[發明專利]多葉片轉輪曲面的三軸聯動加工方法

有效

• 申請號: 201611225727.5
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN108237374B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 段少華;張明慶
• 申請（專利權）人: 武漢重型機床集團有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種多葉片轉輪曲面的三軸聯動加工方法。其加工工藝步驟為：以工件回轉中心為零點、以其中一片葉輪筋線為Z軸建立工件坐標系；根據葉片數將工件分為a個工位；設工位n對應的葉輪筋線為葉片n，葉片n+1與工位n主軸夾角為ɑ；將每片葉片的內部曲面按背部投影曲線分割成m塊各自相連的曲面區域，依次命名；對各葉片內、背部曲面區域在各工位下編程模擬生成各工位下的加工程序；將工件安裝于回轉工作臺上；回轉工作臺按葉片內、背部曲面區域1～m對應的工位轉動，逐一完成所有葉片內部與背部曲面的加工。本發明的優點是，使用具有回轉工作臺的數控鏜床即可；工裝簡單可靠，所有葉片均在一次裝卡下加工完成；加工出的葉片一致性較高。

技術領域

本發明涉及在三軸聯動機床上加工多葉片轉輪曲面。可應用于在低端設備上(具有三軸聯動功能，擁有四軸或五軸，但第四軸、第五軸不能參與聯動)完成多葉片轉輪的加工。

技術背景

隨著人們對高功率、高輸出和高可靠性的不懈追求，沖擊式水輪機得到了不斷發展與革新，其零件結構及加工方法也在不斷變化。從鉚焊到整體鑄鍛，從純手工打磨到數控加工，未來，在提高工作效率的同時，沖擊式水輪機將朝著高水頭、大容量的方向發展，但其葉片曲面的加工方法在完善的過程中卻遇到了一些瓶頸。

由于沖擊式水輪屬于大型部件，其直徑一般為1米～3米，更大的可達4米，重量可達6噸以上，再加上其結構復雜，開放性差，因此加工工藝復雜，制造十分困難。針對轉輪水斗的結構特點和技術要求，目前國內外主要有四種制造方法：整鑄鏟磨、焊接加工、鉚接加工、整體式數控加工。

其中，整體式數控加工雖然加工難度最大，但是產品質量卻最容易保證，避免了整鑄鏟磨可能形成的材料缺陷、焊接加工中造成的應力及焊接缺陷、鉚接加工帶來的結構缺陷。

在國內的該類產品的數控加工過程中，由于沒有專用設備，普遍采用五軸設備進行加工。但限于設備因素，具有加工能力的企業并不多。結合我國三軸設備較多的現狀，開發一套實用三軸設備加工沖擊轉輪的工藝方法非常有必要。

發明內容

本發明的目的是針對現有設備進行技術改造，提供一種使用三軸設備加工多葉片轉輪曲面的加工工藝及工裝，以解決多葉片轉輪曲面加工能力瓶頸。

經過分析沖擊轉輪的結構特點，可以發現，沖擊轉輪具有多片狹長的碗狀結構，且具有空間重疊的特征。在刀軸不變的情況下，使用三軸設備不可能一次裝卡下完成單片或整體的加工。針對這個問題，本發明采用一套工裝及對應加工方案。

本發明所說的多葉片轉輪曲面的三軸聯動加工工藝步驟和方法如下：

1)以工件回轉中心及對稱中心為零點(0，0，0)、以其中一片葉輪筋線為Z軸正方向建立工件坐標系，并根據工件模型內部剖切曲線數據建立三維模型。

2)設工件總葉輪數為a，根據總葉輪數將工件分為a個工位，每個工位以順時針分布間隔角度為ɑ＝360/a，每個工位對應于一處葉輪筋線。

3)設工位1對應的葉輪筋線為葉片1，工位n對應的葉輪筋線為葉片n，葉片n+1與工位n主軸夾角為ɑ，葉片n+m與工位n主軸夾角為m×ɑ，當夾角大于90°時，由于夾角過大，葉片n+m完全被葉片n+m-1遮擋，則處在工位n不能進行葉片n+m的加工，所以，進行加工的葉片與工位n主軸夾角之間應滿足0＜m＜a/4的角度條件。

4)通過投影分割內曲面步驟。在工位n，將葉片n+1的背部曲面邊界按Z軸負方向投影至葉片n+2內部曲面上，將葉片n+2的背部曲面邊界按Z軸負方向投影至葉片n+3內部曲面上，將葉片n+m-1的背部曲面邊界按Z軸負方向投影至葉片n+m內部曲面上。通過a個工位的投影，將所有葉片的內部曲面按投影曲線分割成m塊各自相連的曲面區域，將每個葉片的曲面區域依次命名，例如，葉片n的內部曲面區域依次命名為：葉片n的內部曲面區域1、葉片n的內部曲面區域2……葉片n的內部曲面區域m。