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机翼型叶片的五坐标联动铣削加工

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-05-10  来源:网络  作者:lansheng  浏览次数:821
核心提示:  机翼型叶片,截面呈机翼型,空间呈三维扭曲造型,在轴流式透平压缩机中有广泛的应用,其加工制造已普遍采用五坐标联动数控机床来完成。  一、加工方式概述  五坐标加工中心对叶片及叶根的加工,通常采用如图

 

  机翼型叶片,截面呈机翼型,空间呈三维扭曲造型,在轴流式透平压缩机中有广泛的应用,其加工制造已普遍采用五坐标联动数控机床来完成。

  一、加工方式概述

  五坐标加工中心对叶片及叶根的加工,通常采用如图1所示的方式进行。叶片毛坯装夹在回转工作台A轴上作360°的旋转,主轴铣头则在C轴方向摆动。实际加工过程中,气动顶尖对其顶部进行顶紧。叶片的加工可分粗加工、半精加工和精加工三步来完成。叶片的精加工的最佳方式是由五轴联动,以高速螺旋式切削法来完成,这种加工方式的效率最高,加工出的叶型也最理想。

  叶片型面部分通常用面铣刀加工,面铣刀切削效率较高,但面铣刀在C轴方向不能有固定摆角,加工至叶根部分时,为避免干涉,靠近叶根部分的叶型通常用球头铣刀加工,在C轴方向偏转一固定角度,以避开刀具与叶根的干涉。在C轴方向的这个偏转角度太小无法避免干涉,太大则有可能在另一面的叶型处产生干涉现象。对于扭曲度较大的动叶片,这一点尤其重要。

  二、数据准备

  透平机械中的轴流压缩机和TRT轴流式能量回收膨胀叶片的叶型,设计图样对型面的表述,通常是几个截面的叶型数据,可能是空间点阵,也可能是多段圆弧线。须对数据进行前期处理,主要工作内容是光顺、旋转、平移,使设计坐标系与机床坐标系统一起来,即设计基准与加工基准的统一。采用高速螺旋式切削法加工叶片,对叶片的型面曲线光滑连续性设计要求很高。叶片型面(背弧面、内弧面、进出气边圆角)不得有尖点、折点、节点,否则在高速切削状态下,刀具极易在瞬间产生较大振动,造成设备事故。叶型不光顺的另外一种情况是在造型过程中,虽然每个截面的型线是光滑连续的函数曲线,但沿轴形成三维造型时,型面不光顺,中间有“波浪”状起伏,这种情况通常要经过对各截面基准的调整来修正。

  对同一截面内数据无法形成光顺的样条曲线的情况,必须对原始数据进行修改。具体方法是在截面曲线上,取n个点,曲率大的地方取点密,曲率小的地方取点疏,分别作这些点的法线,如图2和图3所示。图3的光滑连续曲线各点法线方向变化平缓,图2为较差的原始数据形成的截面曲线,其不同节点的法线方向变化剧烈,截面曲线显然是不光滑的,如果以这样的截面曲线生成三维空间造型,叶片型面凹凸不平,加工中不能实现。

图1 对叶片、叶根的加工方式     图2 原始数据形成的截面曲线     图3 修改数据后的截面曲线

  三、数学建模

  机翼型叶片各截面数据列表表述,沿机翼周向各截面均匀布点给出,轴向沿直素母线对应给出。

  基于上述情况,叶片造型第一步是在二维平面内进行,每一个截面都在平面内形成一条封闭的曲线,每条曲线在叶片长度方向都有一个固定的位置。按照固定的位置将各个截面先旋转,然后平移。叶片的叶型一般来说有两种形式,一是由样条曲线组成,进气边和出气边分别有两段圆弧过渡;二是由多段圆弧组成的一条封闭曲线。在造型时必须注意以下几点。

  1、叶型的截面曲线必须光滑连续封闭

  对于叶型曲线不封闭的情况,譬如进出气边的圆弧与内背弧曲线不相切,就要改变圆弧圆心的位置,或是改变圆弧圆心的半径,或是对内背弧曲线的端点作相应的调整要保证叶片弦长不变。为保证弦长不变,可作一条与弦长相切,且与已知进气边(或出气边)圆弧相切的直线,然后分别作两条过内背弧曲线端点,且与内背弧曲线相切的直线,这样就形成三条直线,作一与这三条直线相切的圆,这个圆即与内背弧相切,起光滑过渡作用,同时也保证了弦长不变。

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