球刀时，切削线速度会因接触点的不同而有一直更改，相对的刀具的寿命也会大打折扣，球刀适用在余料加工上。圆鼻刀本身是最适用于高速加工上，因为它具有角落不易崩裂的特性以及切削线速度的稳定性。

本发明中对同样的叶轮加工时，根据需要可以选择直径更大的圆鼻刀具，利用软件的旋转功能和机床的A、B轴多次摆动叶轮角度，可依次加工至符合叶轮的型线。这样的功法后处理的程序是先X、Y、Z三轴联动，两个旋转轴A、B不参与联动，后单独使用旋转轴A、B进行再次定轴进行粗加工，由于采用多次定轴开粗的办法，且使用高速切削性能更好的圆鼻刀具，加工效率大幅度提高，刀具磨损更小。

经试验，生产一般叶轮，使用传统工艺加工，刀具使用球头刀（8mm），粗加工全部完成耗时22H*13=186H；刀片损耗44片。

使用本发明的加工方法，步骤一二三中刀具均使用圆鼻刀（24mm）对叶片间的流道进行粗加工，步骤四五轴联动时，则使用球头刀（8mm）进行加工，利用机床的A、B轴多次摆动叶轮角度，可依次加工至符合叶轮的型线。一个槽粗加工完成只需3H，刀片磨损1/3；粗加工全部完成耗时仅需3H*13=39H，刀片耗损4片。叶轮粗加工经过加工功法优化与刀具选用优化后和传统工艺相比,整个粗加工过程时间减少了79%，加工成本减少了65%，取得了非常明显的优化效果。本发明加工效率高、刀具损耗小。