一种三元叶轮的粗铣加工方法与流程

本发明属于压缩机三元叶轮加工技术领域，具体涉及一种三元叶轮的粗铣加工方法。

背景技术：

三元叶轮作为航空、机械、化工等行业的透平机械中的关键零件，应用越来越广泛，其中，离心压缩机的三元叶轮一般是由锻件毛坯料依次经车削、铣削加工后与轮盖焊接而成。

由于三元叶轮的叶片为三维扭曲曲面，其铣削加工主要在五轴加工中心上完成，而五轴加工中心的设备采购成本以及其每小时的使用单价都较为昂贵，同时三元叶轮铣制过程中材料去除量较大，加工周期较长，因此造成三元叶轮的加工成本居高不下。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种三元叶轮的粗铣加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种三元叶轮的粗铣加工方法，包括：

通过应用软件构造三元叶轮的立体模型；

根据所述立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一所述流道划分为若干个加工区域；

分别对各个所述加工区域上的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度进行分析，确定各个所述加工区域所对应的加工角度；

将镗床工作台上的刀具的加工角度分别设置为各个所述加工区域所对应的加工角度；

通过设置加工角度后的所述刀具，分别对与各个所述加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工，使所述叶轮坯料上形成所述流道,完成所述三元叶轮的粗铣加工。

本发明提供的一种三元叶轮的粗铣加工方法，通过根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域，并确定各个加工区域所对应的加工角度；通过镗床工作台上设定好加工角度后的刀具对叶轮坯料进行加工，来完成三元叶轮的粗铣加工。本发明通过使用镗床替了五轴数控加工中心对叶轮坯料进行加工，通过设置有不同的加工角度的刀具进行流道加工，使在各个加工区域内均使用了最为适合的刀具的加工角度，不仅粗铣后流道尺寸较为精准，而且从设备采购成本以及设备每小时加工成本方面考虑，大幅度降低了三元叶轮的制造成本。

附图说明

图1为本发明示例性实施例的一种三元叶轮的粗铣加工方法的流程示意图；

图2为本发明示例性实施例的另一种三元叶轮的粗铣加工方法的流程示意图；

图3为本发明示例性实施例的流道被划分加工区域后的示意图；

图4为本发明示例性实施例的又一种三元叶轮的粗铣加工方法的流程示意图；

图5为本发明示例性实施例的另又一种三元叶轮的粗铣加工方法的流程示意图；

图6为本发明示例性实施例的一种三元叶轮的粗铣加工装置的模块连接示意图；

图7为本发明示例性实施例的另一种三元叶轮的粗铣加工装置的模块连接示意图；

图8为本发明示例性实施例的又一种三元叶轮的粗铣加工装置的模块连接示意图；

图9为本发明示例性实施例的另又一种三元叶轮的粗铣加工装置的模块连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种三元叶轮的粗铣加工方法，包括：

s100、通过应用软件构造三元叶轮的立体模型；

s200、根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域；

s300、分别对各个加工区域上的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度进行分析，确定各个加工区域所对应的加工角度；

s400、将镗床工作台上的刀具的加工角度分别设置为各个加工区域所对应的加工角度；

s500、通过设置加工角度后的刀具，分别对与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工，使叶轮坯料上形成所述流道,完成三元叶轮的粗铣加工。

本发明实施例使用镗床工作台代替了五轴数控加工中心对叶轮坯料进行加工，同时通过设置有不同的加工角度的刀具进行流道加工，使在各个加工区域内均使用了最为适合的刀具的加工角度，不仅粗铣后流道尺寸较为精准，而且从设备采购成本以及设备每小时加工成本方面考虑，大幅度降低了三元叶轮的制造成本。

作为一优选实施方式，如图2和3所示，在根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域时，包括：

s201、将立体模型上的叶轮中心设定为模型加工坐标系的原点，并使模型加工坐标系的方向与镗床工作台的加工坐标系的方向一致，即立体模型的y轴垂直于工作台台面且方向向上；

s202、对立体模型上的流道和/或叶片进行分析，根据具有相近的曲面曲率半径的大小及方向和/或相近的叶片的扭曲角度将流道进行划分，使流道沿立体模型的z轴方向划分为若干个加工区域，例如，如图3所示，流道被划分为ab、bc、cd三个加工区域，通过分析ab、bc、cd三个加工区域的加工角度，并能确定ab、bc、cd三个加工区域的加工矢量方向分别为i、j、k。

作为一优选实施方式，在根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域时，还包括：

根据各个加工区域上的对应的流道的深度、以及刀具对叶轮坯料进行切削的切深尺寸，分别计算出刀具对各个加工区域进行分层加工的加工次数。

作为一优选实施方式，在根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一所述流道划分为若干个加工区域时，还包括：

根据各个加工区域对应的流道的曲面曲率和叶片的扭曲角度、以及各个加工区域对应的刀具的加工角度，分别确定加工各个加工区域对应的刀具的直径。

作为一优选实施方式，如图4所示，在通过设置加工角度后的刀具，分别对与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工时,包括：

s501、将叶轮坯料水平的放置在镗床工作台上，将刀具分别进行加工角度设置；

s502、根据各个加工区域的加工范围，设置刀具在各个加工区域对应的加工高度和宽度范围；

s503、通过刀具分别对在叶轮坯料上与各个加工区域对应的区域进行分区域加工，在叶轮坯料上完成第一道流道；

s504、通过将叶轮坯料在镗床工作台上进行旋转，使叶轮坯料依次旋转至各个流道的所需进行加工的区域；

s505、在各个所需进行加工的区域内通过刀具对叶轮坯料进行分区域加工，使叶轮坯料的侧壁上形成多个流道,完成三元叶轮的粗铣加工。

进一步的，如图5所示，在通过将叶轮坯料在所述镗床工作台上进行旋转，使叶轮坯料依次旋转至各个流道的所需进行加工的区域时，包括：

s504a，根据立体模型上的流道的数量，计算每道流道在所述叶轮坯料上所占的角度大小；

s504b，将所有流道依次按顺序进行序号排列，其中，将第一道所述流道作为叶轮坯料的旋转起点并将其序号定为0，靠近第一道流道一侧的一所述流道的序号定为1；

s504c，通过镗床工作台将叶轮坯料进行旋转，使叶轮坯料旋转至第k道流道的所需进行加工的区域，其中，n为流道的数量。

作为一优选实施方式，在通过设置加工角度后的所述刀具，分别对与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工时,包括：

通过刀具对叶轮坯料进行分层加工，使在与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域形成流道；其中，刀具的每层切深小于1mm，刀具的进给速度大于1000mm/min。

通过刀具对叶轮坯料进行分层加工，可减少叶轮坯料加工过程中的振动，并通过小切深，大进给的走刀模式提高流道的加工效率，快速完成离心压缩机三元叶轮的粗铣加工。

作为一优选实施方式，在通过设置加工角度后的刀具，分别对与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工时,包括：

将叶轮坯料通过卡盘装卡并固定在镗床工作台上，对叶轮坯料的外圆及端面进行打表找正，并保证找正精度在0.02mm以内，以保证叶轮坯料水平的放置在工作台中心。

进一步的，作为图1至图5方法的具体实现，本发明实施例提供了一种三元叶轮的粗铣加工装置，如图6所示，装置包括：构造模型模块、区域划分模块、加工角度分析模块、刀具加工角度设定模块和加工模块。

构造模型模块100，用于通过应用软件构造三元叶轮的立体模型；

区域划分模块200，用于根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域；

加工角度分析模块300，用于分别对各个加工区域上的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度进行分析，确定各个加工区域所对应的加工角度；

刀具加工角度设定模块400，用于将镗床工作台上的刀具的加工角度分别设置为各个所述加工区域所对应的加工角度；

加工模块500、用于通过设置加工角度后的刀具，分别对与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域进行加工，使叶轮坯料上形成流道,完成三元叶轮的粗铣加工。

作为一优选实施方式，如图7所示，区域划分模块200包括：

加工坐标系设定单元201，用于将立体模型上的叶轮中心设定为模型加工坐标系的原点，并使模型加工坐标系的方向与镗床工作台的加工坐标系的方向一致，即立体模型的y轴垂直于工作台台面且方向向上；

区域划分单元202，用于对立体模型上的流道和/或叶片进行分析，根据具有相近的曲面曲率半径的大小及方向和/或相近的叶片的扭曲角度将流道进行划分，使流道沿立体模型的z轴方向划分为若干个加工区域。

作为一优选实施方式，区域划分模块200还包括：

加工次数分析单元，用于根据各个加工区域上的对应的流道的深度、以及刀具对所述叶轮坯料进行切削的切深尺寸，分别计算出所述刀具对各个加工区域进行分层加工的加工次数。

作为一优选实施方式，区域划分模块200包括：

刀具直径分析单元，用于根据各个加工区域对应的流道的曲面曲率和叶片的扭曲角度、以及各个加工区域对应的刀具的加工角度，分别确定加工各个加工区域对应的刀具的直径。

作为一优选实施方式，如图8所示，加工模块500包括：

叶轮坯料放置单元501，用于将叶轮坯料水平的放置在镗床工作台上；

刀具加工区域设定单元502，用于根据各个加工区域的加工范围，设置刀具在各个加工区域对应的加工高度和宽度范围；

第一道流道加工单元503，用于通过刀具分别对在叶轮坯料上与各个加工区域对应的区域进行分区域加工，在叶轮坯料上完成第一道流道；

叶轮坯料旋转控制单元504，用于通过将叶轮坯料在镗床工作台上进行旋转，使叶轮坯料依次旋转至各个流道的所需进行加工的区域；

多个流道加工单元505，用于在各个所需进行加工的区域内通过刀具对叶轮坯料进行分区域加工，使叶轮坯料的侧壁上形成多个流道,完成三元叶轮的粗铣加工。

进一步的，如图9所示，叶轮坯料旋转控制单元504包括：

流道角度计算单元504a，用于根据立体模型上的流道的数量，计算每道流道在叶轮坯料上所占的角度大小；

流道排序单元504b，用于将所有流道依次按顺序进行序号排列，其中，将第一道流道作为叶轮坯料的旋转起点并将其序号定为0，靠近第一道流道一侧的一流道的序号定为1；

叶轮坯料旋转角度计算单元504c，用于通过镗床工作台将叶轮坯料进行旋转，使叶轮坯料旋转至第k道流道的所需进行加工的区域，其中，n为流道的数量。

作为一优选实施方式，加工模块500包括：

刀具分层加工单元，用于通过刀具对叶轮坯料进行分层加工，使在与各个加工区域对应的叶轮坯料上的区域形成流道；其中，刀具的每层切深小于1mm，刀具的进给速度大于1000mm/min。

作为一优选实施方式，加工模块500包括：

叶轮坯料找正单元，用于将叶轮坯料通过卡盘装卡并固定在镗床工作台上，对叶轮坯料的外圆及端面进行打表找正，并保证找正精度在0.02mm以内，以保证叶轮坯料水平的放置在工作台中心。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种三元叶轮的粗铣加工装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1、2、4、5中的对应描述，在此不再赘述。

基于上述如图1、2、4、5所示方法，相应的，本发明实施例还提供了一种存储设备，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1、2、4、5所示的一种三元叶轮的粗铣加工方法。

基于上述如图1、2、4、5所示方法和如图6、7、8、9所示虚拟装置的实施例，为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种三元叶轮的粗铣加工装置，该实体装置包括存储设备和处理器；存储设备，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1、2、4、5所示的一种三元叶轮的粗铣加工方法。

通过应用本发明的技术方案，本发明提供的本发明提供的一种三元叶轮的粗铣加工方法，通过根据立体模型上的流道的曲面曲率和/或叶片的扭曲角度，将一流道划分为若干个加工区域，并确定各个加工区域所对应的加工角度；通过镗床工作台上设定好加工角度后的刀具对叶轮坯料进行加工，来完成三元叶轮的粗铣加工。本发明通过使用镗床工作台代替了五轴数控加工中心对叶轮坯料进行加工，通过镗床工作台的旋转分度功能,将工作台旋转至所需要的加工角度，在该角度下完成指定区域的流道铣削加工，并在加工过程中工作台的旋转的角度能够由数控指令完成，使此方法可通过自动化的编程来实现；同时通过设置有不同的加工角度的刀具进行流道加工，使在各个加工区域内均使用了最为适合的刀具的加工角度，不仅粗铣后流道尺寸较为精准，而且从设备采购成本以及设备每小时加工成本方面考虑，大幅度降低了三元叶轮的制造成本。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。