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摘要：对Camand软件和三元叶轮整体数控加工的现状作了简要介绍,详细说明了在 Camand 软件上进行自由曲面三元叶片轮毂整体加工的编程方法。总结出了在实际加工中应遵循的规律。
Programming Technology of Blade Hub Integrated Machiningfor Axial Compressor & Expansion Turbine
Abstract:For Camand software and the status quo of 3D impeller integrated NC machining , a brief introduction is done. The programming method of integrated machining of free curved surface 3D blade hub performed on Cammand software is described in detail. The observed law in real machining is summarized.
一、引言
轴流式压缩机、轴流式膨胀透平在冶金、石化、空分、高压制酸等领域有着广泛应用。其转子核心零件叶片采用机翼型成空间扭曲造型 , 制造中通常采用叶型叶根加工、主轴榫槽加工后组装成转子部件 , 这样组装就使叶片叶根与主轴榫槽配合精度成为转子强度的薄弱环节。为解决这一问题流体机械行业先后采用枞树型、燕尾型、杈型礅粗夹持型等多种叶根形式 ; 为提高配合精度 , 航空业已采用榫槽拉削、叶根数控磨削成型的方法,但加工成本十分昂贵。国外业界有采用叶片与轮毂整体铣制的先例,很好地解决了这一问题;这个问题的核心是解决自由面三元流叶轮数学建模及编程加工。
二、概述
三元叶轮的整体数控加工,现阶段是建立在直线元素的基础上,即所加工叶轮上均布的是直纹面叶片 , 而对于自由曲面的叶片、叶轮 (图1) 则较少有人研究 , 特别是轴流式机翼型三元叶片轮毂整体加工 , 目前国内尚无先例。因此 , 这里的意义在于探索出了一种适合于空间自由曲面叶轮的数控编程方法 , 而且已在实践中加以证明。 |
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三、 Camand 软件及三元叶轮简介
1. Camand 是专业的 CAM 软件开发商,美国CAMAX 公司研究开发的一种通用的 CAM 软件包包括 7 个具体的软件包:
(1) Camand Partmaker适用于 2.5 轴铣削加工编程,并可提供第4或第5定位功能,包括线框造型、图形转换、绘图、标注等基本造型手段 , 以及基本曲线加工、钻削、型腔及外形加工功能; (2) Camand NC 除具有 Camand Partmaker 的所有功能外 , 更可支持 3 轴联动数控编程 , 同时还可提供基本的曲面建模与编辑功能; (3) Camand Modeler 用于建立和编辑任何复杂的三维几何零件模型;(4) Camand Machinist 包括Camand NC 和 Camand Modeler 的全部功能 , 软件自动处理刀具、刀杆和刀柄的干涉检查;(5) Camand Multax 除 Camand Machinist 的所有功能外,其独特的 5 轴联动加工编程功能,是Camand 软件的精华所在,可提供10 余种5 轴加工方法,用户能在计算机上观察机床、零件与刀具的联动 ,有助于程序验证;(6)Camand Wire EDM 2～5 轴线切割编程软件包; (7)Camand Lathe 该软件用于生成2轴至4轴数控车削的刀位轨迹。通过这些软件包的强大支持, Camand 具有很强的编程和非均匀有理 B 样条(NURBS) 曲面造型功能、真实的机床运动仿真功能、完善的后置处理以及丰富的软件接口配置。能自动生成复杂曲面的 2 轴至5 轴联动刀位轨迹。能广泛地应用于航空、航天、电子、模具、汽车等工业领域。其基本界面见图 2 。
2. 三元叶轮是根据流体机械内部的三元流动状况而设计的,能大幅度减少能耗和提高效率。半开式三元叶轮的加工是指轮毂与叶片在一个整体毛坯上进行整体铣制加工 ,而不采用将带叶根的叶片加工好后装配到圆周方向带相应榫槽的轮毂上的加工方法,因其叶轮上均匀分布为三元任意扭曲叶片,
且两枚叶片之间空间很小(上图中两枚叶片之间最小直线距离为 7.1mm ,最大处为34mm) ,所以在加工中有很大难度。
四、三元叶轮的编程
1.叶轮数学建模
三元叶轮的 Camand 编程加工的前提是它的造型。首先将叶片各个型面数据写入文本文件(一般用.dat或.txt 格式),经软件内文件转换命令形成样条曲线→举升曲面→形成叶片曲面→与造型好的轮盘形成叶轮整体,见图3 。 |
