基于五軸聯(lián)動數(shù)控機床的葉輪零件加工

趙晨

摘 要：航空發(fā)動機是飛機的動力核心，其是工業(yè)設計、制造的集大成之作。航空發(fā)動機的葉輪是航空發(fā)動機中的重要組成部分，由于其空間結(jié)構(gòu)復雜從而對航空發(fā)動機葉面的加工提出了極高的要求。在航空發(fā)動機葉輪的加工過程中主要采用的是五軸加工中心來完成對于航空發(fā)動機葉輪型面的空間加工。通過使用UG軟件完成對于航空發(fā)動機葉輪的建模分析以及對于五軸加工中心程序的編制，本文將在分析航空發(fā)動機葉輪特點的基礎上對如何做好航空發(fā)動機葉輪加工工藝的編制進行分析闡述。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機；葉輪；加工

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A

航空發(fā)動機葉輪對于加工有著嚴格的要求。由于航空發(fā)動機葉輪需要在高溫下長時間的工作，因此航空發(fā)動機葉輪所使用的材料無論是在硬度還是耐磨性等方面都有著極高的性能，在使用五軸加工中心來對航空發(fā)動機葉輪進行機械加工的過程中需要結(jié)合航空發(fā)動機葉輪的特點完成對于航空發(fā)動機葉輪的建模，并結(jié)合航空發(fā)動機葉輪的材料特性來合理地選用刀具和加工進給量，確保航空發(fā)動機葉輪的加工質(zhì)量與加工效率。

1 航空發(fā)動機葉輪加工難度分析

航空發(fā)動機葉輪是典型的自由曲面零件，鑄造成型后修光是傳統(tǒng)的葉輪生產(chǎn)采用的方法。隨著設計理論的變化和性能的改變，葉輪工作面要平滑，當葉輪的表面粗糙度較高時，容易造成葉輪的動平衡性能變差，偏心易壞，航空發(fā)動機葉輪形狀變得更為復雜，將為航空發(fā)動機葉輪的制造帶來極大的難度。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機葉輪的加工所采用的磨削加工的方式不但使工人的勞動強度增大，生產(chǎn)周期長且航空發(fā)動機葉輪的生產(chǎn)效率較低。由于葉輪的工作轉(zhuǎn)速越來越高，航空發(fā)動機葉輪采用新型的高強度材料，這使得航空發(fā)動機葉輪更難加工。因此人們必須考慮采用其他方法來加工葉輪。五軸加工中心是一種高精度的空間幾何加工設備，同時五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分和基礎技術(shù)之一，將五軸加工中心應用于航空發(fā)動機葉輪的加工中將極大地提高航空發(fā)動機葉輪的加工效率和加工精度，對于航空發(fā)動機葉輪復雜的空間結(jié)構(gòu)節(jié)也能夠更好地控制幾何加工精度。將我國的五軸加工中心廣泛應用于航空、航天以及軍工等領域中對于提高相關(guān)設備的加工質(zhì)量有著極為重要的意義。五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展水平不僅僅是一 個機械制造企業(yè)發(fā)展水平的重要標志，更是一個國家機械制造工業(yè)發(fā)展水平的標志 之一。

2 航空發(fā)動機葉輪數(shù)控加工工藝分析

航空發(fā)動機葉輪在工藝編制的過程中首先應當結(jié)合葉輪自身特點和實際零件相關(guān)加工常用處理方法，按粗精加工工序劃分航空發(fā)動機葉輪的加工流程，按照下述工序來完成對于航空發(fā)動機葉輪的加工：工件工藝卡的編制—航空發(fā)動機葉輪加工刀具的選取—流道初加工—流道半精加工—流道精加工—頁根清根加工過—零件檢測。為確保航空發(fā)動機葉輪加工工藝，首先需要完成對于航空發(fā)動機葉輪的幾何建模，常用的幾何建模方法有實體模型、曲面模型和線框模型。葉輪的幾何建模是加工的基礎。運用UGNX軟件來進行建模，利用Matlab軟件分析截面以及應用3次B樣條的具體算法進行數(shù)學構(gòu)造分析。

完成對于航空發(fā)動機葉輪模型的建立后需要對航空發(fā)動機葉輪的加工過程進行模擬，結(jié)合航空發(fā)動機葉輪的材質(zhì)對于航空發(fā)動機葉輪機械加工中可能引起的機械變形等進行分析，同時還需要考慮其他影響因素對航空發(fā)動機葉輪加工精度所造成的影響，如加工刀具、加工進給量、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液型號的選取等等。針對航空發(fā)動機葉輪在機械加工中所引起的變形可以通過在航空發(fā)動機葉輪加工程序編制中對其進行補償?shù)姆绞絹硗瓿?，確保航空發(fā)動機葉輪的加工質(zhì)量。完成對于航空發(fā)動機葉輪加工程序的編制后將生成前置刀位文件如圖1所示，轉(zhuǎn)換成具體機床所用加工程序的過程我們通常稱之為后置處理。后置處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入、字符處理、運動變換、格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)輸出5部分。對于一般相對較為簡單的機床可以通過UG自帶的POSTBUILDER接口進行相關(guān)的文件處理，二復雜的五坐標則需要通過自主編寫后置處理器，如圖2所示。程序的開發(fā)通過UG/OPEN接口采用C語言編寫。

結(jié)合現(xiàn)今五軸加工中心中所主流采用的西門子、海德漢數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為相應的格式。完成對于航空發(fā)動機葉輪加工程序的編制后需要對其進行模擬，用以確保航空發(fā)動機葉輪加工程序的合理性和準確性。

3 航空發(fā)動機葉輪的檢測

航空發(fā)動機葉輪的檢測也較為復雜，在航空發(fā)動機葉輪的檢測過程中主要采用的是三坐標測量機來完成對于航空發(fā)動機葉輪葉片型面的檢測， 三坐標測量機的測量原理如下：把被測物體放入工作空間，通過紅寶石探針，以密集檢測的方式測得被測型面上各點的幾何坐標尺寸，三坐標測量機自帶的軟件根據(jù)探針所采集到的空間坐標點經(jīng)過數(shù)學運算來完成航空發(fā)動機葉輪型面尺寸的計算，求出航空發(fā)動機葉輪待測的幾何尺寸，形狀和相互位置。

在某型號的航空發(fā)動機葉輪檢測中主要是通過三坐標三維點云的獲取，對測點及其測量位置進行優(yōu)化處理。同時，在 Matlab 軟件中生成葉輪廓面法向誤差分布圖對零件測量出的誤差進行了比較與分析，并以此外依據(jù)來對航空發(fā)動機葉輪的加工程序進行相應的改進。

航空發(fā)動機葉輪的加工較為復雜，為確保航空發(fā)動機葉輪的幾何加工精度，需要通過不斷的工藝分析及改進優(yōu)化，從而制定出完善、具體的航空發(fā)動機葉輪加工工藝流程并利用UG軟件建模與后置處理模塊的應用，從而做好對于航空發(fā)動機葉輪具體加工程序的優(yōu)化，從而最大限度地確保航空發(fā)動機葉輪的加工質(zhì)量，在航空發(fā)動機葉輪幾何精度的檢測中可以采用多種檢測手段。其中采用三坐標檢測方式，通過對航空發(fā)動機葉輪的幾何精度檢測為航空發(fā)動機葉輪程序的改進優(yōu)化提供良好的檢測依據(jù)。

結(jié)語

通過在航空發(fā)動機葉輪加工中采用五軸加工中心將能夠有效地提高航空發(fā)動機葉輪的幾何加工精度和加工效率，通過建模、程序生產(chǎn)以及檢測優(yōu)化從而實現(xiàn)對于航空發(fā)動機葉輪加工質(zhì)量的有效提升。本文對五軸加工中心在航空發(fā)動機葉輪加工中的應用進行了分析介紹。

參考文獻

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