外文翻譯---基于ug的發(fā)動機整體葉輪數控編程研究 中文

1、<p>　　基于ug的發(fā)動機整體葉輪數控編程研究</p><p>　　1 前言 整體葉輪作為透平（Turbine）機械的關鍵部件，廣泛地用于航空、航天等領域，其質量直接影響其空氣動力性能和機械效率。因此它的加工技術一直是透平制造行業(yè)中的一個重要課題。目前國外一般應用整體葉輪的五坐標加工專用軟件[1]，主要有美國NREC公司的MAX-5，MAX-AB葉輪加工專用軟件，瑞士Starrag數控機床所帶

2、的整體葉輪加工模塊，還有Hypermill等專用的葉輪加工軟件。此外，一些通用的軟件如：UG、CATIA、PRO/E等也可用于整體葉輪加工。目前，國內只有少數幾家企業(yè)（如：西北工業(yè)大學等院校和航空航天系統一些發(fā)動機專業(yè)廠、專業(yè)所）可以加工整體葉輪，而且工藝水平距國際先進水平尚有很大差距?？傮w上我國葉輪加工領域的研究與應用同發(fā)達國家相比還有很大差距，很多企業(yè)的軟、硬件都依靠進口，自主版權的軟件在生產中未見推廣應用，在窄槽道、小輪轂比等高性

3、能葉輪制造技術方面尚未過關，因此研究高性能葉輪的加工技術勢在必行。2 整體葉輪的CAD/CAM系統結構圖整體銑削葉輪加工是指毛坯采用鍛壓件，然后車削成為葉輪回轉體的基本形狀，在五軸數控加工中心上使輪轂與葉片在一個毛坯上一</p><p>　　3 微型壓氣機轉子的結構特點及加工難點國內大多數整體葉輪都是根據國外葉輪縮比仿制的，而本文研究的葉輪是北航能源與動力工程學院自主開發(fā)的微型航空發(fā)動機上的壓氣機轉子。壓氣

4、機轉子出口直徑為81mm，有8片一級葉片，8片二級葉片，出口葉片高度3mm，葉輪進口直徑44.3mm，進口葉片高度17.15mm，葉片厚度最薄處0.4mm，相鄰葉片間最小間距為3.1mm，如圖2。</p><p>　　為了使氣動性設計達到了國際先進水平，壓氣機轉子采用了大扭角，根部變圓角等結構，給加工提出了很高的要求。轉子加工難度如下：1、國際上同等直徑81mm的整體葉輪通常有12片葉片或14片葉片，而此轉子有

5、16片葉片，而且它的二級葉片也較長，這些都使加工槽道進一步變窄，加工難度進一步增加。2、在刀具直徑為2.5mm情況下，剛性差，容易斷，控制切削深度也是關鍵。3、此葉輪曲面為自由曲面、流道窄、葉片扭曲嚴重，并且有后仰的趨勢，加工時極易產生干涉，加工難度高。有時為了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保證加工表面的一致性也有一定困難。4、前緣圓角曲率半徑變化很大，加工過程中機床角度變化較大，并且實現環(huán)繞葉片加工較難；5、由于葉輪強度的

6、需要，輪轂與葉片之間還采用變圓角。由于槽道窄，葉片高，變圓角的加工也是個難點?？傊?，此葉輪的窄槽道、大扭角、變圓角給加工帶來了很大困難，國內還未見有加工出此種高難度的整體葉輪。4 壓氣機轉子的加工工藝方案葉輪整體加工采用輪轂與葉片在一個毛坯上進行成形加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪轂上的工藝方法。其加工工藝方案如下[3-4]：1、為了提高整體葉輪的</p><p>　　2、葉輪氣流通道的開槽加工開槽

7、加工槽的位置宜選在氣流通道的中間位置，采用平底錐柄棒銑刀平行于氣流通道走刀，并保證槽底與輪轂表面留有一定的加工余量，如圖4所示。</p><p>　　其中平底錐柄棒銑刀為硬質合金刀具，其規(guī)格為：平底部分直徑為：3mm，半錐角為2°，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。此步選用的主軸轉速為：10000r/min，進給速度為：800mm/min。在數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速、進給速

8、度修調（倍率）開關，可在加工過程中根據實際加工情況對主軸轉速、進給速度進行調整。3、葉輪氣流通道的擴槽加工及葉片的粗加工擴槽加工采用球形錐柄棒銑刀，從開槽位置開始，從中心向外緣往兩邊葉片擴槽，擴槽加工要保證葉型留有一定的精加工余量。通常情況下，擴槽加工與精銑輪轂表面在一次加工完成。由于此葉輪槽道窄、葉片高、扭曲嚴重，且UG數控加工編程需要根據驅動面來決定切削區(qū)域，因此擴槽加工需要分兩部分來加工。第一部分：選擇驅動面為輪轂面，進行擴

9、槽。此時不能加工到輪轂表面，還需進一步擴槽加工；第二部分：進一步擴槽及葉片粗加工。選擇驅動面為葉片表面的偏置面，在葉片粗加工的同時，進一步擴槽。其中球形錐柄棒銑刀為硬質合金刀具，其規(guī)格為：球頭部分直徑為：3mm，半錐角為2°，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。此步選用的主軸轉速為：2</p><p>　　5.2數控程序編制5.2.1建立父節(jié)點組1、在刀具節(jié)點下，加入加工用到的所有

10、刀具，并設置其刀具參數；2、在幾何節(jié)點下，選擇毛坯、設置加工坐標系、選擇避讓幾何為轉子實體；3、在方法節(jié)點下，設置粗、半精、精加工時的主軸轉速、進給率及刀位軌跡的顯示顏色。5.2.2葉輪氣流通道的開槽加工抽取流道曲面，U、V參數線如圖6（a）所示。因為葉輪通道的加工需要沿氣流方向，所以重新排列流道的U、V參數線，使U參數或V參數線沿氣流方向。因為此流道曲面的特殊性，重新調整U、V參數后，流道面分成了三片曲面。重新排列后的V參數線

11、如圖6（b）所示，是沿氣流方向的。</p><p>　　1、流道前端曲面（如圖6(b)中的1面）的加工采用可變軸曲面輪廓銑（Variable Contour），加工深度越深，干涉越嚴重，采用一種刀軸控制方式不一定合適，因此分成兩種刀軸控制方式進行。一種為：Normal to Drive（用于上半層加工），一種為：Toward Point（用于下半層加工）。加工上半層，程序的參數設置如下：1）驅動方法（Dri

12、ve Method）采用Surface Area；2）驅動幾何選用流道前端曲面，即圖6(b)中的1面；3）建立避讓幾何，以零件整體作為避讓幾何，如果干涉則自動退刀，一般粗加工時選用自動退刀來避免干涉。4）粗加工，行距選擇Tolerance=0.1mm；5）刀軸控制方式為：Normal to Drive；6）切削區(qū)域中Surface%的Start step、End step都設置為：50，表示在加工面中間位置切削一刀；7）設置

13、Non-Cutting，即非切削運動，選用沿刀軸進退刀；8）Cutting下，設置Stock余量：7mm；設置Multiple passes（多層加工），每層切深為0.5mm。加工下半層，程序的參</p><p>　　5.2.3葉輪氣流通道的擴槽加工擴槽加工刀軌類似開槽加工，只是切削區(qū)域中Surface%的Start step設置為：0、End step：100，表示切削整個流道面，生成刀軌如圖8所示。&l

14、t;/p><p>　　5.2.4進一步擴槽和葉片的粗加工擴槽加工后已經加工掉流道大部分余量，為了保證精加工之前有均勻的加工余量，提高最終的表面加工質量，此步是繼續(xù)擴槽和葉片粗加工。加工驅動面選擇葉片的偏置面，如圖9所示，流道、葉片粗加工后的仿真結果如圖10所示。</p><p>　　5.2.5轉子一級、二級葉片的精加工(吸力面、壓力面、前圓角)從吸力面過渡到壓力面曲率變化劇烈，因此，采取吸

15、力面、壓力面、前圓角分開加工。一級、二級葉片型面類似，加工參數是類似的，下面是葉片精加工的通用參數設置。1）驅動幾何選擇要加工曲面；2）刀軸控制方式為：Relative to Drive，關鍵是選擇參數Tilt、Lead；3）設置Non-Cutting，選用沿切削方向進刀、沿刀軸方向退刀；4）精加工Stock設置為：0mm；生成的加工刀軌，如圖11。</p><p>　　5.2.6葉片根部變圓角精加工因

16、為變圓角的曲率變化劇烈，因此用Relative(Normal) To Drive控制刀軸方向容易與其它葉片干涉，因此大、小葉片的刀軸控制方式都為：Toward Line，有時只用一條控制刀軸線，還不能控制加工一張完整的曲面，可能要選用幾條控制線。大葉片左側變圓角加工刀軌如圖12、小葉片左側變圓角加工刀軌,如圖13。</p><p>　　6 結論在MIKRON HSM400U機床上實際加工出該壓氣機轉子。葉片粗加