基于NX6.0叶片数控加工研究

在大型汽轮机(涡轮机)零件中，叶片的加工是比较难的一个环节。因为 一般的叶片在径向、轴向都有扭动(俗 称“3D扭转叶片”)，而且这些叶片的 前缘和后缘曲率变化十分剧烈。这种叶 片实体是由许多曲面构成，同时对于叶 片的表面质量还有很高的要求。加工情 况如果不理想，或者加工精度不高，都会对后续的工作，以及整台汽轮机的效 率、使用寿命和运行安全带来致命的影响。因此，目前国内的企业普遍都引入 了三维高端CAD/CAM/CAE软件，希望提高对于复杂产品的设计、加工能力。 　　一、叶片加工及结构工艺分析 　　叶身较长、叶片壁薄是叶片类零件的特点，大多数叶片零件均使用合金不锈钢作为基体材料，该材料属于不易铣削加工的材料。合理地对零件进行多轴加工程序的编制，选择合适的切削用量，因地制宜地选择刀具材料成为顺利加工出该类型零件的关键技术之一。 　　叶片的叶身部分对加工后的表面加 工质量要求很高，因此尽可能采用一条 加工程序完成整个叶身部分的加工，避免产生接刀痕迹。加工中较难切削，切削抗力大，容易引起的变形也大。由于 其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗 变形的能力不同，进排边缘处又较薄， 加工中的变形很复杂，对数控加工提出了很高的要求。 　　从叶片的结构看，如图1所示，其叶身部分面较为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄 壁类零件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，因此对零件本身的精度和质量提出了很高的要求。 　　型面的加工质量直接影响其工作性能， 还可能影响整机性能。叶片的材料要求 有较高的质量—强度比。 　　二、叶片加工工艺准备 　　1.机床准备 　　采用立式五轴联动高速加工中 心，数控机床主要参数X 轴行程900mm，Y 轴行程600m m，Z 轴行程550m m，A 轴 旋 转 范 围 0 ° ～ 3 6 0 ° ，B 轴 摆 动 范 围-90°～90°，刀库容量40刀位，数控 系统为SIEMENS 840D，如图2所示。 　　2.刀具准备 　　采用HSK高速刀柄，由于加工时叶片的纹理要求所使用的刀具切削刃长度应大于70mm，刀具总长度应大于120mm，并采用整体硬质合金涂层刀具，另外注意刀具夹头与工件、夹具的干涉。 　　3.工装准备 　　要求安全可靠，体积小、质量轻， 以减小加工时的惯性力矩对工件的影响。另外，装卸工件要简洁方便，如图3所示。 　　4.测量准备 　　对于叶片这样的复杂型面，手工方法无法确定精度，主要采用三坐标测量机进行型面数据检测。把采集到的数据与几何建模实体进行比较来检测加工精度。 　　5.编程软件的准备 　　目前，国外一般应用于叶片的五坐标加工专用加工软件，主要有美国NREC 公司的MAX-5、MA X-A B叶片加工专用软件，瑞士Starrag数控机床带有的叶片加工模块，还有HyperMill等专用的加工软件。此外，一些通用的CAD/CAM软件(如 NX、CATIA、Delcam等)也可用于 叶片的加工，本例应用的N X6.0通用编程 软件。 　　三、叶片的数控加工工艺过程 　　1.φ 30R 5圆鼻刀粗加工工序1的具体内容如表1所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图4所示。 　　2.φ 16R 0.8圆鼻刀半精加工 　　工序2的具体内容如表2所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图5所示。 　　3.φ 30R 5圆鼻刀粗加工 　　工序3的具体内容如表3所示。生成 的刀具路径和加工仿真如图6所示。 　　4.φ 16R 0.8圆鼻刀半精加工 　　工序4的具体内容如表4所示。生成的刀具路径和加工仿真如图7所示。

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