数字化精密制造工程应用 课件 项目6 叶轮类产品-多级叶轮

《数字化精密制造工程应用》，本书紧密对接制造业的高端化、智能化、绿色化发展趋势，全面讲授数字化精密制造技术及其在SurfMill软件端的应用，内容包括产品构型、工艺路线制定、加工、在线测量等过程中的数字化技术应用。项目6叶轮类产品-多级叶轮项目概述工艺分析编程仿真上机加工章节目录6.1项目背景介绍6.2工艺分析与编程仿真6.3加工准备与上机加工6.4项目小结6.1项目背景介绍6.1.1叶轮产品1.叶轮介绍叶轮又称工作轮，离心式压缩机中唯一对气体做功元件，而且是高速旋转元件，转子上的最主要部件。2.多级叶轮特点（1）多级叶轮制造质量要求高，并且要求多级叶轮的使用寿命要长。（2）多级叶轮强度要求高。（3）多级叶轮制造加工难度高，精度也不容易保证。3.行业发展叶轮机械在国民经济尤其是整个重工业体系中占有十分重要的地位。其中燃气轮机已广泛用来作为航空、电站、舰船、导弹、坦克、重载机车等高端领域的核心动力以及冶金、勘探、化工、土木等一般工业领域的主要或辅助动力。6.1.2多级叶轮应用简介多级叶轮主要用于离心泵中，是唯一对气体做功元件，而且是高速旋转元件，转子上的最主要部件。本节案例讲解多级叶轮的工艺流程。章节目录6.1项目背景介绍6.2工艺分析与编程仿真6.3加工准备与上机加工6.4项目小结6.2工艺分析与编程仿真6.2.1工艺分析1.特征分析本节案例叶片分九级，共426个，整体尺寸φ200×168mm，要求高速工作时动平衡好，叶轮使用寿命高，如图6-2-1所示。2.毛坯分析毛坯为车削的精毛坯，尺寸规格为φ200×168mm，如图6-2-3所示。3.材料分析加工使用材料为7075铝合金。4.加工要求分析根据本案例的外形结构进行相应的工艺分析。5.加工难点分析（1）叶轮加工效果，叶片易变形，表面效果差。（2）刀具的切削刚性差。6.2工艺分析与编程仿真6.2.2编程准备1.选择加工方式选择采用五轴联动的方式进行加工，如图6-2-5所示。本节案例中所选择毛坯为φ200×168mm的精坯，除叶片特征外，其余特征均加工到位。选择中心孔作为XY方向的分中基准，中心孔底部为Z向基准，采用螺钉压的方式进行装夹，如图6-2-6所示。2.选择装夹方式3.选择关键刀具刀具结构如图6-2-8所示，用刀刃锋利、摩擦系数低、刚性好的短刃锥球刀。4.选择机床型号北京精雕JDGR200T五轴高速加工中心。6.2工艺分析与编程仿真5.工步规划经过分析，多级叶轮的叶片曲面为自由曲面，故采用点铣的加工方式进行切削，采用两侧交错分层铣削加工方式，通过左右交错加工，提高铣削过程中薄壁叶片的支撑刚性，另外，按照逐层开粗、逐层精加工的方法进行铣削，不能采用整体开粗留余再进行精加工的方法，保持叶片刚性。其加工路线如图6-2-9所示。6.管控方法分析保证结构件的加工质量，提高小批量生产的一致性，需要对结构件加工过程进行管控，具体流程如图6-2-10所示：（1）加工前（2）加工中（3）加工后7.管控技术（1）在机检测（2）工步设计6.2工艺分析与编程仿真6.2.3仿真设置与编程1.搭建数字化制造系统（1）导入模型打开JDSoft-SurfMill软件，新建空白曲面加工文档。在导航工具条中选择3D造型模块，然后选择“文件－输入－三维曲线曲面”，分别导入模型、毛坯、夹具，如图6-2-11所示。（2）设置机床选择机床、机床文件选择机床输入文件格式选择JDGR200T。（3）设置几何体在导航工具条中设置名称为“正面”，然后根据图层“工件”、“毛坯”、“夹具”，依次设置“工件”、“毛坯”、“夹具”。（4）创建刀具表根据工艺分析原理，以相同的方式建立需要用到的刀具。（5）设置安装几何体选择【项目设置】菜单栏下的【几何体安装】指令，在导航工具条中“几何体”的安装设置选择【几何体定位坐标系】，安装正面于JDGR200T（P15SHA）机床上。6.2工艺分析与编程仿真2.编写数字化程序根据工艺方案，将叶片分成8层进行加工，并且每层开粗完成后直接进行半精加工和精加工。（1）编写第一级叶片加工程序1）编写第一层程序开粗选择“五轴曲线”命令进行加工，切削刀具为平底刀φ8，加工余量为1mm，吃刀深度为1mm，主轴转速为16000rpm，进给速度6000mm/min，开粗刀路如图6-2-16所示。注：叶片曲面的曲率变换幅度不大，采用五轴曲线调整刀轴变换较为方便。6.2工艺分析与编程仿真半精选择“多轴侧铣”命令进行加工，切削刀具为平底刀φ8，加工余量为0.2mm，吃刀深度为一层，主轴转速为14000rpm，进给速度2000mm/min。精加工需将半精刀路复制，将余量修改为0mm即可。半精与精加工刀路如图6-2-17所示。由于叶片较薄，刚性不足，若半精和精加工采用分层进行加工，则加工效率低下以及叶片表面效果无法保证，使用多轴侧铣命令可以更好的实现一刀流加工，保证加工效果。第二层、第三层及第四层刀路依次复制第一层刀路，修改加工深度即可。6.2工艺分析与编程仿真2）编写第五层程序开粗选择“五轴曲线”命令进行加工，切削刀具为锥度平底刀φ10-6°-4，加工余量为1mm，吃刀深度为0.5mm，主轴转速为16000rpm，进给速度6000mm/min，开粗刀路如图6-2-18所示。半精选择“多轴侧铣”命令进行加工，切削刀具为锥度平底刀φ10-6°-4，加工余量为0.2mm，吃刀深度为一层，主轴转速为14000rpm，进给速度2000mm/min。精加工需将半精刀路复制，将余量修改为0mm即可。半精与精加工刀路如图6-2-19所示。第六层与第七层刀路依次复制第五层刀路，修改加工深度即可6.2工艺分析与编程仿真3）编写底层程序开粗选择“五轴曲线”命令进行加工，切削刀具为锥度平底刀φ10-6°-4，加工余量为1mm，吃刀深度为0.5mm，主轴转速为16000rpm，进给速度6000mm/min，开粗刀路如图6-1-20所示。精加工选择“曲面投影”命令进行加工，切削刀具为锥度球头刀刀φ12-8°-R3，加工余量为0mm，吃刀深度为一层，主轴转速为14000rpm，进给速度2000mm/min，加工刀路如图6-1-21所示。（2）编写其他级的叶片程序第二级至第九级叶片加工程序编写方式一致，复制第一级叶片加工程序，修改参数即可。6.2工艺分析与编程仿真3.仿真验证（1）线框模拟（2）实体模拟加工环境，点击【项目向导】-【实体模拟】进入实体模拟引导。点击【选择路径】按钮，选择路径。（3）过切检查检查路径是否存在过切现象。（4）碰撞检查检查刀具、刀柄等在加工过程中是否与检查模型发生碰撞，保证加工过程的安全。（5）机床模拟检查机床各部件与工件夹具之间是否存在干涉和各个运动轴是否有超程现象。（6）输出路径选择【输出路径】命令，输出格式选择JD650NC（AsEng650）格式，选择输出文件的名称和地址，输出所有路径。（7）输出程序单选择【路径打印】命令，选择所有加工路径，选择程序单以及竖向模式，输出程序单文件。章节目录6.1项目背景介绍6.2工艺分析与编程仿真6.3加工准备与上机加工6.4项目小结6.3加工准备与上机加工6.3.1加工准备1.毛坯准备检查毛坯材料是否为7075铝合金。2.夹具准备对照工艺单，选择对应的夹具进行装夹。本章案例选用零件快换夹持系统配合吊装板进行装夹。3.机床准备（1）检查切削液浓度（2）检查箱液位（3）检查排屑器滤网（4）检查制冷机液位（5）检查润滑油箱液位（6）检查集屑车（7）检查机床工作台6.3加工准备与上机加工4.刀具准备根据刀具表所示准备刀具。5.环境准备通过中央空调调节车间温度，使车间温度达到稳定状态。6.3.2上机加工1.加工前准备（1）开启机床（2）标定激光对刀仪与接触式对刀仪（3）确定初始工件加工坐标系（4）测头标定及校验轴心1）测头安装2）标定前暖机3）标定测头4）校验轴心（5）装刀及刀跳管控（6）安装夹具与毛坯（7）程序暖机（8）校验加工坐标系（9）校验刀长6.3加工准备与上机加工2.调入程序将程序输出，然后下发至机床端，在机床端打开。导入NC程序，对照工艺单，检查并修改刀具编号、刀长补偿编号和加工坐标系等参数，然后点击【CF7编译】对程序进行编译，检查程序中是否存在错误，如程序出现编辑错误，进行【编译】时将会出现提示。。3.试切及自动运行确认无误后点击程序运行、选择停止、手轮试切、程序启动。关闭自动冷却功能，用手轮控制进行加工。观察剩余量坐标值，与实际情况一致后打开自动冷却，关闭手轮试切，程控加工。当每把刀首次使用时打开手轮试切功能，判断走刀路径是否与程序走刀一致，无误后关闭手轮试切，机床程控加工，在加工过程中可通过判断刀具切削声音以及振动情况使用主轴转速旋钮和进给速度旋钮调整加工的部分参数。加工完成之后使用气枪将工件清洁干净，调出测量程序，运行测量程序，得到测量结果。若测量结果合格，则直接可以下机，若测量结果不合格，则需视情况进行处理。章节目录6.1项目背景介绍6.2工艺分析与编程仿真6.3加工准备与上机加工6.4项目小结6.4项目小结项目小结：1.本小节讲述叶轮的工艺思路和加工方法。2.经过本节学习，应能够根据零件特点选