【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 更多的因素。首先，采用的銑刀刀盤幾何形狀要適應(yīng)曲面加工，要具有良好的切削性能及排屑和斷屑性能，并不僅要適應(yīng)于凸曲面，而且還要適用凹曲面，這對(duì)于刀具干涉是很重要的因素。在選用刀具時(shí)，不僅要根據(jù)機(jī)床的功率，銑頭的轉(zhuǎn)速，葉片材質(zhì)及刀具和刀片的有關(guān)切削參數(shù)作計(jì)算，而且更進(jìn)一步要根據(jù)后述的仿真加工將其刀盤、刀片及刀桿和銑頭進(jìn)行仿真和干涉檢查計(jì)算，以進(jìn)行綜合考慮。如果刀具干涉，必須修改學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 15 刀具方案及加工方法等，也就是最后確 定的刀具必須在仿真和干涉檢查驗(yàn)證沒有問題后才能得知。在機(jī)床功率、銑頭轉(zhuǎn)速范圍和機(jī)床剛性足夠的條件下，在仿真加工采用不同直徑刀具進(jìn)行計(jì)算，盡量采用直徑 大小適中 刀具以提高加工效率 的同時(shí)保護(hù)機(jī)床（在不 干涉 的情況下，刀具直徑太大所產(chǎn)生的切削扭矩就大，對(duì)機(jī)床會(huì)有很大的傷害；刀具太小切削效率 又 不高） 。 如圖（ 1）的山峽 葉片， 其正面面積達(dá)到 36 平方， 經(jīng)過計(jì)算和仿真加工驗(yàn)證，對(duì)于 A 區(qū)域采用 直徑為￠ 160底角為 R10 具有 8 個(gè)切削刃的 重型切削曲面面銑刀 ； B 區(qū)域采用 直徑為￠ 100 底角為 R8 具有 6 個(gè)切削刃 面銑刀 ；焊接坡口 采用 直徑為￠100 底角為 R10 面銑刀 如圖 1— 5； 進(jìn)出水邊采用可大進(jìn)刀量的 ￠ 80螺旋玉米立銑刀 如圖 1— 6。 圖 1— 5 ￠ 100R10 面銑刀 圖 1—6 ￠ 80 螺旋玉米立銑刀 切削參數(shù)的選擇 由于山峽葉片材料的特殊性，在切削參數(shù)選擇是要特別注意， 在加工正 、 背面時(shí)， 為了抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，提高表面質(zhì)量，用學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 16 硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工時(shí)，切削用量要比切削一般碳鋼類工件稍低些，特別是切削速度不宜過高，一般推薦切削速度 Vc=60~80m/min，切削深度為 ap=4~7mm，進(jìn) 給量 f=~。 葉片找正、裝夾 大型葉片數(shù)控加工過程中，加工的穩(wěn)定性是很關(guān)鍵的。巖灘葉片采用雙截面板平行支撐，截面板與葉片接觸的型線采用數(shù)控加工。上冠、下環(huán)及出水邊采用點(diǎn)支撐。定位支撐點(diǎn)距葉片周邊為 300mm，定位支撐點(diǎn)間距 500mm。葉片安裝在胎具（見圖 1— 7）上后，最低點(diǎn)距胎具平臺(tái)上平面 500mm。實(shí)際加工中葉片振動(dòng)僅為 ，滿足了加工要求。 圖 1— 7 葉片裝壓 2 胎具 3 壓板 4 螺桿 水輪機(jī)葉片是形狀復(fù)雜 、尺寸大、重量大的曲面類零件。投入機(jī)床加工前是一個(gè)沒有基準(zhǔn)的毛坯，這就給裝卡找正帶來很大的困難。特別是混流式水輪機(jī)葉片，形狀特殊 ， 四周沒有任何 點(diǎn) 、 面 可作為基學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 17 準(zhǔn)及支承 、 把合的部位，裝卡找正更為困難。所以，解決好葉片的裝卡找正問題是保證葉片的加工位置和編程位置相吻合， 也是保證 加工過程中工件穩(wěn)定、不變形、振動(dòng)小的一項(xiàng)極其重要的技術(shù)工作。 葉片胎卡具的設(shè)計(jì)原則 鑒于水輪機(jī)葉片的形狀特點(diǎn)，葉片胎卡具的設(shè)計(jì)必須遵循 以 下幾條原則： （ 1） 由于葉片的重量大，所以胎卡具必需有足夠的強(qiáng)度。 （ 2） 胎卡具的支承位 置必需保證葉片重心擺放穩(wěn)定，葉片曲面的各個(gè)被加工部位必須在機(jī)床的有效行程之內(nèi)。 （ 3） 必須有足夠的支承點(diǎn)以確保加工時(shí)葉片不發(fā)生大的變形。把合牢靠，并且在把合時(shí)不易引起葉片的變形。把合位置要避免在加工時(shí)和刀具及銑頭發(fā)生干涉。 （ 4） 采取減振措施 (如加真空吸盤 )盡量減少加工中的振動(dòng)。 （ 5） 裝卡靈活方便。 葉片找正 葉片找正 的原理及方法到目前為止世界上所有加工水輪機(jī)葉片的廠家均采用胎具找正的方法，即把葉片放到胎具的固定位置，胎具放到機(jī)床的固定位。 這種方法的好處是一套程序加工一臺(tái)機(jī)組的葉片，但 由于混流式水輪機(jī)葉片形狀的特殊性，這種方法找正非常困難，必須占用大量的機(jī)床時(shí)間，同時(shí)及易造成葉片翻面加工時(shí)的正、背面錯(cuò)位。而且作為學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 18 找正基準(zhǔn)的胎具造價(jià)極高。由于這種找正方法的第一面的找正只是一個(gè)粗找正，為保證整個(gè)葉片都能被加工到，要求毛坯余量相對(duì)大很多，這就造成葉片加工成本太高。我公司也曾經(jīng)用這種方法進(jìn)行裝夾找正，結(jié)果造成正、背面錯(cuò)位，從而使加工半途而廢?，F(xiàn)在我公司采用一種新的找正方法，即三點(diǎn)找正法。 三點(diǎn)找正法 由步驟 提供的三點(diǎn)定位銷數(shù)據(jù)與葉片三維模型坐標(biāo)系統(tǒng)一并轉(zhuǎn)換為加工坐標(biāo)系，將這 三點(diǎn)數(shù)據(jù)提供給加工機(jī)床供機(jī)床找支持定位座，如圖 1— 8 圖 1— 8 葉片支承座 加工背面時(shí)，三個(gè)定位點(diǎn)由步驟 提供，加工正面時(shí)，三個(gè)定位學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 19 點(diǎn)由編制加工程序時(shí)指定，并在加工時(shí)加工出定位小平面。如圖（ 1— 9） 圖 1— 9 葉片支承座 裝夾時(shí)除了用三點(diǎn)定位外，還需要在葉片上焊上拉耳 、 頂塊以便葉片固定于機(jī)床平臺(tái)，當(dāng)葉片加工完后把它們吹掉在打磨光。 用三點(diǎn)找正法不 僅 解決了 用 胎具加工的因胎具變形而引起的重復(fù)定位差問題，而且也解決了 葉片 、 胎具的一對(duì)一問題，即用定位座加工可以一對(duì)多，一副定位座可以適用與大小差不多的所 有葉片，這樣大大提高了工裝的性價(jià)比 如圖 1— 10。 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 20 圖 1— 10 葉片定位點(diǎn) 裝夾 葉片找好正后，用專用的拉桿 、 頂杠將葉片御緊。值得注意的是因葉片出水邊較薄，強(qiáng)度不好，所以在裝夾時(shí)御緊力不能太大，還要多加支撐以加強(qiáng)其強(qiáng)度，避免其變形和加工時(shí)的震動(dòng) 如圖 1— 11。 圖 1— 11 葉片裝夾 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 21 第 二 章 、數(shù)控加工 概述 水輪機(jī)葉片是非常復(fù)雜的雕塑曲面體，若要成功采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工，其關(guān)鍵在于開發(fā)利用計(jì)算機(jī)仿真加工技術(shù)，這對(duì)大型葉片數(shù)控加工尤為重要，再之，這也是五軸聯(lián)動(dòng)加工編程的先進(jìn) 技術(shù)手段。大型葉片五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的自動(dòng)編程要同時(shí)考慮的問題較多，比一般的自動(dòng)編程要復(fù)雜得多，必須通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證。葉片的計(jì)算機(jī)仿真加工是葉片多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工工藝中最關(guān)鍵和技術(shù)性最強(qiáng)的工作，是輔助制定工藝方案和編制加工程序的基礎(chǔ)。通過仿真加工反復(fù)修改完善尋求合理加工方案和具體加工方法。主要工作是在二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，用 Unigraphics 軟件進(jìn)行二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)仿真加工。葉片的加工編程如圖 (6)所示 。 ．刀位計(jì)算和刀具干涉檢查計(jì)算及切削仿真 首先，根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，初定加工方案，劃分加工區(qū)域，按Unigraphics 軟件定義所用刀具的幾何參數(shù)，包括刀片的幾何形狀，刀盤的幾何形狀，切削刃長(zhǎng)，刀桿及連接系統(tǒng)幾何形狀等。接下來各加工區(qū)域曲面特點(diǎn)，選擇不同的加工走刀控制方法計(jì)算出各區(qū)域刀位，結(jié)合后述的碰撞干涉檢查，檢查區(qū)域劃分是否合理。在加工葉片學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 22 型面時(shí)，選擇合理的加工走刀方向，直接關(guān)系到加工效率的高低。經(jīng)過分析后，決定選擇沿葉片造型的參數(shù)線作為 FLOWLINE 銑削加工的方向，此方向葉片型面的曲率變化較小，有利于切削工藝性能改善。在不同的區(qū)域采用不同的刀具和刀軸控制方式，以盡量提高加工效率。 Unigraphics 軟件的曲面加工有多種靈活的刀軸控制算法，在大過流面可采用 TILT 方式， 不至于刀具帶刀造成過切。 在葉片進(jìn)出水邊采用 TANTO 方式， 不至于 NC 頭與工件干涉 在 焊接坡口因其加工余量大，故采用 ZLEVEL_PROFILE_STEEP 方式以使切削載荷盡量平穩(wěn)，不至于對(duì)機(jī)床造成大的傷害。 尋找到較為合理的區(qū)域劃分后，進(jìn)一步調(diào)整加工方法中的刀軸控制方式 參數(shù)，進(jìn)出刀控制等主要有可能導(dǎo)致碰撞的因素再進(jìn)行刀位計(jì)算和后述的仿真檢查，修調(diào)各參數(shù)。 在進(jìn)行葉片刀位計(jì)算過程中值得注意的是，為了改善刀具切削條件，視其加工面的曲率變化 情況及刀具長(zhǎng)度，在 TILT 方式計(jì)算五軸聯(lián)動(dòng)刀位時(shí)，給定一個(gè) 2～ 4176。 左右的 LEAD_ANGLE 和 1～ 5176。 左右的TILT_ANGLE。在不碰撞的條件下，對(duì)刀具（刀盤和切削刃）及刀桿進(jìn)行干涉檢查 如圖 2— 1。 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大型水輪機(jī)葉片數(shù)控加工 23 圖 2— 1 葉片加工模擬 程序后置處理 在 UG/CAM 中生成的零件加工到軌，刀軌文件中包含切削點(diǎn)刀