淺談離心葉輪葉片五軸加工誤差的虛擬測(cè)量技術(shù)

1、    淺談離心葉輪葉片五軸加工誤差的虛擬測(cè)量技術(shù)    黃美發(fā)周華榮摘要：文章針對(duì)某企業(yè)離心葉輪零件復(fù)雜曲面的五軸加工，采用虛擬測(cè)量技術(shù)，來(lái)降低加工誤差，提升葉輪使用性能，介紹了離心葉輪葉片的五軸加工誤差和虛擬測(cè)量技術(shù)。關(guān)鍵詞：離心葉輪葉片；五軸加工；加工誤差；加工精度；虛擬測(cè)量技術(shù) ：a：tg659 ：1009-2374（2015）12-0072-03 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.12.036離心葉輪葉片形狀復(fù)雜，且多為不可展直的紋面、葉片壁薄。葉片機(jī)械加工效率低，難以保證加工質(zhì)量。本文針對(duì)某企業(yè)生產(chǎn)的離心葉輪葉片的

2、五軸加工，研究應(yīng)用虛擬測(cè)量技術(shù)，以提高離心葉輪葉片加工精度的方法。1 離心葉輪葉片五軸加工的問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)代企業(yè)離心葉輪葉片五軸加工，針對(duì)當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)，在離心葉輪葉片加工過(guò)程中，其具備的測(cè)量技術(shù)還較為落后，并不能夠有效適應(yīng)當(dāng)前的葉片五軸加工的技術(shù)需求。對(duì)當(dāng)前企業(yè)離心葉輪葉片加工中，應(yīng)用加工誤差及虛擬測(cè)量技術(shù)，針對(duì)離心葉輪葉片加工銑削力求解方面缺乏對(duì)加工誤差的有效測(cè)量與補(bǔ)償手段；通過(guò)檢查ug干擾，促使刀具定向，最優(yōu)刀具姿態(tài)以及位置，導(dǎo)出其在曲面上源文件，轉(zhuǎn)換成五軸葉輪nc代碼，用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)驗(yàn)證葉片缺陷，使葉片五軸加工可以具有精確的幾何形狀，提升加工精度。離心葉輪葉片五軸加工中，葉片部分多由曲線

3、組成，是一個(gè)復(fù)雜空間曲面，且葉身截面相應(yīng)減薄，型線也變化，加工時(shí)極易產(chǎn)生過(guò)切；同時(shí)，在葉輪葉片五軸加工中，由于加工誤差的存在，大力降低葉輪葉片五軸加工精度，降低葉輪葉片使用壽命。2 加工誤差的虛擬測(cè)量技術(shù)針對(duì)離心葉輪的特點(diǎn)，可以根據(jù)離心葉輪零件的結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)ug軟件中的數(shù)控編制，降低加工誤差測(cè)量中的編程難度，能夠?qū)⒊Ｓ玫臄?shù)控加工方式以及數(shù)控中的加工參數(shù)集成到ug模塊之中，從而可以制成離心葉輪加工中零件的ug編程模板，有效提升離心葉輪零件在數(shù)控程序編制中的質(zhì)量，也可以加快數(shù)控編制效率。并且利用ug編程模板，根據(jù)加工中離心葉輪的幾何體形狀，規(guī)范毛坯加工的情況，有效提高離心葉輪葉片數(shù)控加工質(zhì)量。提

4、高的工作質(zhì)量與效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)離心葉輪加工的“無(wú)圖化”、“自動(dòng)化”發(fā)展。在離心葉輪葉片五軸加工中，利用多軸機(jī)床模型通過(guò)虛擬測(cè)量技術(shù)，能夠有效克服對(duì)傳統(tǒng)精密測(cè)量設(shè)備依賴(lài)，也可以通過(guò)模擬離心葉輪葉片件加工過(guò)程，提出誤差補(bǔ)償方法，進(jìn)行有限元分析，提取每個(gè)位置的彈性變形值，測(cè)量其加工誤差分布，有效提高零件加工精度。3 離心葉輪葉片五軸加工誤差分析3.1 機(jī)床加工誤差對(duì)于機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)中，機(jī)床熱變形及幾何誤差，將會(huì)降低葉片五軸加工精度。刀心所走過(guò)的直線為同一條，但如若改變刀軸方向，那么此時(shí)盡管控制系統(tǒng)是進(jìn)行的線性插補(bǔ)，但事實(shí)上刀心與工件所走的是曲線而非直線，于是便形成插補(bǔ)誤差。當(dāng)車(chē)削葉片五軸細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，可以采用

5、跟刀架以及中心架，有效消除以及少工件變形，減少加工誤差。同時(shí)，在加工中，若是應(yīng)用大進(jìn)給量的反向切削方法，則消除軸向切削彎曲變形問(wèn)題，降低加工誤差。只有采用輪廓的切向進(jìn)、退刀方式，評(píng)價(jià)葉片加工表面主要參數(shù)，通過(guò)切削試驗(yàn)，研究切削速度、進(jìn)給量及對(duì)工件粗糙度影響規(guī)律，優(yōu)化葉片加工參數(shù)，才可以保證刀路軌跡平滑，保證葉片曲面的加工質(zhì)量。如下圖1所示：3.2 工藝誤差此項(xiàng)誤差主要是指讓刀誤差，它是在切削時(shí)，零件或刀具受到切削力而產(chǎn)生變形，最終導(dǎo)致加工誤差的形成，此變形包含零件變形和刀具變形。在加工葉輪時(shí)，因?yàn)閮善~中間有寬度很小的通道，并且深度又很大。在葉片五軸零件加工后，其實(shí)際的幾何參數(shù)與理想?yún)?shù)間，存

6、在的差值就是加工精度。若是此時(shí)的加工誤差越小，則零件的符合程度則越高，零件的加工精度也就越高。零件加工誤差的大小可以直接反映出加工精度的高低，故此，在實(shí)際離心葉輪葉片加工中，可以通過(guò)分析影響這些工藝誤差的因素，并找出其存在規(guī)律，找到減小工藝誤差的方法，提高加工精度。3.3 側(cè)銑加工誤差針對(duì)葉片五軸的側(cè)銑加工中，多使用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工的方式，其中主要是針對(duì)非可展直紋面表面的側(cè)銑加工，并且從數(shù)學(xué)的角度來(lái)講，不能用半徑大于零的圓柱形成滾動(dòng)包絡(luò)面，否則將會(huì)影響刀具的實(shí)際操作。葉片五軸加工中，可以解除葉片工件的多次調(diào)試裝卡，降低其復(fù)雜角度再定位的加工難度，不僅可以解決加工的時(shí)間，還可以避免加工誤差。這不但

7、節(jié)約了時(shí)間，而且還大大降低了誤差，并且節(jié)約了安裝工件就位所需的工裝夾具等所需的昂貴費(fèi)用。在加工中，可以針對(duì)葉片五軸運(yùn)用環(huán)面刀具，根據(jù)其幾何特點(diǎn)，采取離散點(diǎn)概念，建立其復(fù)雜的基于五軸葉片曲面的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用刀軸矢量與刀位點(diǎn)表示刀具的具體位置，可以通過(guò)考察工件的曲目點(diǎn)與刀具位置關(guān)系，得到瞬時(shí)刀位的誤差分布算法，然后再據(jù)此從宏觀上，分析刀具表面與葉片五軸工件面接觸的狀況，計(jì)算出瞬時(shí)刀位的誤差分布，并可以據(jù)此調(diào)整刀位，使其逐步達(dá)到優(yōu)化的刀位，降低誤差。3.4 轉(zhuǎn)子誤差分析把轉(zhuǎn)子內(nèi)徑和外徑光車(chē)到尺寸，精車(chē)軸孔到-0.03-0.04的尺寸；然后就成為轉(zhuǎn)子部件，車(chē)的時(shí)候，外圓、內(nèi)圓和孔都是一次裝夾；壓軸的時(shí)

8、候也有順滑的模的，同軸度不夠，壓好軸后打跳動(dòng)，一些誤差在0.08，差的更達(dá)0.15。如圖2為葉輪葉片轉(zhuǎn)子：一般的葉片有葉根、型面和圍帶三部分，最新型的壓氣機(jī)葉片只有型面和葉根部分，一般葉根在葉根槽里，看不出來(lái)。轉(zhuǎn)子片不需要單個(gè)片子進(jìn)行熱處理，材料是dw800；轉(zhuǎn)子是鑄鋁的，就是內(nèi)外圓要車(chē)的。外轉(zhuǎn)定子壓入鋁座中，鑄鋁的轉(zhuǎn)子中心壓入軸，保證精度。然后定轉(zhuǎn)子再配合。根據(jù)最優(yōu)刀具姿態(tài)和位置在曲面上的所有切割點(diǎn)，切割位置的源文件導(dǎo)出，可以轉(zhuǎn)換成nc代碼的五軸機(jī)床使各種類(lèi)型的離心式葉輪。4 虛擬測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用在離心葉輪葉片五軸加工中，對(duì)于典型離心葉輪葉片零件加工，應(yīng)用虛擬測(cè)量技術(shù)，結(jié)合ug編程模板與有限元

9、分析，節(jié)省編程時(shí)間，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。 4.1 生成葉片加工誤差模型生成葉片加工誤差模型，首先建立ug零件與毛坯的模型，然后再建立基于葉片加工的ug-cam模型，之后創(chuàng)建葉片五軸加工刀具的軌跡，生成葉片加工的數(shù)控程序。在ug軟件里利用加工刀位文件仿真生成。在離心葉輪葉片ug編程模板之中，可以根據(jù)葉片五軸零件特征，利用粗加工的工序循環(huán)操作，為精加工的工步中留0.5mm的余量。4.2 構(gòu)建虛擬測(cè)量路徑建立ug零件和毛坯模型，做好創(chuàng)建刀具軌跡的準(zhǔn)備工作，并且在創(chuàng)建ug刀具軌跡中，對(duì)于軸頸類(lèi)零件加工中，可以在工具的節(jié)點(diǎn)組之中，創(chuàng)建好粗車(chē)程序組和精車(chē)程序組，并針對(duì)五軸加工的細(xì)節(jié)設(shè)置好工件與毛坯。創(chuàng)建好

10、路基軌跡之后，編輯好葉片加工的切削區(qū)域，并設(shè)置好五軸加工的切削策略。如下圖3中所示就是設(shè)置的粗加工路徑軌跡：4.3 效益分析在離心葉輪葉片加工中，分析葉片加工誤差，應(yīng)用虛擬測(cè)量技術(shù)，實(shí)際對(duì)離心葉輪葉片進(jìn)行加工模擬時(shí)，考慮其彈性變形引起誤差、塑性變形等問(wèn)題，并且應(yīng)該優(yōu)化葉片加工工藝參數(shù)，以有效提高葉片加工精度。應(yīng)用有限元分析的方法，分析離心葉輪葉片五軸加工中的變形分布規(guī)律，有效補(bǔ)償葉片加工中的誤差?？梢曰谔摂M測(cè)量技術(shù)的原理，在對(duì)實(shí)際的離心葉輪葉片五軸加工之中，可以準(zhǔn)確應(yīng)用虛擬測(cè)量方法，避免加工誤差的發(fā)生，在ug模塊平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片加工誤差的分析，確保實(shí)際加工精度。針對(duì)離心葉輪葉片加工中存在的

11、問(wèn)題，利用誤差虛擬測(cè)量手段，建立加工誤差高效虛擬測(cè)量方法，利用ug建立三維實(shí)體模型，對(duì)離心葉輪葉片加工進(jìn)行物理仿真，有效提升加工直觀性。5 結(jié)語(yǔ)綜上所述，在實(shí)際離心葉輪葉片五軸加工中，根據(jù)離心葉輪葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取虛擬測(cè)量技術(shù)方法，并結(jié)合應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)量，不僅可以提升加工精度，還提高離心葉輪加工質(zhì)量與加工效率，值得在實(shí)際加工中推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 戴林強(qiáng).離心葉輪葉片五軸加工誤差分析與虛擬測(cè)量技術(shù)的研究d.湘潭大學(xué)，2012.2 陳睿，劉新靈，蔡顯新.離心葉輪葉片裂紋產(chǎn)生原因分析j.理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2011，（1）.3 楊井紅，蔣建強(qiáng)，李洪舉.基于ug的葉輪葉片五軸模擬加工的分析j.廣西輕工業(yè)，20