数控插铣二元叶轮的工艺方法
石 磊/西安科技大学
杨小毅/陕西鼓风机(集团)有限公司
摘要:简要介绍了大直径、宽深流道二元流叶轮的一种高效数控加工方法——插铣法。指出该工艺的优缺点,阐述了刀具的选择、走刀及编程。
关键词:离心式鼓风机 数控 叶轮 插铣
中图分类号:TG54 文献标识码:B
文章编号:1006-8155(2006)04-0031-02
Manufacturing Method of Two-dimensional Impeller with Numerical-controlled Slot Milling
Abstract: A high-efficient numerical-controlled machining method for major diameter deep flow channel two-dimensional impeller—slotting method is introduced, and its advantage and disadvantage are pointed out. The selection, cutting path and programming of cutting tools is explained.
Key words: Centrifugal blower Numerical-controlled Impeller Slot Milling
1 引言
通常,工件(包括铣制叶轮)的加工基本上都采取横向走刀的铣制方法。某产品,其叶轮直径为1000mm,叶片数为15枚均布,为二元流叶轮,流道较宽且深,最浅处约70mm,最深处达105mm。叶轮毛坯为锻件,加工时最大的工作量是去除流道中的
材料
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。提高此种叶轮加工效率的最好方法,就是以最快的速度进行流道粗加工。因此,使用一种高效数控方法——插铣。
2 插铣方法的优缺点
插铣时,由于铣刀的进给方向为刀轴方向,刀具的主要受力方向也是刀轴方向。所以此种加工方法对刀具抗弯折刚性的要求低,适于切深大、余量大而刀具直径相对较小(长径比大,大直径刀具使用受限制)情况下工件的粗加工。使用此加工方法粗加工,工件材料的去除率高,所以加工效率也很高,且可避免机床的振动损伤。然而,此方法并不适于工件的精加工。因精加工时材料去除率要求并不高,而
表
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面粗糙度却要求很高,刀具受力也不大,而进给速度很快,刀具路径很密。如用这种方法,效率反而很低。
3 插铣所用刀具及走刀方法
3.1 插铣所用刀具
插铣所用刀具一般选用直径为Φ20~Φ50的镶齿端铣刀。如图1所示。图中ap为刀片可切削宽度。图1a为整体刀杆,通常直径较小,刀片数较少,适合机床功率较小或一般工件余量的情况;图1b为分体式刀杆,通常直径较大,刀片数较多,适合于机床功率较大或工件余量很大的情况。此类刀具适合轴向切削,刀片可换, 刀杆可反复使用,以节省刀具成本。因为是粗加工,刀片一般选择强度较高的厚刀片,且切削刃较宽,可以达到较高的材料去除率。应注意的是,由于是粗加工,通常要求机床要有足够的强度和刚性;因为是轴向切削,而此类刀具刀轴中心部位无切削刃,所以吃刀宽度不能太宽(不可超过ap值)。
(a) (b)
图1 插铣刀示意图
3.2 插铣的走刀方法
工件进行插铣加工时,先将工件找正并紧压在工作台上,从工件要加工部位的边缘处开始切削。每一刀一直插铣到工件底部(底部留有精加工余量)后,轴向抬刀,径向进刀一个步距(即ap),再进行第二刀插铣……直至粗加工完成。每一刀插铣的位置在俯视图上为一个坐标点,所有的坐标点按照顺序连接起来,即为走刀轨迹。如图2为某叶轮流道插铣加工时的走刀轨迹曲线(俯视图)。其中白色圆形为插铣刀。
图2 插铣刀具轨迹示意图
3.3 插铣的加工过程
插铣时,刀具的横向步进以快速走刀方式进行,而在轴向走刀时,是以正常切削进给速度走刀的。在正常切削走刀之前,以快速进给速度接近工件加工表面。图3即为某叶轮流道粗加工时刀具的上下运动过程;图4为其三维实体模拟图。
图3 叶轮流道插铣刀具轨迹示意图 图4 叶轮流道插铣三维实体模拟图
4 插铣编程问
题
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的解决
插铣加工从切削原理上不难理解。其难点在于如何编程,如何正确地找到刀具插铣的轨迹位置。因为插铣时刀具轨迹较为复杂,生成的机床程序也较长(一般在几千行),手工计算也费工费时。所以通常要借助于编程软件。
目前流行的数控编程软件很多。常用的有MasterCAM、UG、ProE等。下面以MasterCAM软件编程为例简单介绍插铣的编程方法。
首先进行工件加工区域的三维造型。造型完成后,确定好刀具及加工的各种参数,生成普通加工方法的刀具轨迹曲线。如图2中的曲线。此曲线以机床程序的形式体现出刀具所有加工位置的二维坐标数据。在此曲线中,工件的加工部位、刀具的步距等均已确定。然后依据此曲线,再确定好抬刀的安全高度和切削深度等,这样即可做出工件插铣加工的机床程序。经过仔细检查和实际试切后,便可用于实际加工。
参 考 文 献
[1] 吴长德.Master CAM9.0系统学习与实训[M].机械工业出版社,2003.
[2] 苟琪,等.Master CAM进阶功能剖析[M].机械工业出版社,2003.
[3] 李云龙,曹岩.Master CAM 9.1数控加工实例精解[M].机械工业出版社,2005.