[發(fā)明專利]直紋面葉輪五坐標插銑加工方法

無效

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• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102722137A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 梁全
• 申請（專利權）人: 沈陽工業(yè)大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;B23C3/18
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周楠

技術領域

本發(fā)明屬于數(shù)控加工領域，主要涉及一種葉輪插銑加工方法，特別是涉及一種直紋面葉輪五坐標插銑加工方法。

背景技術

插銑法又稱為z軸銑削法，其工作方式類似于鉆削，刀具沿主軸方向做進給運動，利用底部的切削刃進行鉆、銑組合切削，如圖1所示。

插銑加工法是復雜曲面金屬切削實現(xiàn)高切除率最有效的加工方法之一，被廣泛的應用在具有垂直側壁的零件的切削上。插銑法的加工效率遠遠高于常規(guī)的銑削方法，在需要快速切除大量金屬材料時，采用插銑法可使加工時間大幅度縮短。此外，插銑加工還具有以下優(yōu)點：1)側向力小，減小了零件變形；2)加工中作用于銑床的徑向切削力較低，使主軸剛度不高的機床仍可使用而不影響工件的加工質(zhì)量；3)刀具懸伸長度較大，適合對工件深槽的表面進行銑削加工并延長刀具使用壽命，而且也適用于對高溫合金等難切削材料進行切槽加工。

雖然插銑加工擁有許多優(yōu)勢，但是過去和當前對銑削加工的研究主要集中在使用端銑刀加工雕塑曲面時的優(yōu)化問題。很少能見到對插銑加工刀具路徑規(guī)劃的研究。

文獻EL-MIDANY?T?T,ELKERAN?A,TAWFIK?H.Optimal?CNC?plunger?selection?and?toolpoint?generation?for?roughing?sculptured?surfaces?cavity[j].Journal?of?Manufacturing?Science?and?Engineering.,2006,128(4):1025-1029，是少數(shù)公開發(fā)表的研究插銑加工刀具路徑規(guī)劃的文獻。該文獻提出了重疊填充圓（over-lapped?circles?filling，Ocfill）算法來生成插銑加工的刀具軌跡，較好的解決了2D區(qū)域內(nèi)的插銑加工刀具路徑的生成問題。但是該算法不能對刀軸進行控制（只能應用在三坐標機床加工中），無法針對具有扭曲型腔的零件生成插銑加工路徑。文獻KO?J?H,ALTINTAS?Y.Time?domain?model?of?plunge?milling?operation[J].Machine?Tools?&?Manufacture.,2007,47(9):1351-1361，提出了一個插銑加工的機械和動力學時間域模型，但是也只應用在三坐標銑削加工上。

在工業(yè)生產(chǎn)中，有一類零件必須要求用五坐標機床才能對其進行加工，葉輪類零件就是典型代表。

傳統(tǒng)的葉輪加工工藝規(guī)劃方案一般包括開槽、擴槽和精加工。其中開槽、擴槽部分相當于一般的粗加工階段。大部分采用錐形球頭銑刀，先在流道的中間部分進行開槽，然后采用側銑法從流道中心向兩邊逐步擴展，一直到達到葉片粗加工的余量要求為止，最后再采用側銑或點銑法完成葉片的精加工。有資料表明，在開槽、擴槽階段的材料去除量很大，約為60%~90%，因此，粗加工的效率和工藝的優(yōu)劣對縮短加工周期及降低加工成本具有重要的意義。

綜合葉輪零件粗加工所面臨的問題和插銑加工的特點，插銑法是葉輪類零件粗加工的首選法案。但是，由于葉輪類零件的流道（型腔）通常形狀復雜（如圖2所示），因而在生成刀具軌跡的時候要求CAM軟件對刀軸的控制能力要非常高，既要保證插銑路徑均勻分布，又要保證刀具不同葉片表面發(fā)生干涉。因此插銑刀如何在多坐標數(shù)控加工中生成無碰撞的刀軸方向和優(yōu)化的刀位軌跡是當前研究的熱點問題之一。

文獻HU?Chuangguo,ZHANG?Dinghua,REN?Junxue,et?al.Research?on?the?plunge?milling?of?blisk?tunnel[J].China?Mechanical?Engineering,2007,18(2):p.153-155.(in?Chinese)[胡創(chuàng)國,張定華,任學軍,等.開式整體葉盤通道插銑粗加工技術的研究[J].中國機械工程,2007,18(2):153-155]，進行了開式整體葉盤的通道插銑粗加工技術的研究，利用直紋面逼近葉輪的葉型曲面，通過連接刀心和刀軸上的對應點，規(guī)劃刀具軌跡。但是該方法沒有考慮行距、步距的計算準則，無法保證插銑加工的材料去除率和加工效率（生成的刀具軌跡不一定最短），對插銑加工的深層次的研究不利。

另外，插銑加工是一種比較新穎的加工方法，目前還處在研究階段。通常普通的插銑方法只能在三坐標機床上完成插銑加工，對像葉輪這樣的窄流道、葉片扭曲大和深型腔的需要用五坐標機床才能完成加工的工件通常無能為力。

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