[发明专利]一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于数控加工制造技术领域，涉及一种机械零件的机械加工方法和加工装置，具体的说是一种利用特殊工装在普通三轴数控铣床上加工变截面扭曲叶片半开式叶轮的方法及装置。

背景技术

半开式三元叶轮作为流体机械中的关键动力部件，广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域，其数控加工技术一直是机械制造业中的一个重要课题。半开式三元叶轮作为透平压缩机中一种主要的对工作介质做功的部件，大多数运行在高温、高压、高腐蚀的介质中，其材质主要由沉淀硬化不锈钢-FV520B(美标的17-4PH材料)、KMN、LD10等锻件构成。半开式三元叶轮作为离心式压缩机的心脏部件，主要应用于大型乙烯、空分、炼油、石化等大型工程制造领域。

半开式叶轮的叶片的压力面和吸力面都是三维空间扭转不规则曲面，属于典型的薄壁难加工零件，传统的加工方法是使用五轴联动加工中心铣制或者电解加工。目前半开式叶轮一般都采用五轴联动分层铣削流道的加工方法，但是机床的五轴联动加工成本投入大，加工周期长，效率较低，加工费用高。

对于普通立式数控铣床，要实现对三维空间扭转不规则曲面叶片的半开式叶轮的加工，其技术难点在于：(1)半开式叶轮在铣制前的铣前加工工艺安排；(2)利用三轴铣床铣制变截面扭曲叶片半开式叶轮时，叶轮流道中部有死角区域，如何利用工装装置使得待铣半开式 叶轮坯件在三轴铣床上增加自由度，使得流道中部死角区域铣削到位；(3)由于叶片数目多，半开式叶轮在铣制每个流道中部死角区域时如何接序定位；(4)针对实际加工流程，每序的刀具选择。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的普通三轴数控铣床铣制方法及装置。本发明通过合理的铣前工艺编排；在铣削叶片流道中部死角区域时，制作特殊工装与分度头连接，给普通三轴数控铣床增加一个X轴旋转自由度；分度头的每次转位后的接序都通过等多边形的定位面和定位边来实现；流道面利用专门用来加工曲面的球刀来进行精加工。具体技术方案如下：

一种变截面扭曲叶片半开式叶轮的三轴数控铣床铣制方法，包括以下步骤：

步骤1：将机械性能合格的锻件用普通车床进行粗加工，型线边界单边预留余量，轮轴盘面预留轴向加工余量，并留有装卡卡头，再用数控车床对型线边界面和进出口边界面进行精加工，制成坯件；

步骤2：将坯件轴向平行于铣床Z轴的方向放于铣床工作台，轴盘面向上压紧固定，铣出与叶片数相等的等多边形，所述多边形的高度小于轮轴盘面预留轴向加工余量；

步骤3：将坯件安装芯轴和连接盘，然后轴盘面向下立于工作台压紧固定；导入程序加工进口流道和出口流道；

步骤4：将坯件通过连接盘固定在分度盘上，利用叶轮卡头、分度盘找分度盘和叶轮的同心，固定分度盘的底座，再利用轴盘上的等多边形找平加工流道中部；

步骤5：去除轴盘预留工艺面和工艺卡头。

步骤1前用软件制做半开式叶轮的三维模型，存为IGS格式导入 UG4.0进行编程，每道序都进行模拟试切，避免铣削过程中干涉、撞刀及过切。

铣前加工过程中，坯件轴向前后端面平行度保证在0.02mm以内，轴向前后端面和型线边界面光洁度Ra3.2以上；

所述步骤2加工过程中，等多边形各边面的平面度保证在0.01mm以内，各边平面与轴盘面的垂直度保证在0.01mm以内；

所述步骤3芯轴和坯件轴孔采用过渡配合，连接盘背面和轮轴盘面平行度0.01mm以内，连接盘和叶轮坯件同心度0.01mm以内。

所述步骤4利用定位卡头外圆和分度盘外圆进行坯件中心轴线与分度盘轴线中心定位，同心度在0.01mm以内。

分度头的转位次数等于等多边形的边数，且每次转位后等多边形的基准边面平行于工作台平面。

正多边形的边面与边面的交线作为分度头每次转位程序续接的基准。

本发明进一步公开了一种实现权利要求1所述方法的装置，包括芯轴、连接盘、分度盘，所述芯轴与坯件轴孔过渡配合；芯轴通过螺栓与连接盘固定；芯轴突出定位卡头处设置凸台，所述凸台设置通孔，螺栓穿过所述通孔后旋紧在定位卡头端面的螺孔中；所述连接盘通过螺钉与分度盘固定。

本发明的有益效果是：本发明与五轴数控铣床加工相比，操作简单，加工效率高，总成本投入明显减少。

下面结合附图和实施案例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明半开式叶轮铣前加工示意图；

图2-1是本发明半开式叶轮定位基准铣制示意图；