[发明专利]五轴加工中心上加工叶轮方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及五轴加工中心上加工叶轮方法。

背景技术

叶轮是水泵、汽轮机、水轮机、推进器等装置的关键部件，叶轮型面由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求高，技术难度大。前半开式叶轮是较常用的叶轮形式，主要用于输送含有固体颗粒、纤维等悬浮物的液体，具有一定密封作用，在炼油化工离心泵中广泛应用。

传统的叶轮加工方法是叶片与轮毂采用不同的毛坯，分别加工成形后将叶片焊接在轮毂上。在焊接处容易损坏，并且由于焊接产生热应力，造成变形，容易产生虚焊，焊接收缩量难以精确控制，导致前期机加工成形的叶轮流道出现几何尺寸变化，造成流道精度误差，影响整机机械特性和使用寿命，这样不但消耗工时，效率低，还会影响产品质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种可以减少装夹次数，保证定位精度；同时，更能提高叶轮表面粗糙度，使用高速铣削能有效地降低切削力和切削区域温度，从而减少叶片的热变形，且不仅能提高加工效率；而且提高加工质量和精度，并且增加叶片的强度和刚度的五轴加工中心上加工叶轮的方法。

本发明五轴加工中心上加工叶轮方法，包括以下步骤：

第一步，装夹；采用心轴装夹定位，在毛坯上加工出键槽进行辅助定位，并制作适应心轴定位装夹；

第二步，找正；利用百分表找正工件，求出工件坐标系，将百分表的安装杆装在刀柄上，移动工作台使主轴中心线大约移到工件中心，使百分表的触头接触工件的圆周面，用手转动主轴，观察百分表指针的偏移情况，移动工作台的x轴和y轴，多次反复后，待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置，这时可认为主轴的中心就是X轴和y轴的原点；

第三步，叶轮粗加工叶轮的粗加工是用赛车线加工方式，采用3+2定位五轴加工，尽量减少联动轴数，提高加工的稳定性，粗加工留余量0.5mm，下切为1mm，主轴转速3000r／min，进给速度为500mm／min；

第四步，叶轮半精加工；在半精加工时尽量采用逐层切削的方式，先加工叶尖位置，保证加工时叶片还有足够的强度，然后再对叶片进行加工，避免了刀具容易折断的现象，半精加工留余量0.2mm，下切为3mm，主轴转速5000r／min，进给速度为500mm／min；

第五步，叶轮精加工；叶片的精加工采用SWARF加工方式，加工刀路顺滑连接，在产生精加工刀路轨迹过程中，利用五轴自动避让功能，加工残留清根和深腔加工，自动判断碰撞区域，并自动调整刀轴矢量，进行碰撞干涉检查，然后进行精加工；

优选地，在五轴机床加工之前，利用PowerMILL提供五轴联动的实体切削仿真功能，动态仿真五轴加工过程机床各轴各机构运动关系，自动检查工件、刀具、夹具与机床设备间是否干涉、是否超程并自动报警，解决了干涉碰撞的难点，然后利用软件进行后置处理，将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换，全部刀具路径准备好以后，传输到五轴机床上加工。

本发明可以减少装夹次数，保证定位精度；同时，更能提高叶轮表面粗糙度，使用高速铣削能有效地降低切削力和切削区域温度，从而减少叶片的热变形，且不仅能提高加工效率；而且提高加工质量和精度，并且增加叶片的强度和刚度。

具体实施方式

    五轴加工中心上加工叶轮方法，包括以下步骤：

第一步，装夹；采用心轴装夹定位，在毛坯上加工出键槽进行辅助定位，并制作适应心轴定位装夹；

第二步，找正；利用百分表找正工件，求出工件坐标系，将百分表的安装杆装在刀柄上，移动工作台使主轴中心线大约移到工件中心，使百分表的触头接触工件的圆周面，用手转动主轴，观察百分表指针的偏移情况，移动工作台的x轴和y轴，多次反复后，待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置，这时可认为主轴的中心就是X轴和y轴的原点；

第三步，叶轮粗加工叶轮的粗加工是用赛车线加工方式，采用3+2定位五轴加工，尽量减少联动轴数，提高加工的稳定性，粗加工留余量0.5mm，下切为1mm，主轴转速3000r／min，进给速度为500mm／min；

第四步，叶轮半精加工；在半精加工时尽量采用逐层切削的方式，先加工叶尖位置，保证加工时叶片还有足够的强度，然后再对叶片进行加工，避免了刀具容易折断的现象，半精加工留余量0.2mm，下切为3mm，主轴转速5000r／min，进给速度为500mm／min；