多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法技术

本发明专利技术涉及一种多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法。其加工工艺步骤为：以工件回转中心为零点、以其中一片叶轮筋线为Z轴建立工件坐标系；根据叶片数将工件分为a个工位；设工位n对应的叶轮筋线为叶片n，叶片n+1与工位n主轴夹角为ɑ；将每片叶片的内部曲面按背部投影曲线分割成m块各自相连的曲面区域，依次命名；对各叶片内、背部曲面区域在各工位下编程模拟生成各工位下的加工程序；将工件安装于回转工作台上；回转工作台按叶片内、背部曲面区域1～m对应的工位转动，逐一完成所有叶片内部与背部曲面的加工。本发明专利技术的优点是，使用具有回转工作台的数控镗床即可；工装简单可靠，所有叶片均在一次装卡下加工完成；加工出的叶片一致性较高。

Three axis machining method for multi blade wheel surface

The invention relates to a three axis linkage processing method for a multi blade runner surface. The process steps are as follows: the workpiece coordinate system is set up with the rotation center of the workpiece and the Z axis of one of the impeller tendons. The workpiece is divided into a positions according to the number of blades; the line of the impeller reinforcement corresponding to the position n is n, the blade n+1 and the position of the axis of the work position are divided according to the projection curves of the back of each blade. The surface area of each m block is cut and named in turn; the machining program under each station is generated by programming simulation of the inner and back surfaces of each blade, and the workpiece is installed on the rotary table. The rotary table is rotated according to the position of 1 to m in the surface area of the blade and back, and all the blades are completed one by one. The machining of the surface of the part and the back. The advantage of the invention is that the numerical control boring machine with a rotary table can be used, the tooling is simple and reliable, all the blades are processed under one loading card, and the machined blade has a high consistency.

【技术实现步骤摘要】
多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法
本专利技术涉及在三轴联动机床上加工多叶片转轮曲面。可应用于在低端设备上(具有三轴联动功能，拥有四轴或五轴，但第四轴、第五轴不能参与联动)完成多叶片转轮的加工。技术背景随着人们对高功率、高输出和高可靠性的不懈追求，冲击式水轮机得到了不断发展与革新，其零件结构及加工方法也在不断变化。从铆焊到整体铸锻，从纯手工打磨到数控加工，未来，在提高工作效率的同时，冲击式水轮机将朝着高水头、大容量的方向发展，但其叶片曲面的加工方法在完善的过程中却遇到了一些瓶颈。由于冲击式水轮属于大型部件，其直径一般为1米～3米，更大的可达4米，重量可达6吨以上，再加上其结构复杂，开放性差，因此加工工艺复杂，制造十分困难。针对转轮水斗的结构特点和技术要求，目前国内外主要有四种制造方法：整铸铲磨、焊接加工、铆接加工、整体式数控加工。其中，整体式数控加工虽然加工难度最大，但是产品质量却最容易保证，避免了整铸铲磨可能形成的材料缺陷、焊接加工中造成的应力及焊接缺陷、铆接加工带来的结构缺陷。在国内的该类产品的数控加工过程中，由于没有专用设备，普遍采用五轴设备进行加工。但限于设备因素，具有加工能力的企业并不多。结合我国三轴设备较多的现状，开发一套实用三轴设备加工冲击转轮的工艺方法非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有设备进行技术改造，提供一种使用三轴设备加工多叶片转轮曲面的加工工艺及工装，以解决多叶片转轮曲面加工能力瓶颈。经过分析冲击转轮的结构特点，可以发现，冲击转轮具有多片狭长的碗状结构，且具有空间重叠的特征。在刀轴不变的情况下，使用三轴设备不可能一次装卡下完成单片或整体的加工。针对这个问题，本专利技术采用一套工装及对应加工方案。本专利技术所说的多叶片转轮曲面的三轴联动加工工艺步骤和方法如下：1)以工件回转中心及对称中心为零点(0，0，0)、以其中一片叶轮筋线为Z轴正方向建立工件坐标系，并根据工件模型内部剖切曲线数据建立三维模型。2)设工件总叶轮数为a，根据叶片数将工件分为a个工位，每个工位以顺时针分布间隔角度为ɑ＝360/a，每个工位对应于一处叶轮筋线。3)设工位1对应的叶轮筋线为叶片1，工位n对应的叶轮筋线为叶片n，叶片n+1与工位n主轴夹角为ɑ，叶片n+m与工位n主轴夹角为m×ɑ，当夹角大于90°时，由于夹角过大，叶片n+m完全被叶片n+m‐1遮挡，则处在工位n不能进行叶片n+m的加工，所以，进行加工的叶片与工位n主轴夹角之间应满足0＜m＜a/4的角度条件。4)通过投影分割内曲面步骤。在工位n，将叶片n+1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+2内部曲面上，将叶片n+2的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+3内部曲面上，将叶片n+m‐1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+m内部曲面上。通过a个工位的投影，将所有叶片的内部曲面按投影曲线分割成m块各自相连的曲面区域，将每个叶片的曲面区域依次命名，例如，叶片n的内部曲面区域依次命名为：叶片n的内部曲面区域1、叶片n的内部曲面区域2……叶片n的内部曲面区域m。5)通过对各叶片内部与背部曲面区域在各工位下的编程模拟，生成若干各工位下的加工程序。6)在起吊定位工装上安装工件：a)将定位工装安装于回转工作台上，并找正回转工作台中心与定位工装中心重合；b)将起吊装卡工装安装于回转工作台上，并紧固；c)将工件安装于起吊装卡工装上，并紧固；7)按叶轮筋线找正叶片n，回转工作台按叶片内部与背部曲面区域1～m对应的工位转动，依次通过多次重复调用上述第5)步骤生成的加工程序，在工位n，铣削叶片n的背部曲面及叶片n+1的内部曲面区域1、叶片n+2内部曲面区域……叶片n+m内部曲面区域m，通过a个工位的装卡，逐一完成所有叶片内部与背部曲面的加工。用于本专利技术多叶片转轮曲面的三轴联动加工的工装及使用方法为：1)工装分定位工装和起吊装卡工装两部分。定位工装，用于将工件快速定位至与工作台回转中心重合。起吊装卡工装，用于起吊工件及将工件固定于工作台上。2)定位工装由底座、定位轴、导向轴三部分组成，底座用于将工装固定在工作台上，定位轴用于将工件中心与工作台回转中心重合固定，导向轴用于安装工件至定位轴上。3)起吊装卡工装由底座、紧固螺钉、紧固螺母、螺杆、压板五部分组成。底座上设置有U型槽、螺孔及等高柱。底座由紧固螺钉将其紧固在工作台上，工件按指定方向安置于设置在底座上的等高柱上，工件上的工艺孔与底座上的螺杆安装孔对应，安装螺杆、压板，用螺母对工件进行紧固。专利技术的优点在本产品的现有加工工艺中，一般采用以下三种方法来达到整个工件的设计要求：1)工件结构分段，将工件主体与叶片设计为分体结构，分别加工后组合拼装或焊接；2)整体铲磨；3)使用国外高端五轴数控设备进行整体加工；第一种方法由于工件并不是一个整体，存在结构不牢固的缺点，且分别加工后再进行铆接或焊接，会造成误差和应力等缺陷，造成工件的整体结构不均匀等问题。第二种方法使用的是整体铸造的结构，但是铲磨的效率低下，整体加工时间极长。第三种方法是现阶段最好的加工方法，但是由于高端机床市场价格贵且进口受限等原因，能加工该工件的设备数量有限。本专利技术的优点如下：1)使用的设备比较常见，使用一般的具有回转工作台的数控镗床即可；2)工装简单可靠，工件的所有叶片都是在一次装卡下加工完成。3)加工出的叶片一致性较高，分布均匀。4)数字化程度较高，节省加工时间成本。附图说明：图1：工件类型描述；a)工件形状图；b)图1a)的A-A向视图；图2：加工方位示意图；图3：加工范围示意图；图4：通过投影分割内曲面方法示意图；a)投影主轴方向；b)将叶片的背部曲面按图4a)的投影方向投影；图5：定位工装示意图；图6：定位工装示意图(俯视图)；图7：装卡工装示意图。具体实施方法：本专利技术以一个具有22片叶轮，直径约3000毫米的冲击转轮为例说明本专利技术所说的多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法及步骤。1)以工件20回转中心及对称中心为零点(0，0，0)、以其中一片叶轮筋线为Z轴正方向建工件坐标系，并根据工件模型内部剖切曲线数据建立三维模型。(见附图1)2)若工件20总叶轮数为a，根据叶片数将工件分为a个工位，每个工位以顺时针分布间隔角度为ɑ＝360/a，每个工位对应于一处叶轮筋线。3)当工位1对应的叶轮筋线为叶片1，工位n(0＜n＜a)对应的叶轮筋线为叶片n(参见图2)，叶片n+1与工位n主轴夹角为ɑ，叶片n+m与工位n主轴夹角为m×ɑ，当夹角m×ɑ大于90°时，主轴和刀具19会与叶片之间形成干涉，故当夹角m×ɑ大于90°时，在工位n不能进行叶片n+m的内部曲面加工，所以，对叶片进行加工时，叶片n+m与工位n主轴之间夹角m×ɑ，应该满足0＜m＜a/4的条件(参见附图3)。同时还要考虑到主轴和刀具19与叶片n+m‐1之间留出的安全距离，(参见附图4中虚线所示的间隔)。4)在工位n，将叶片n+1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+2内部曲面上，将叶片n+2的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+3内部曲面上，将叶片n+m‐1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至叶片n+m内部曲面上。通过a个工位的投影，将所有叶片的内部曲面按投影曲线分割成m块各自相连的曲面区域，将每个叶片的曲面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法，其步骤如下：1)以工件回转中心及对称中心为零点、以其中一片叶轮筋线为Z轴正方向建立工件坐标系，并根据工件模型内部剖切曲线数据建立三维模型；2)设工件总叶轮数为a，根据叶片数将工件分为a个工位，每个工位以顺时针分布间隔角度为ɑ＝360/a，每个工位对应于一处叶轮筋线；3)设工位1对应的叶轮筋线为叶片1，工位n对应的叶轮筋线为叶片n，叶片n+1与工位n主轴夹角为ɑ，叶片n+m与工位n主轴夹角为m×ɑ，进行加工的叶片与工位n主轴夹角之间应满足0＜m＜a/4的角度条件；4)在工位n，将叶片n的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+1叶片内部曲面上，将叶片n+1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+2叶片内部曲面上，将叶片n+m‐1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+m叶片内部曲面上；通过a个工位的投影，将每片叶片的内部曲面分割成m块各自相连的曲面，各叶片内部曲面区域依次命名，例如，叶片n的内部曲面区域依次命名为：叶片n的内部曲面区域1、叶片n的内部曲面区域2……叶片n的内部曲面区域m；5)通过对各叶片内部与背部曲面区域在各工位下的编程模拟，生成若干各工位下的加工程序；6)在起吊定位工装上安装工件：a)将定位工装安装于回转工作台上，并找正回转工作台中心与定位工装中心重合；b)将起吊装卡工装安装于回转工作台上，并紧固；c)将工件安装于起吊装卡工装上，并紧固；7)按叶轮筋线找正叶片n，回转工作台按叶片背部与内部曲面区域1～m对应的工位转动，依次重复调用第5)步骤所说的加工程序，通过a个工位的装卡，直至逐一完成所有叶片内部与背部曲面的加工。...

【技术特征摘要】
1.一种多叶片转轮曲面的三轴联动加工方法，其步骤如下：1)以工件回转中心及对称中心为零点、以其中一片叶轮筋线为Z轴正方向建立工件坐标系，并根据工件模型内部剖切曲线数据建立三维模型；2)设工件总叶轮数为a，根据叶片数将工件分为a个工位，每个工位以顺时针分布间隔角度为ɑ＝360/a，每个工位对应于一处叶轮筋线；3)设工位1对应的叶轮筋线为叶片1，工位n对应的叶轮筋线为叶片n，叶片n+1与工位n主轴夹角为ɑ，叶片n+m与工位n主轴夹角为m×ɑ，进行加工的叶片与工位n主轴夹角之间应满足0＜m＜a/4的角度条件；4)在工位n，将叶片n的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+1叶片内部曲面上，将叶片n+1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+2叶片内部曲面上，将叶片n+m‐1的背部曲面边界按Z轴负方向投影至n+m叶片内部曲面上；通过a个工位的投影，将每片叶片的内部曲面分割成m块各自相连的曲面，各叶片内部曲面区域依次命名，例如，叶片n的内部曲面区域依次命名为：叶片n的内部曲面区域1、叶片n的内部曲面区域2……叶片n的内部曲面区域m；5)通过对各叶片内部与背部曲面区域在各工位下的编程模拟，生成若干各工位下的加工程序；6)在起吊定位工装上安装工件：a)将定位工装安装于回转工作台上，并找正回转工作台中心与定位工装中心重合；b)将起吊装卡工装安装于回转工作台上，并紧固；c)将工件安装于起吊装卡工装上，并紧固；7)按叶轮筋线找正叶片n，回转工作台按叶片背部与内部曲面区域1～m对应的工位转动，依次重复调用第5...

【专利技术属性】
技术研发人员：段少华，张明庆，
申请(专利权)人：武汉重型机床集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42