在轮盖上铣制三元柳叶轮叶片的编程技术研究

1、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）06-0036-03The Method for Avoiding Interference during NC Milling and Machining of 3-D Impeller Abstract: This paper has introduced the phenom

2、enon 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

3、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。图1 叶轮全貌收稿日期：2008-06-05 西安市 710611图2 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-3.282F0.379N3X-84.171Y627.074Z236.674B-21.995A-6.564F0.379N4X-113.595Y590.

4、427Z265.603B-32.992A-9.845F0.379N5X-132.713Y553.559Z297.855B-43.989A-13.127F0.379N6X-141.175Y516.399Z330.447B-54.987A-16.409F0.379N7X-139.443Y478.874Z360.533B-65.984A-19.691F0.379N8X-128.704Y440.916Z385.611B-76.981A-22.973F0.379N9X-110.722Y402.455Z403.691B-87.979A-26.255F0.379N10X-87.669Y363.424Z413

5、.423B-98.976A-29.536F0.379N11X-61.914Y323.757Z414.159B-109.973A-32.818F0.379N12X-35.823Y283.392Z405.957B-120.970A-36.100F0.379N13X-35.823Y270.311Z388.019B-120.970A-36.100F1.877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

6、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

7、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。图3 叶片进口部分素线图图4 叶片出口部分素线图由图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。图5 出现挖刀处的刀具路径图6 出现挖刀处的刀具路径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。图7 改变前的进口棱边图8 改变后的进口棱边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