工程力学作业.-叶盘流道摆线铣加工轨迹规划doc.doc

叶盘流道摆线铣加工轨迹规划 一、 作业要求 使用摆线铣加工方法对制定叶盘流道进行粗、半精加工，生成相对应的刀位轨迹，要求所获得的刀位轨迹光滑、无干涉。二、 总体思想 与传统加工不同，摆线铣加工过程中刀具-工件包角一直处于较小的状态，刀具在公转一周的过程中处于切削状态的时间较少，从而非常有利于切屑的排出与刀具的散热。摆线铣削主要目的是在充分满足径向切深的情况下避免槽铣等全浸入式铣削。这对于减少刀具的磨损、延长刀具的使用寿命非常有利。而对于采用较小的刀具-工件包角有可能带来的切削效率降低，在摆线铣技术中，可以采用比常规铣削方法更大的轴向切深以提高材料去除率。高温合金、钛合金等难加工材料在航空发动机叶盘中广泛应用，这类材料切削性能差，在加工时切削力较大、切削温度高，造成刀具磨损严重。生产实践中，通常采用较为保守的切削参数以降低刀具磨损速率和控制工件表面加工质量。但是，这会造成产品的加工效率较低。如何提高这类材料的切削加工效率、降低产品的生产周期与生产成本一直是工业界及学术界研究的难点与热点。德国亚琛工业大学的研究发现，在切削难加工材料时，刀具-工件包角对刀具的磨损有重要影响。有效控制刀具-工件的包角对于控制切削加工过程中的热力耦合作用、减少刀具磨损有显著效果。摆线铣加工技术是一种在切削过程中对刀具进行降低负载和充分冷却的加工技术。摆线铣加工过程中，由于刀具-工件之间具有较小的包角，可以在切削难加工材料时提供有效的冷却与润滑，从而可以提高切削速度、避免满刀切削、降低刀具的磨损，近年来逐渐引起了工业界的重视并在难加工材料的粗加工中进行了应用。摆线铣削属于侧刃加工，通过圆弧或摆线可有效地获得薄的切削，通过切削的厚度控制切削力，获得平稳的加工过程，从而控制刀具寿命，虽然理论去除材料率比层铣低，但是平稳的加工过程十分适合加工高温合金材料的整体叶盘。故针对叶盘流道采用摆线铣加工方法。整体多轴摆线铣加工方案分为五部分：1. 确定流道加工步骤，规划主要的加工次序。将叶盘流道的加工划分为两个部分，a）粗铣叶盘流道b）半精加工叶盘流道。2. 摆线铣的数控编程。利用UG中摆线铣的加工方式，对叶盘流道及型腔进行粗开，并且以规则的圆形导轨为主进行切削加工。3. 摆线铣加工参数的选择。在考虑道具受力及其加工时刚性要求的同时，选取合适的加工参数（切深、切宽、每齿进给量）及相应的铣刀。4. 摆线铣的联动方式选择。结合实际的加工情况，选取适当的联动方式，从而使得整体加工系统具有良好的刚性，获得良好的加工效率。5. 分析加工所得结果，检查各项参数选取的合理性。三、 具体方法首先，用UG打开叶盘模型，点击开始，选择加工，进入UG加工模块。点击创建几何体（如图1），指定MCS、部件、毛坯（如图2）和检查。 图1 创建几何体 图2 指定毛坯 创建刀具（如图3），分别为D8R0.4平头铣刀（如图4）和D6R0.4平头铣刀， 图3 刀具效果图 图4 D8R0.4平头铣刀参数 创建第一步粗铣工序，并设置整体切削参数，具体参数设置如图5至12。 图5 粗铣加工工序参数 图6 整体切削的切削层参数设置 图7 切削层参数设置 图8 切削参数策略设置 图9 切削参数余量设置 图10 非切削移动进刀设置 图11 进给率与速度设置 图12 非切削移动设置生成粗铣刀位轨迹（如图13），并进行3D模拟走刀（如图14），检查工序参数。 图13 粗铣刀位轨迹 图14 3D模拟走刀生成铣削结果，并用颜色表示余量大小（如图15）。根据结果进行修改。 图15 粗铣结果创建第二步半精加工工序（沿用整体切削参数），将半精加工分成两部分，侧面半精铣（如图16）和底面半精铣（如图17）。余量设为0.2mm. 图16 侧面半精铣工序参数 图17 底面半精加工工序参数分别生成侧面半精铣刀位轨迹（如图18）和底面半精铣刀位轨迹（如图19），并进行3D模拟走刀（如图20），检查工序参数。 图18 侧面刀位轨迹 图19 底面刀位轨迹 图20 侧面3D模拟走刀最后生成加工完成后的叶盘模型（如图21），并用颜色表示余量，检查结果，工序参数进行优化。 图21 加工结果四、 实现过程经讨论，决定使用三轴摆线铣对给定叶盘通道完成粗加工和半精加工工艺。根据模拟结果来看，完成了对叶盘通道的要求，优化了摆线铣工艺参数，体现了摆线铣这一工艺方法在叶盘加工中的优势。五、 结果分析 经过后置处理分别生成了粗铣加工、半精铣侧面加工、半精铣底面加工的 NC程序（见附录），程序部分截图如下。图22 粗铣加工程序 图23 半精侧面加工由最终结果可得，本方法使用了三轴摆线铣对叶片流道进行了粗开，完成了流道的粗加工及半精加工。主要加工了流道侧面及流道地面，设定了摆线的主要参数，步距、摆线宽度、最小半径等，完成