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        基于UG加工環(huán)境下透平葉片的工藝與編程方法研究

        2022-01-20 09:10:12蔣修定
        農(nóng)業(yè)裝備技術(shù) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:程序

        季 青,蔣修定,陳 俊

        (江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鎮(zhèn)江分院,江蘇 鎮(zhèn)江 212016)

        0 引 言

        透平葉片是透平機(jī)械(如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等)中用以引導(dǎo)流體按一定方向流動,并推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的重要部件。透平葉片通常需要與轉(zhuǎn)子配合使用,裝在殼體上的葉片稱靜葉片或?qū)~,裝在轉(zhuǎn)子上的葉片稱為動葉片。透平葉片的主體是葉身,其尺寸關(guān)系到透平的流通能力。透平葉片種類繁多。現(xiàn)代大型電站汽輪機(jī)使用幾十級由短到長的靜、動葉片,使高達(dá)30 MPa 壓力的蒸汽逐級膨脹到約0.005 MPa的出口壓力,末級葉片的長度可達(dá)1.5 m[1]。零件的工作環(huán)境較為惡劣,但對加工后的表面粗糙度和輪廓精度要求較高,所以對葉片所使用的材料和加工工藝有較高的要求。透平葉片的毛坯外形可以在車床上加工出來,對于葉片則需要使用多軸加工機(jī)床進(jìn)行加工。UG 編程是指采用西門子公司研發(fā)的專業(yè)3D 軟件UG ,進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的數(shù)字程序的編制。它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段,針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求,提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。

        1 UG 相關(guān)加工方法介紹

        1.1 型腔銑

        型腔銑主要用于粗加工,以切除大部分毛坯材料,幾乎適用于加工任意形狀的幾何體,也可應(yīng)用于斜度不大的側(cè)壁的精加工,或者用于清根操作[2]。型腔銑以固定刀軸快速而高效地粗加工平面和曲面類的幾何體,它和平面銑一樣,刀具是側(cè)面的刀刃對垂直面進(jìn)行切削,底面的刀刃切削工件底面的材料,不同之處在于定義切削加工材料的方法不同。

        1.2 等高輪廓銑

        等高輪廓銑是一種固定的軸銑削操作,通過多個切削層來加工零件表面輪廓。在等高輪廓銑操作中,除了可以指定部件幾何體外,還可以指定切削區(qū)域作為部件幾何體的子集,方便限制切削區(qū)域。如果沒有指定切削區(qū)域,則整個零件進(jìn)行切削,在創(chuàng)建等高輪廓銑削路徑時,系統(tǒng)自動追蹤零件幾何體,檢查幾何體的陡峭區(qū)域,定制追蹤形狀,識別可加工的切削區(qū)域,并在所有的切削層上生成不過切的刀具路徑。

        1.3 固定軸曲面輪廓銑削

        固定軸曲面輪廓銑削是一種用于精加工由輪廓曲面所形成區(qū)域的加工方式,它通過精確控制刀具軸和投影矢量,使刀具沿著非常復(fù)雜的曲面運(yùn)動[3]。在固定軸曲面輪廓銑削中,所有零件幾何體都是作為有界實(shí)體處理的。相應(yīng)地,由于曲面輪廓實(shí)體是有限的,因此刀具只能定位到零件幾何體上現(xiàn)有的位置。刀具不能定位到零件幾何體的延伸部分,但驅(qū)動幾何體是可延伸的。

        1.4 可變輪廓銑

        可變輪廓銑與固定軸曲面輪廓銑不同的是,多軸曲面輪廓銑可以精確地控制刀軸和投影矢量使刀具沿著非常復(fù)雜的曲面運(yùn)動[4]。其中,刀軸的方向,即刀具的中心指向夾持器的矢量方向,它可以通過輸入坐標(biāo)值、指定幾何體、設(shè)置刀軸與零件表面的法向矢量的關(guān)系,或設(shè)置刀軸與驅(qū)動面法向矢量的關(guān)系來確定。

        創(chuàng)建多軸加工操作的一般過程是:(1) 定義幾何體以及指定刀具。(2)指定選項(xiàng),如進(jìn)給率、進(jìn)刀和退刀運(yùn)動、部件表面等。(3)指定幾何體參數(shù),如選擇優(yōu)化加工順序、避讓障礙等。(4)生成刀路軌跡及仿真。

        2 透平葉片加工工藝分析

        透平葉片的特點(diǎn)是葉身較長,葉片壁薄,大多數(shù)葉片零件均使用合金不銹鋼作為基體材料,該材料屬于不易銑削加工的材料。合理的對零件進(jìn)行多軸加工程序的編制、選擇合適的切削用量、因地制宜的選用刀具材料成為順利加工出該類型零件的關(guān)鍵技術(shù)之一。透平葉片毛坯為圓柱體,采用三爪卡盤裝夾,再通過螺釘和壓板直接安裝在機(jī)床工作臺上[5]。葉片的葉身部分對加工后的表面質(zhì)量要求較高,因此因可能采用一條加工程序完成整個葉身部分的加工,避免產(chǎn)生接刀情況。

        3 編程加工準(zhǔn)備

        順利進(jìn)行程序編制前需要對加工零件進(jìn)行一些必要的準(zhǔn)備工作,如設(shè)置加工坐標(biāo)系,設(shè)置零件毛坯和加工零件,建立加工刀具等。

        4 編寫加工程序

        透平葉片具體加工工藝步驟如下所示。

        工序1:凸面型腔銑粗加工,作為粗加工程序可快速去除零件的毛坯余量,為零件的后續(xù)加工做準(zhǔn)備,刀具軌跡如圖1 所示。

        圖1 凸面型腔銑粗加工

        工序2:凸面等高輪廓銑加工,適用于陡峭曲面的半精加工或精加工,刀具軌跡如圖2 所示。

        圖2 凸面等高輪廓銑加工

        工序3:凹面型腔銑粗加工,刀具軌跡如圖3所示。

        圖3 凹面型腔銑粗加工

        工序4:凹面等高輪廓銑加工,刀具軌跡如圖4所示。

        圖4 凹面等高輪廓銑加工

        工序5:葉身可變輪廓銑加工,可控制多種驅(qū)動方法和刀具軸,可根據(jù)零件的加工要求創(chuàng)建多軸聯(lián)動粗加工、半精加工和精加工程序,可自由靈活的編寫所需的加工程序,刀具軌跡如圖5 所示。

        圖5 葉身可變輪廓銑加工

        工序6:葉底可變輪廓銑加工,刀具軌跡如圖6所示。

        圖6 葉底可變輪廓銑加工

        工序7:凹面固定軸曲面輪廓銑削加工,主要針對一些需要對刀具軸進(jìn)行一定角度的傾斜才能將被加工部分加工到位的位置,此方法更具有加工效率上的優(yōu)勢,刀具軌跡如圖7 所示。

        圖7 凹面固定軸曲面輪廓銑削加工

        工序8:凸面固定軸曲面輪廓銑削加工,刀具軌跡如圖8 所示。

        圖8 凸面固定軸曲面輪廓銑削加工

        5 程序模擬仿真與代碼生成

        對已經(jīng)編寫好的程序進(jìn)行模擬仿真是檢驗(yàn)程序正確性最為直觀快捷的方法,編寫人員可通過程序仿真功能檢驗(yàn)程序的正確性。完成加工程序的編制和驗(yàn)證后,還需將程序的刀具軌跡轉(zhuǎn)化為機(jī)床可識別的NC 代碼,用于控制機(jī)床的運(yùn)動動作。透平葉平后處理建議均采用mill5axis 后置處理器。

        6 編寫工單列表

        程序工單詳細(xì)記錄了加工程序所對應(yīng)的使用刀具參數(shù)、零件的裝夾方式和加工坐標(biāo)系的確定等基本加工信息,是指導(dǎo)機(jī)床操作人員進(jìn)行加工生產(chǎn)的重要技術(shù)文件。透平葉平的加工工單參見表1 所示。

        表1 透平葉片的加工工單

        7 立式5 軸加工中心加工注意事項(xiàng)

        立式加工中心是一種邏輯性比較復(fù)雜的機(jī)器,是指主軸和工作臺設(shè)置為垂直狀態(tài)的加工中心,它是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上開發(fā)的,還集成了CNC 銑床的特性和功能。

        加工程序應(yīng)在仿真驗(yàn)證檢查無誤后方可工作,使用高速功能時要確認(rèn)刀具的特性,排屑槽中鐵屑過多時應(yīng)先手工清掃再打開排屑器。

        機(jī)床開啟后,要注意查看主軸、作業(yè)臺各方向的運(yùn)動及各個壓力指示表是否工作正常,機(jī)床操作人員應(yīng)在了解機(jī)床功能、操作方法和注意事項(xiàng)后,在有關(guān)人員的指導(dǎo)下方可上機(jī)操作[6]。

        立式加工中心加工過程中應(yīng)時刻注意機(jī)床的運(yùn)動和加工狀態(tài),遇到異常現(xiàn)象、噪音或警報(bào)時,應(yīng)立即停機(jī)查看處置,問題解決后方可繼續(xù)加工。

        工件加工結(jié)束,要及時清掃作業(yè)臺、擦洗并保養(yǎng)機(jī)床。封閉機(jī)床主電源前必須先封閉控制系統(tǒng),非緊急狀況不運(yùn)用急停開關(guān),每天下班前應(yīng)填機(jī)床的工作記載,做好交接班。

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