一种整体叶轮双列开槽插铣加工方法与流程

本发明涉及机械加工及工具领域，涉及整体叶轮插铣加工，特别涉及到一种整体叶轮双列开槽插铣加工方法。

背景技术：

整体叶轮是离心压缩机、涡轮发动机等透平机械的核心零部件，具有广泛的应用背景。随着科技发展和技术进步，透平机械的市场竞争越来越激烈，提高叶轮加工效率，降低生产成本是各大透平机械公司竞相追逐的目标。

切削加工是整体叶轮制造的主要方法，由于叶轮零件的几何特点，其70％以上的工件材料需要去除，其中绝大部分要在粗加工阶段去除，所以提高整体叶轮粗加工的效率至关重要。定位五轴铣削加工，俗称3+2加工，是当前整体叶轮粗加工普遍采用的加工方法。该加工方法配合近些年发展成熟的大进给切削刀具，相比以前的五轴联动端铣粗加工方法，能够显著地提高了整体叶轮粗加工的效率。

插铣加工是近十几年刚刚兴起的铣削加工技术，加工中刀具沿轴向做进给运动，利用底部切削刃进行加工。插铣加工与大进给层切加工相比，具有较小的径向力和更好的切削稳定性。一些插铣技术成功应用的文献报道表明，插铣加工能够提高加工效率50％，甚至1倍以上。然而，由于插铣加工工艺尚处在发展中，已经报道的插铣加工技术大多只是介绍了如何实现插铣，未能以提高加工效率为基础，深入探讨插铣工艺的具体编排方法，排除冗余刀具轨迹。由于大进给层切加工技术已经发展的非常成熟，而且其加工效率已经达到一定的水平，因此若插铣工艺编排不合理，冗余刀具轨迹过多，则难以获得期望的加工效率提升。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，针对整体叶轮插铣加工，提出一种双列开槽插铣工艺编排方法，目的是精简叶轮流道插铣的刀具轨迹，提高整体叶轮流道插铣加工的效率。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种半开式整体叶轮双列开槽插铣加工方法，包括以下步骤：

步骤一，获得整体叶轮的CAD模型数据；

步骤二，获得流道横截面底部宽度数据。分析CAD模型，通过软件测量等方法，获得从出口到进口流道横截面底部宽度变化的离散数据；

步骤三，确定插铣排刀方向。根据叶轮流道横截面底部宽度，选择一个直径小于叶轮流道横截面底部宽度最小值的刀具，借助CAM软件平台或利用高级计算机语言编程方法，沿流道中线规划单列插铣刀具轨迹。通过切削仿真，判断是从进口到出口还是从出口到进口排刀不产生顶刀，选择无顶刀得方向作为插铣排刀方向。

步骤四，根据步骤三确定的插铣排刀方向，将叶轮流道沿进出口方向分成若干段，根据各分段的流道横截面底部宽度选择刀具尺寸。

若从流道出口端向进口端排刀，则以出口端作为第一分段起点，以大于分段起点流道横截面底部宽度的50％且小于分段起点流道横截面底部宽度的80％为原则，选定刀具直径。根据选定的刀具直径，将流道横截面底部宽度等于1.02～1.05倍刀具直径处作为第一分段终点，每个分段仅用一种刀具加工。再以第一分段的终点作为第二分段的起点，重复上述步骤，直至流道进口端。

若从流道进口端向出口端排刀，则以进口端作为流道第一分段起点，以小于分段起点流道横截面底部宽度的98％且大于分段起点流道横截面底部宽度的50％为原则，选定刀具直径。根据选定的刀具直径，将流道横截面底部宽度等于1.4～1.6倍刀具直径处作为第一分段终点，每个分段仅用一种刀具加工。再以第一分段的终点作为第二分段的起点，重复上述步骤，直至流道出口端。

步骤五，沿流道两侧叶片规划双列插铣刀具轨迹。

根据步骤四确定的各分段流道及其刀具尺寸，借助CAM软件平台或利用高级计算机语言编程方法，沿流道进出口方向规划双列插铣刀具轨迹。各分段的排刀顺序严格按照步骤三的排刀顺序进行，仅最后一个分段的排刀顺序可以反向。在各分段内部，左列与右列刀具轨迹的优先顺序，根据插铣深度切削仿真确定，先加工插铣深的列，再加工插铣浅的列。

步骤六，将编排好的刀具轨迹后处理成数控加工程序，驱动机床完成叶轮流道粗加工。

采用上述技术方案的本发明可以有效减少插铣加工的刀具轨迹数量，确保插铣加工的高效率。此外采用沿流道进出口方向编排刀具轨迹顺序，便于排除插铣过程顶刀，有利于插铣加工的顺利实施，减小切削振动。本发明实施过程简洁，便于CAM软件集成，具有良好的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

本发明共3幅附图,其中：

图1为本发明的半开式整体叶轮的CAD模型示意图。

图2为本发明的双列开槽插铣加工刀具轨迹及走刀顺序示意图。

图3为本发明的插铣加工后的整体叶轮示意图。

具体实施方式

一种整体叶轮双列开槽插铣加工方法，包括以下步骤：

步骤一，获得整体叶轮的CAD模型数据，如图1所示；

步骤二，分析CAD模型，获得流道横截面底部宽度数据(假定进口端流道宽24mm，A点处流道宽41mm，B点处流道宽54mm，出口端流道宽62mm)，如图2所示；

步骤三，根据最小流道横截面底部宽度，选用直径21mm的插铣刀，沿流道中线规划单列插铣开槽刀具轨迹。通过加工仿真，确定从流道出口到进口方向排刀，不产生插铣顶刀。因此选定从出口到进口方向作为插铣加工排刀方向。

步骤四，以流道出口方向为起点划分流道分段，根据出口端流道横截面底部宽度，选定第一分段插铣刀具直径为40mm，以流道A点位置作为第一分段的终点。同时将A点位置作为第二分段的起点，根据A点处的流道横截面底部宽度，选定第二分段的插铣刀具直径为21mm，以流道进口端作为第二分段的终点。

步骤五，根据步骤四确定的各分段流道及其刀具尺寸，借助CAM软件平台或利用高级计算机语言编程等方法，沿流道进出口方向规划双列开槽插铣刀具轨迹。先加工第一分段(包括：图2中C段和D段，其中C段为左列第一段，D段为右列第一段。)，再加工第二分段(包括：图2中E段和F段，其中E段为左列第二段，F段为右列第二段。)。根据加工深度仿真结果，第一分段内，先加工右列刀路(D段)，再加工左列刀路(C段)。第二分段内，先加工左列刀路(E段)，在反向加工右列刀路(F段)。

步骤六，将编排好的刀具轨迹经后处理程序转变为数控加工程序，驱动机床完成叶轮流道粗加工。加工完成后的工件如图3所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。