外文翻譯---基于ug的發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪數(shù)控編程研究 中文

1、<p>　　基于ug的發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪數(shù)控編程研究</p><p>　　1 前言 整體葉輪作為透平（Turbine）機(jī)械的關(guān)鍵部件，廣泛地用于航空、航天等領(lǐng)域，其質(zhì)量直接影響其空氣動(dòng)力性能和機(jī)械效率。因此它的加工技術(shù)一直是透平制造行業(yè)中的一個(gè)重要課題。目前國(guó)外一般應(yīng)用整體葉輪的五坐標(biāo)加工專用軟件[1]，主要有美國(guó)NREC公司的MAX-5，MAX-AB葉輪加工專用軟件，瑞士Starrag數(shù)控機(jī)床所帶

2、的整體葉輪加工模塊，還有Hypermill等專用的葉輪加工軟件。此外，一些通用的軟件如：UG、CATIA、PRO/E等也可用于整體葉輪加工。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)（如：西北工業(yè)大學(xué)等院校和航空航天系統(tǒng)一些發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)廠、專業(yè)所）可以加工整體葉輪，而且工藝水平距國(guó)際先進(jìn)水平尚有很大差距?？傮w上我國(guó)葉輪加工領(lǐng)域的研究與應(yīng)用同發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，很多企業(yè)的軟、硬件都依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件在生產(chǎn)中未見推廣應(yīng)用，在窄槽道、小輪轂比等高性

3、能葉輪制造技術(shù)方面尚未過關(guān)，因此研究高性能葉輪的加工技術(shù)勢(shì)在必行。2 整體葉輪的CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整體銑削葉輪加工是指毛坯采用鍛壓件，然后車削成為葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀，在五軸數(shù)控加工中心上使輪轂與葉片在一個(gè)毛坯上一</p><p>　　3 微型壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工難點(diǎn)國(guó)內(nèi)大多數(shù)整體葉輪都是根據(jù)國(guó)外葉輪縮比仿制的，而本文研究的葉輪是北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院自主開發(fā)的微型航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子。壓氣

4、機(jī)轉(zhuǎn)子出口直徑為81mm，有8片一級(jí)葉片，8片二級(jí)葉片，出口葉片高度3mm，葉輪進(jìn)口直徑44.3mm，進(jìn)口葉片高度17.15mm，葉片厚度最薄處0.4mm，相鄰葉片間最小間距為3.1mm，如圖2。</p><p>　　為了使氣動(dòng)性設(shè)計(jì)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子采用了大扭角，根部變圓角等結(jié)構(gòu)，給加工提出了很高的要求。轉(zhuǎn)子加工難度如下：1、國(guó)際上同等直徑81mm的整體葉輪通常有12片葉片或14片葉片，而此轉(zhuǎn)子有

5、16片葉片，而且它的二級(jí)葉片也較長(zhǎng)，這些都使加工槽道進(jìn)一步變窄，加工難度進(jìn)一步增加。2、在刀具直徑為2.5mm情況下，剛性差，容易斷，控制切削深度也是關(guān)鍵。3、此葉輪曲面為自由曲面、流道窄、葉片扭曲嚴(yán)重，并且有后仰的趨勢(shì)，加工時(shí)極易產(chǎn)生干涉，加工難度高。有時(shí)為了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保證加工表面的一致性也有一定困難。4、前緣圓角曲率半徑變化很大，加工過程中機(jī)床角度變化較大，并且實(shí)現(xiàn)環(huán)繞葉片加工較難；5、由于葉輪強(qiáng)度的

6、需要，輪轂與葉片之間還采用變圓角。由于槽道窄，葉片高，變圓角的加工也是個(gè)難點(diǎn)?？傊巳~輪的窄槽道、大扭角、變圓角給加工帶來了很大困難，國(guó)內(nèi)還未見有加工出此種高難度的整體葉輪。4 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加工工藝方案葉輪整體加工采用輪轂與葉片在一個(gè)毛坯上進(jìn)行成形加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪轂上的工藝方法。其加工工藝方案如下[3-4]：1、為了提高整體葉輪的</p><p>　　2、葉輪氣流通道的開槽加工開槽

7、加工槽的位置宜選在氣流通道的中間位置，采用平底錐柄棒銑刀平行于氣流通道走刀，并保證槽底與輪轂表面留有一定的加工余量，如圖4所示。</p><p>　　其中平底錐柄棒銑刀為硬質(zhì)合金刀具，其規(guī)格為：平底部分直徑為：3mm，半錐角為2°，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長(zhǎng)度為：20mm。此步選用的主軸轉(zhuǎn)速為：10000r/min，進(jìn)給速度為：800mm/min。在數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速

8、度修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中根據(jù)實(shí)際加工情況對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度進(jìn)行調(diào)整。3、葉輪氣流通道的擴(kuò)槽加工及葉片的粗加工擴(kuò)槽加工采用球形錐柄棒銑刀，從開槽位置開始，從中心向外緣往兩邊葉片擴(kuò)槽，擴(kuò)槽加工要保證葉型留有一定的精加工余量。通常情況下，擴(kuò)槽加工與精銑輪轂表面在一次加工完成。由于此葉輪槽道窄、葉片高、扭曲嚴(yán)重，且UG數(shù)控加工編程需要根據(jù)驅(qū)動(dòng)面來決定切削區(qū)域，因此擴(kuò)槽加工需要分兩部分來加工。第一部分：選擇驅(qū)動(dòng)面為輪轂面，進(jìn)行擴(kuò)

9、槽。此時(shí)不能加工到輪轂表面，還需進(jìn)一步擴(kuò)槽加工；第二部分：進(jìn)一步擴(kuò)槽及葉片粗加工。選擇驅(qū)動(dòng)面為葉片表面的偏置面，在葉片粗加工的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)槽。其中球形錐柄棒銑刀為硬質(zhì)合金刀具，其規(guī)格為：球頭部分直徑為：3mm，半錐角為2°，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長(zhǎng)度為：20mm。此步選用的主軸轉(zhuǎn)速為：2</p><p>　　5.2數(shù)控程序編制5.2.1建立父節(jié)點(diǎn)組1、在刀具節(jié)點(diǎn)下，加入加工用到的所有

10、刀具，并設(shè)置其刀具參數(shù)；2、在幾何節(jié)點(diǎn)下，選擇毛坯、設(shè)置加工坐標(biāo)系、選擇避讓幾何為轉(zhuǎn)子實(shí)體；3、在方法節(jié)點(diǎn)下，設(shè)置粗、半精、精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率及刀位軌跡的顯示顏色。5.2.2葉輪氣流通道的開槽加工抽取流道曲面，U、V參數(shù)線如圖6（a）所示。因?yàn)槿~輪通道的加工需要沿氣流方向，所以重新排列流道的U、V參數(shù)線，使U參數(shù)或V參數(shù)線沿氣流方向。因?yàn)榇肆鞯狼娴奶厥庑裕匦抡{(diào)整U、V參數(shù)后，流道面分成了三片曲面。重新排列后的V參數(shù)線

11、如圖6（b）所示，是沿氣流方向的。</p><p>　　1、流道前端曲面（如圖6(b)中的1面）的加工采用可變軸曲面輪廓銑（Variable Contour），加工深度越深，干涉越嚴(yán)重，采用一種刀軸控制方式不一定合適，因此分成兩種刀軸控制方式進(jìn)行。一種為：Normal to Drive（用于上半層加工），一種為：Toward Point（用于下半層加工）。加工上半層，程序的參數(shù)設(shè)置如下：1）驅(qū)動(dòng)方法（Dri

12、ve Method）采用Surface Area；2）驅(qū)動(dòng)幾何選用流道前端曲面，即圖6(b)中的1面；3）建立避讓幾何，以零件整體作為避讓幾何，如果干涉則自動(dòng)退刀，一般粗加工時(shí)選用自動(dòng)退刀來避免干涉。4）粗加工，行距選擇Tolerance=0.1mm；5）刀軸控制方式為：Normal to Drive；6）切削區(qū)域中Surface%的Start step、End step都設(shè)置為：50，表示在加工面中間位置切削一刀；7）設(shè)置

13、Non-Cutting，即非切削運(yùn)動(dòng)，選用沿刀軸進(jìn)退刀；8）Cutting下，設(shè)置Stock余量：7mm；設(shè)置Multiple passes（多層加工），每層切深為0.5mm。加工下半層，程序的參</p><p>　　5.2.3葉輪氣流通道的擴(kuò)槽加工擴(kuò)槽加工刀軌類似開槽加工，只是切削區(qū)域中Surface%的Start step設(shè)置為：0、End step：100，表示切削整個(gè)流道面，生成刀軌如圖8所示。&l

14、t;/p><p>　　5.2.4進(jìn)一步擴(kuò)槽和葉片的粗加工擴(kuò)槽加工后已經(jīng)加工掉流道大部分余量，為了保證精加工之前有均勻的加工余量，提高最終的表面加工質(zhì)量，此步是繼續(xù)擴(kuò)槽和葉片粗加工。加工驅(qū)動(dòng)面選擇葉片的偏置面，如圖9所示，流道、葉片粗加工后的仿真結(jié)果如圖10所示。</p><p>　　5.2.5轉(zhuǎn)子一級(jí)、二級(jí)葉片的精加工(吸力面、壓力面、前圓角)從吸力面過渡到壓力面曲率變化劇烈，因此，采取吸

15、力面、壓力面、前圓角分開加工。一級(jí)、二級(jí)葉片型面類似，加工參數(shù)是類似的，下面是葉片精加工的通用參數(shù)設(shè)置。1）驅(qū)動(dòng)幾何選擇要加工曲面；2）刀軸控制方式為：Relative to Drive，關(guān)鍵是選擇參數(shù)Tilt、Lead；3）設(shè)置Non-Cutting，選用沿切削方向進(jìn)刀、沿刀軸方向退刀；4）精加工Stock設(shè)置為：0mm；生成的加工刀軌，如圖11。</p><p>　　5.2.6葉片根部變圓角精加工因

16、為變圓角的曲率變化劇烈，因此用Relative(Normal) To Drive控制刀軸方向容易與其它葉片干涉，因此大、小葉片的刀軸控制方式都為：Toward Line，有時(shí)只用一條控制刀軸線，還不能控制加工一張完整的曲面，可能要選用幾條控制線。大葉片左側(cè)變圓角加工刀軌如圖12、小葉片左側(cè)變圓角加工刀軌,如圖13。</p><p>　　6 結(jié)論在MIKRON HSM400U機(jī)床上實(shí)際加工出該壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子。葉片粗加