MasterCAM航空發(fā)動機葉片加工.doc

航空發(fā)動機葉片加工本文是mastercam軟件在航空領(lǐng)域的一個應(yīng)用案例。文章從飛機發(fā)動機葉片的形狀特點、加工過程中的難點、加工的具體方案與步驟，以及mastercam軟件的多軸銑功能等方面進行了全面的敘述。一、概述 飛機發(fā)動機的葉片大小不同，形狀各異：從尺寸上看，大的葉片有2506010，小的只有30105；從形狀上看，帶阻風臺結(jié)構(gòu)的稍復雜一些，需五軸聯(lián)動銑削；不帶阻風臺的，用四軸加工即可。所有葉片都有一個特點：薄，加工時易變形。 葉片的毛坯均為合金鑄件，加工工序比較復雜，從圖紙到成品，一般都要經(jīng)過4060個工序。目前，發(fā)動機葉片（葉背、葉盆）的加工，大多采用三軸銑削，即在立式銑削中心（帶旋轉(zhuǎn)工作臺）先銑葉背，然后轉(zhuǎn)180，再銑葉盆。進汽邊、出汽邊以及葉根，在后續(xù)的工序中再處理。這種銑削方法裝卡次數(shù)多，加工效率低，并且加工后葉片變形大，葉片截面形狀與原設(shè)計有較大誤差。 如果采用四軸聯(lián)動銑削，一次裝卡就可把葉背、葉盆、進出汽邊以及葉根同時加工出來，并且加工后的葉片變形也很小。如果走刀路徑設(shè)計的合理，加工后葉片表面的光潔度高，后續(xù)的輔助工序可以取消或減化，進汽邊和出汽邊也無需再處理。從整體來看，葉片的加工質(zhì)量和效率都會大為提高。 四軸銑削葉片，理想的刀具路徑如下： (1)四軸銑削葉背、葉盆時，刀具沿軸線螺旋走刀，從一端走到另一端； (2)再單獨銑一次進、出汽邊，刀具沿葉片軸線從一端銑到另一端，以保證進、出汽邊的形狀精度和表面光潔度； (3)銑削葉根的過渡面時，確保葉片兩端的凸臺不受損傷。二、葉背、葉盆銑削 對于圖1所示的葉片，可采用近似于螺旋的走刀路徑。刀具相對于葉片繞軸線做旋轉(zhuǎn)運動，同時間斷地沿軸線作直線運動，如圖1所示。采用這種走刀路徑，葉片的變形小，質(zhì)量可靠；葉背葉盆刀痕勻布，余量均勻，減少了后續(xù)打磨、拋光等工序的工作量，可明顯地提高葉片的生產(chǎn)效率。并且，編制這種走刀路徑，較編制螺旋走刀路徑容易得多。圖1 葉片走刀路徑 以下詳細說明有關(guān)計算方法及參數(shù)的選擇。 圖2是葉片的俯視圖。葉形的長邊約220.7mm，短邊約175.3mm，葉片高約93.9mm。葉片兩端均有臺階，臺階的側(cè)面與葉形的交線跟軸線不垂直，左邊夾角約20，右邊約8.6。圖2 俯視圖 四軸聯(lián)動銑削時，在右端和左端的走刀方向應(yīng)同臺階的側(cè)面基本平行，銑刀間斷地沿軸線向葉片中部銑削時，走刀方向逐漸與軸線垂直，如圖2所示。在最左側(cè)，走刀方向與刀軸夾角20角，銑削到a1_a1截面時，走刀方向與軸線垂直。銑到b1-b1截面后，走刀方向逐漸右斜。在最右端，走刀方向與右側(cè)臺階的側(cè)面方向一致，即與軸線夾角8.6。 設(shè)相鄰兩刀具路徑間的距離為d，則從最左端到a1-a1截面的切削次數(shù)為n=27.3/d，取d=1.5，則n=18刀，取20刀。相鄰兩刀的相對轉(zhuǎn)角為：20/20=1。 同樣計算右端的刀數(shù)：14.5/1.5=9.6取10刀。每刀轉(zhuǎn)角：8.6/10=0.86。 最大轉(zhuǎn)角計算：切削平面旋轉(zhuǎn)后，各刀具路徑不應(yīng)重疊，條件為：qmw/2d，qm2d/w，如圖3所示。w=93.9、d=1.5，得qm1.83。圖3 刀具路徑不重疊條件示意三、進、出汽邊銑削 進出汽邊是由多個位于相互平行的平面上、直徑為0.650.68mm的圓弧構(gòu)成的直紋曲面。用直徑6的銑刀銑削時，最好用側(cè)刃銑?？砂迅鲌A弧分為5等份，計算6條對應(yīng)的等參曲線。然后，根據(jù)這6條曲線編制四軸程序，使刀具沿著6條曲線運動，且刀軸方向始終與曲面相切。四、mastercam的多軸銑削功能 本零件使用mastercam軟件造型和編程。mastercam的多軸銑削功能非常強勁,有多種四軸、五軸加工方法，用戶可最大程度地控制走刀方式（tool type）、刀具運動（tool motion）和刀軸方向（tool axis），編出高質(zhì)量的多軸加工程序。這些加工方法包括：五軸鉆孔、五軸輪廓銑削、多曲面五軸端銑加工、五軸側(cè)刃銑削（圓柱棒刀或圓錐棒刀）等等。 mastercam還提供有多種選項，控制刀具在走刀進程中的前傾角、后仰角以及左右擺角。通過設(shè)置前傾角、后仰角，可改變刀具的受力狀況，提高加工的表面質(zhì)量。通過改變左右擺角，可以避免刀頭刀桿與工件的碰撞。五軸精加工時，在零件曲率變化太大的區(qū)域內(nèi)，mastercam還可加密刀位點，銑出光滑的表面。本例的仿真結(jié)果，如圖4所示。圖4 加工仿真結(jié)果 mastercam提供了很多控制刀軸方向的辦法，如： 用一組直線確定方向。五軸走刀時，刀軸的方向根據(jù)這組直線方向的變化而變化。 用上下兩組曲線控制刀軸方向。 用一個封閉的邊界，控制刀軸的運動范圍，刀軸的方向受限于邊界。 限制刀軸的傾角（a、b、或c ），以防碰撞。 用某個固定點控制刀軸方向，使刀具在切削時，其軸線始終通過該點。