不锈钢搅拌桨的数控加工.pdf

机电一体化 Mechatronics
栏目主持索菲娅
不锈钢搅拌桨的数控加工
天津市天大方圆工业结晶科技有限公司(300457)吴健生
北京市自动化工程学校(100192)易楠
不锈钢搅拌桨是新型工业结晶设备中重要的能量转弓形。
换部件。结晶器中机楲能通过旋转中的搅拌桨转化为流
2.搅拌桨制造工艺方
体的动能,从而形成槽内的整体流动,完成传质及传热案研究
过程。搅拌桨传统制造方法一般借用船用螺旋桨的“砂
(1)搅拌桨制造工艺过
型铸造→砂轮铲磨→立体样板检测”制造エ艺加エ,存程。确定搅拌業基本参数→
在设计制造周期长,产品精度低,不能有效保证桨叶型计算型值数据→建立搅拌桨
面的准确性,工人劳动强度大等缺点。随着数控加エ技数字模型→制作铸造木模
术的迅速普及,五轴联动机床的大力开发和推广应用,浇铸件毛坯→毛坯铸件探
O
新型搅拌栄的设计和制造技术有了很大变化,利用数控伤检測→加工桨榖端面和内
五铀联动加工技术可极大提高搅拼栄产品质量及加エ效孔→加工键槽→加工桨叶曲图3桨叶仲张轮麻图
率,减轻劳动强度。
面→表面抛光→静平衡检测。
1.搅拌桨的型面特征分析
(2)搅拌桨数控加工CAM流程,如图4所示。
结晶器用搅拌桨桨叶
3)搅拌桨叶曲面加工工
攬拌桨实体建模
为等螺距螺旋面的一部
艺分析。装夹和定位:搅拌桨
工艺路线规划
分,图1为搅拌桨几何形
加工采用心轴装夹,以桨毂粥
刀具路径轨迹规划
状图。设圆柱面的半径为
面和内孔定位,保证基准重
合。为尽量减小切削振动,每
加工仿真
r,则展开后螺距三角形的
Y
底边长为2mr,P为螺距,
个叶面下须安装数量相等且均<、千涉检验
节线与底线之间的夹角0
布的球头支荐,并在某个叶面
生成数控程序
为半径r处的螺旋角。可
图1桨的几何特性
的叶梢两侧附加辅助挡块,以
安装工件调试夹具
根据如下公式确定
防止搅拌桨在加工过程中产生
数控机床试切削
0=arctan(P/2m)
转动。加工正反叶面之间的重
检地加工结東□
从图2可知半径越大
复装夹,以叶梢轮廓中线为基
螺旋角越小。
准找正。
图4CAM流程
图3为搅拌桨桨叶的
加工干涉分析:加工千涉
仲张轮廓图。是由从
是加工过程中发生机床事故和产生废品最直接的原因
0.2R至R半径处共轴岡图2不同半径断面的螺旋角
因此,如何避免加工千涉是多轴加エ工艺分析的重要内
柱面与桨叶相戒的各切面展成平面后,以其孩长置于相容。五轴联动加工的关鍵是确保数控加工过程的绝对可
应半径的水平线上,并光顺联接端点所得轮廊。在桨瑴靠和稳定。搅拌桨的叶根与桨瑴部位近乎直角,这种形
附近桨叶切面形状为机翼形,叶梢部分桨叶切面形状为状在加工过程中极易产生干涉或过切现象。在不改变设
19942062010年4micJournalElectr小加ryHouse,Allrightsreservedhttp:/www.cnkinet
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Mechatronics I机电一体化"rx
计要求的前提下,对类似叶根与桨毂联接的部位应作适0.7。其数字模型如图7所示。
当修改,通过添加过渡园角等,尽量使各加工曲面之间
ZC
的刀具路径轨迹光顺过渡。搅拌桨一般为整体式结构
YC
且桨毂附近有少量叶面重叠(毛坯铸件叶面重叠尤其严
重),导致加エ空间狭小,容易发生碰撞干涉,需通过
选择合适的刀具轴方位角来避免千涉
分区城加工:搅拌桨叶曲面形状复杂,不同位置的
曲率变化较大(尤其A点处)。在粗加工时宜采用叶面
YM
分区域加エ(分区结果见图5),结合圆柱統刀替代球
6=152°
v=12
头铣刀的方法,可减少切削路径,提高切削效率。精加
工则选用球头铣刀,采用多轴铣定位加工,通过选择合
图6刀具轴方位角的确定
适的刀具轴方位角,即可以避免加工干涉,又能提高切
搅拌桨叶曲面加工方案:
削速度和加工质量。
在 UG CAM参数设置框中,
以下各操作的驱动方式选择
域
曲面区城驱动”,矢量投影
选择“垂直于驱动投影”。
粗、精加工桨叶的梢圆轮
域
廊。采用三轴加工方式,利用图7搅拌桨数字模型
b300.8mm的圆柱立铣刀进行加エ。粗、精加工参数
图5粗加工叶片曲面区域划分
刀具轴倾角的确定:多轴联动加工曲面,若让刀具
为:加工方法为固定轴曲面轮廓铣,刀具轴为+ZM轴。
铀相对于零件面的法向倾斜一定的角度,可避免球头铣
粗、精加工桨叶的导边。粗加工采用三轴加工方
刀刀尖与零件表面发生挤压,从而改善切削条件,提
式,尽快去除多余金属。粗加エ参数为:加工方法为固
切削效率,获得較好的表面质量。刀具轴的倾角包括
定轴曲面轮廓铣,刀具轴为+ZM轴。加工结果如图8
Iead(前、后倾)和側倾。在切削过程中,刀具轴沿走
所
刀方向的前、后产生角度称为前、后倾,刀具轴沿走刀
精加工采用五轴联动铣加工方式,保证叶面导边轮
方向的左、右产生角度称为侧倾。
麻形状。刀具利用320.8mm的圆柱铣刀进行加エ。
刀具轴方位角在多轴铣定位加工中的确定:多轴铣
精加工参数为:加工方法为可变轴曲面轮廓銑,刀具轴
定位加エ中,刀具轴方位角选择的合适与否是避免加工
为Swaf驱动。加工结果如图9所示。
千涉的关键,具体角度值必须通过仿真加工和机床试切
削检查后确定,以绝对不发生任何千涉为原则。刀具轴
方位角在多轴銑定位加工中的确定是以工作坐标系
(WCS)为参考系,而不是以加エ坐标系(MCS)为参
YC
考系。如:O=152°,ψ=12°的选择结果如图6所示。
Phi(ル)角表示由ZC轴向XC轴方向旋转的角度值,
图8导边粗加工图9导边精加工
Theta()角表示由XC轴向YC轴方向旋转的角度值。
粗、精加工桨叶的随边。桨叶随边的加工方法和加
角度值以逆时针方向旋转为正値,反之为负值
参数与桨叶导边的加エ方法和加エ参数相同(略)。
4)搅拌桨加工实例。该不銹钢搅拌桨加工实例的
粗、精加工桨叶正面(工作面)曲面。粗加工采用
基本参数:搅拌桨直径650mm,桨毂外径120m,桨毂
三轴加工方式,选用大直径端铣刀40R1.0m或
内径70m,桨毅高度150mm,螺距比1.0,盘面比
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