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三元叶轮数控铣制加工时避免干涉的方法探索

杨小毅 / 陕西鼓风机(集团)有限公司    

摘要: 简要介绍了铣制三元叶轮时,出现刀具、刀柄、工件等相互干涉的现象,并对其产生的原因进行了详细分析,探讨了避免此种现象的有效方法。

关键词 : 三元叶轮;铣制;干涉

中图分类号: TH452           文献标识码: B

文章编号: 1006-8155 ( 2008 ) 06-0036-03

The Method for Avoiding Interference during NC Milling and Machining of 3-D Impeller

Abstract: This paper has introduced the phenomenon of mutual interference occurred in cutting tool, tool shank , workpieces and so on when milling the 3-D impeller. Furthermore, the reasons are analyzed in detail and the effective avoiding method for this phenomenon is discussed.

Key words: 3-D impeller; milling; interference

1  概述

  笔者在做一个特殊的直纹面三元叶轮(图 1 )五坐标加工编程时,将其结果进行三维实体模拟,总是出现刀具、刀柄、工件等相互干涉。无论怎么修改切削参数(在允许范围内),都无法消除干涉。图 2 为刀柄与工件的干涉情况。

2  产生干涉的原因分析

  由图 2 可看出,由于刀轴与水平方向夹角过小,导致刀柄与工件产生碰撞。下面是加工叶轮时的一段程序:

N2X-45.638Y663.574Z213.954B -10.997A -3.282F 0.379

N3X-84.171Y627.074Z236.674B -21.995A -6.564F 0.379

N4X-113.595Y590.427Z265.603B -32.992A -9.845F 0.379

N5X-132.713Y553.559Z297.855B -43.989A -13.127F 0.379

N6X-141.175Y516.399Z330.447B -54.987A -16.409F 0.379

N7X-139.443Y478.874Z360.533B -65.984A -19.691F 0.379

N8X-128.704Y440.916Z385.611B -76.981A -22.973F 0.379

N9X-110.722Y402.455Z403.691B -87.979A -26.255F 0.379

N10X-87.669Y363.424Z413.423B -98.976A -29.536F 0.379

N11X-61.914Y323.757Z414.159B -109.973A -32.818F 0.379

N12X-35.823Y283.392Z405.957B -120.970A -36.100F 0.379

N13X-35.823Y270.311Z388.019B -120.970A -36.100F 1.877

  仔细阅读程序后发现,机床主轴摆角 A 为 -3.282 °~ -36.100 °,证实了上述“ 刀轴与水平方向夹角过小”的判断。此角过小后,必然缩小刀柄的运动空间,出现碰撞也就是必然的结果。

  上述只是干涉的一种情况。由于在此采用工件、铣刀和刀柄的三维实体模拟,机床铣头、工作台等运动部件都未参与仿真。如果让这些部件都参与仿真,则会发现机床铣头与工作台也会发生干涉(当然与所使用的具体机床结构不同有关)。此干涉同上述的刀柄与工件干涉原因相同。

  因为此叶轮是直纹面,铣刀加工叶片侧面时,刀轴必须和叶片型面的素线平行(采用侧铣加工),所以刀轴矢量无法改变,即主轴摆角 A 无法改变(不改变所用机床)。这就是出现此种干涉的直接原因。

3  避免出现干涉现象的方法探索

  由上述分析可知,要消除这种干涉,就必须设法改变叶片干涉部位素线的方向。但叶轮一旦设计完成,原始型面数据就很难改变,只有设法修改加工数据。加工数据修改的前提条件:必须保证原设计叶轮的气动性能,叶片的空间曲面造型不能有大的变化。只有在叶片型面造型允许的偏差范围内,去改变素线方向。这样既保证了叶轮的气动性能,又改善了其加工条件,有效地避免了干涉的发生。图 3 为叶片进口部分素线改变前后的情况比较,图 4 为叶片出口部分素线改变前后的情况比较。

  由图4和图5看出,叶片进口棱边附近的素线方向变化较大,而出口棱边附近素线方向的变化较小。

  将经过修改后叶片曲面造型与修改前的叶片曲面造型进行重叠对比,压力侧、吸力侧的重叠情况分别见图5和图6。

  

  

  经过计算机分析发现,改变前后曲面的重叠误差最大在0.004mm之内。这对制造来说,在公差范围之内,完全可以接受。

4  必须注意的问题

  值得注意的是,素线改变后叶片进口棱边的形状尺寸发生了变化:改变素线方向后进口棱边处多出一块。如图 7 和图 8 所示。这将导致叶轮几何尺寸和气动性能很大的变化。加工时必须设法防止出现这种情况。

 这里提出一个防止这种变化的办法:在铣叶型工序之前车加工坯料时,采用改变素线方向前的几何模型;进行铣叶型工序的数控编程时,则使用改变素线方向之后的几何模型。

5  结论

  在必须采取侧铣方法进行三元叶轮数控加工编程时,如果出现刀柄、工件干涉情况,在不影响(影响小到可以忽略不计)叶轮气动性能的情况下,可以采用改变易产生干涉部位的素线方向的方法消除此种干涉。经实际操作效果良好。

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  评论人:qiancai   打分:100 分  发表时间:2010-7-11 0:18:25
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  评论人:hngp   打分:100 分  发表时间:2010-5-22 2:33:39
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