葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)

陳依德

摘 要：片多軸數(shù)控切割技術(shù)具有切割的精度高的特點，而且對于整機的動態(tài)性能其也有較為良好的特性。目前已經(jīng)主要的在大型風(fēng)電葉片的切割制造中得到廣泛的應(yīng)用。本文將從風(fēng)力機葉片的葉型特點出發(fā)，對其在葉片數(shù)控切割中的每一個階段以及應(yīng)用的技術(shù)，對其進行著重的論述。

關(guān)鍵詞：片切割；數(shù)控；割技術(shù)

中圖分類號：V263.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0093-01

機床在工作過程中由于動態(tài)切削力的存在，往往會使得主要的零部件和整機會產(chǎn)生一定的振動，尤其是會對機床的切割性能和精度造成影響因素之一，因此整機動態(tài)性能的穩(wěn)定性往往是葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)中所追求的，本文將對葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)進行較為詳細的論述。

1 風(fēng)力機葉片

風(fēng)力機葉片是進行風(fēng)力發(fā)電過程中比較重要的組成部分，其一般是由復(fù)合材料經(jīng)過模具而成的薄殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上分為外殼、根部、龍骨三個部分。風(fēng)力機葉片的類型包括平頭、鉤頭、尖頭、帶襟翼的尖部等。在進行風(fēng)力機葉片設(shè)計過程中，常見的難點包括葉型的空氣動力學(xué)設(shè)計、疲勞、噪聲設(shè)計、強度、復(fù)合材料鋪層設(shè)計。風(fēng)力機葉片屬于大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，每一個葉片的90%都是由復(fù)合材料組成，并且包括葉片。如圖1所示。

2 葉片切割過程規(guī)劃

目前，葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)在航空、能源、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且葉片形狀趨于復(fù)雜性，三坐標、四坐標機床已經(jīng)無法更好的滿足葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)需求，因此研發(fā)出了五軸聯(lián)動葉片切割技術(shù)，該切割效率是四坐標機床的一倍，切割葉片零件可以比三軸機床切割節(jié)省二十多道工序，比四軸機床節(jié)省十幾道工序。葉片脫模后，由于帶有多余的飛邊的，需要放在固定的切割支架上進行切割的，切割完之后每個葉片的切割支架放的位置是固定的，切割支架高度也是固定的。目前常用的切割技術(shù)是人工手動切割，就是工人拿著切割機，手動進行切割飛邊，但是該方式切割速度慢，而且危險性大，無法確保切割后葉片曲面的完整性，進而可能會影響風(fēng)機的發(fā)電量，因此引入了葉片多軸數(shù)控切割技術(shù)，其具有切割的精度高的特點。但是切割之前需要通過多軸數(shù)控切割設(shè)備，進行零點的確認和軌跡的掃描，其主要目的是為了找出葉片切割線，避免小車高度或其他因素的影響，通過機械手段進行零點確認之后，就可以采用多軸數(shù)控切割技術(shù)來對其進行切割處理了。

3 葉片的數(shù)控切割的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 刀具路徑的規(guī)劃

葉片作為一種自由曲面，往往利用三坐標切割方式中的行切和環(huán)切，目前這兩種走刀方式都已經(jīng)在CAM軟件之中應(yīng)用的非常成熟，在實際的生產(chǎn)制造中，得到了非常廣泛的應(yīng)用。在此類走刀方式的軌跡拐角處增加圓弧走刀的軌跡，則會使得刀具的軌跡實現(xiàn)光滑且平穩(wěn)，則可以作為高速切削軌跡。許多的文獻都曾經(jīng)在規(guī)劃葉片切割刀具路徑時主要的考慮了葉片的幾何準確性和誤差的等級，而在實際的生產(chǎn)操作中，我認為可以在研究葉輪的數(shù)控切割的時候增加葉輪片的受力方向的考慮從而來對刀具的路徑進行規(guī)劃，這樣做可以適當?shù)脑黾尤~輪片的使用性能。

3.2 刀具軌跡的計算

目前針對自由曲面的刀具軌跡的計算，是基于刀具和工件具有單一觸點的假設(shè)為基礎(chǔ)的。有主曲率匹配算法和密切曲率法等，但是這些算法采用微分幾何數(shù)學(xué)工具和獲得更寬的切割帶寬往往存在著矛盾，因此基于兩個切觸點的刀位算法便由此而生，這種方法可以獲得更寬的切割帶寬，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。吳寶海先生等人針對自由曲面葉輪的四坐標的切割，結(jié)合機床的生產(chǎn)特點，提出了一種刀軸矢量的確定方法，可以使得五坐標切割的理論和方法同時適用在四坐標的切割中，因為其可以與葉片的成型設(shè)計計算方法相結(jié)合，使得設(shè)計計算和切割的計算更為便利，因此在目前得到了廣泛的應(yīng)用。

3.3 葉片的變形控制

葉片變形的控制在整個葉片的多軸數(shù)控切割中，是最后一部分，是影響葉片數(shù)控的切割效率、切割的精度以及表面質(zhì)量的關(guān)鍵性制約因素之一。傳統(tǒng)的方法都是利用手工的拋光的方法來去除精切割中的余量，這種方法不僅費時、費力，工作效率極低，逐漸的被淘汰，目前主要都是通過精密數(shù)控的切割技術(shù)來切割葉片，從而使得葉片的余量不需要人工的去除，可以通過機器自行完成。采用合理的切割方式對于減小切割變形的效果也是一定的控制效果的。

4 結(jié)語

葉片制造作為一個系統(tǒng)的工程，需要我們對于葉片多軸數(shù)控切割的過程中的每一個階段都做到提升，需要每一個環(huán)節(jié)都做到不斷的改善和提高。我們應(yīng)該在實際的生產(chǎn)實踐中，利用所學(xué)的知識，不斷的勇于創(chuàng)新，不斷的深入研究，不斷的對其進行改善，使得風(fēng)力機葉片的多軸數(shù)控技術(shù)符合當下乃至未來對于葉片的要求，為我國的風(fēng)力機葉片的發(fā)展提供強力的保障。