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葉片數(shù)控加工程序的驗證

時間：2009-12-02瀏覽：271次收藏

前言

葉片是汽輪機的主要部件之一，尤其它的汽道部分決定了汽輪機的發(fā)電功率，直接影響到汽輪機產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著我國汽輪機行業(yè)的不斷發(fā)展，葉片的設(shè)計水平也在不斷的提高，主要為變截面扭曲葉片，葉片汽道型線部分是空間三坐標(biāo)數(shù)據(jù)點，加工精度要求很高，加工難度很大。哈爾濱汽輪機有限責(zé)任公司為了提高汽輪機的發(fā)電效率、降低熱耗，與三維公司進行聯(lián)合設(shè)計。葉片汽道的進、出汽邊較薄，葉頂、葉根圓角較小，從加工到檢測需全型線投影透視，而且種類變化多樣，需多軸數(shù)控機床進行加工，對設(shè)備及工藝技術(shù)水平要求很高。因此，在數(shù)控加工進行之前驗證數(shù)控加工程序的正確性就成了數(shù)控加工過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。

1葉片汽道及葉頂、葉根圓角數(shù)控加工程序的特點

葉片汽道型線十分復(fù)雜為空間三維設(shè)計，首先我們對葉型數(shù)據(jù)點采用B-Spline曲面進行擬合，這樣構(gòu)造的曲面通過所給型值點，然后，綜合加工帶寬度、走刀步長、刀具半徑等方面的因素對其型面從橫向、縱向分別進行插值加密，確定數(shù)控加工程序所經(jīng)過的數(shù)據(jù)點，從而編制數(shù)控加工程序。在編制數(shù)控加工程序時，本著基準(zhǔn)統(tǒng)一、減少走刀次數(shù)的原則，把葉片汽道型面；葉頂、葉根圓角；進、出汽邊圓角的數(shù)控加工程序編制在一起，這樣對中等長度葉片的程序就可達到幾萬條。其程序的特點是；程序段較長，程序坐標(biāo)點中跨度較大，四坐標(biāo)或五坐標(biāo)程序數(shù)據(jù)繁瑣，出錯的機會較多。

2分析葉片數(shù)控加工程序中常見的錯誤

由于目前葉片汽道設(shè)計的越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，因此數(shù)控加工程序也越來越復(fù)雜，出現(xiàn)錯誤的概率也隨之增加。通常情況下，如果加工程序編制的不恰當(dāng)，可能出現(xiàn)下列問題：

·刀具與工件之間發(fā)生干涉或碰撞；
·刀具半徑選擇過大,零件加工不完全，出現(xiàn)大的殘留；
·刀具半徑選擇過小,切削效率較低；
·機床進給速度或冷卻狀態(tài)不合適；
·加工方案不合理，影響加工效率；
·機床的控制系統(tǒng)不接受加工程序；
·零件外形或尺寸錯誤；
·零點選擇不恰當(dāng),無法找到對刀點。

這些問題的出現(xiàn)往往會給實際零件的加工造成很多麻煩，諸如重編制加工程序、加工后必須打磨零件、返修零件或工裝、零件報廢、延遲產(chǎn)品交付等。這樣會從根本上削弱數(shù)控加工技術(shù)的可靠性并影響其推廣應(yīng)用。因此，研究數(shù)控加工程序的驗證技術(shù)不僅具有重要的理論意義，而且還具有重要的現(xiàn)實意義。

3常用的數(shù)控加工程序驗證方法

1)人工檢驗法

人工檢驗法的特點是比較方便、靈活。通常檢查者閱讀加工程序，或借助于坐標(biāo)紙及其它一些繪圖工具檢查加工時的刀具軌跡并發(fā)現(xiàn)其中的一些錯誤。由于葉片汽道加工程序繁瑣而復(fù)雜，人工檢驗法不僅需耗費很多時間,而且易再次出現(xiàn)錯誤，因此這種方法已逐漸被淘汰。

2)試驗加工法

試驗加工法是一種采用葉片試驗件或其它材料(多為非金屬材料)零件進行加工的方法。由于試驗加工直觀而真實地反映了加工過程，因此采用這種方法基本上滿足程序驗證的需要。
雖然試驗加工法是一種驗證加工程序的有效方法，但它也存在許多缺點，主要有：

·加工時間較長；
·加工精度不高；
·占用機床并影響周圍環(huán)境；
·加工參數(shù)無法驗證；
·加工費用巨大。

盡管采用試驗加工法驗證加工程序具有很多缺點，但由于它能夠較為準(zhǔn)確地反映整個加工過程，而且我國葉片數(shù)控加工整體水平還處于發(fā)展階段，因此這種方法仍被采用。

3)計算機仿真驗證法

隨著計算機軟件和硬件的迅速發(fā)展，用計算機仿真法來驗證葉片型面數(shù)控加工程序的正確性已被采用。這種方法主要是將加工過程中的葉片模型、刀具軌跡、刀具外形等一起在計算機圖形顯示器上顯示出來，用這種方法來模擬零件的加工過程，檢查刀位計算是否正確、加工過程是否發(fā)生過切，所選的刀具、走刀路線、進退刀的方式是否合理，刀具與型面是否發(fā)生干涉與碰撞等。

4顯示驗證

隨著計算機仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，目前已有多種方法用于加工程序的計算機仿真驗證。雖然采用計算機仿真驗證一次性投入費用較高，但由于它能大大降低實驗加工費用并能帶來長遠(yuǎn)的效益，因此已得到越來越廣泛的應(yīng)用。

計算機仿真驗證的方法很多，葉片加工程序最常用的驗證方法是刀具軌跡的顯示驗證法，即將刀位數(shù)據(jù)(刀心坐標(biāo)與刀軸矢量)的線框顯示出來，判斷刀位軌跡是否連續(xù)，檢查刀位計算是否正確，然后將刀位數(shù)據(jù)與被加工表面的線框圖一起顯示出來，從而判斷刀位軌跡正確與否，走刀路線、進退刀的方式是否合理。其基本思想是：從曲面造型結(jié)果中取出所有加工表面及相關(guān)型面，從刀位計算結(jié)果(刀位文件)中取出刀位軌跡信息，然后將它們組合起來進行顯示，或在所選擇的刀位點上放上刀具模型，然后使刀具模型沿走刀軌跡運動，從而判斷刀位軌跡上的刀心位置、刀軸矢量、刀具與被加工表面的相對位置以及進退刀方式是否合理。

1)刀位軌跡顯示驗證

葉片刀位軌跡顯示驗證方法：當(dāng)葉片的數(shù)控加工程序生成后，將刀位軌跡在圖形顯示器上顯示出來，從而判斷刀位軌跡是否正確。其中，應(yīng)先去除數(shù)控加工程序中的進給速度、刀具選擇、程序行行號等信息，只顯示驗證信息。然后對刀具軌跡信息進行“反后置處理”，得到含有刀位軌跡信息的數(shù)控加工程序后，繪制刀位軌跡。現(xiàn)在以幾行加工大葉片進、出汽邊的四坐標(biāo)數(shù)控加工程序來說明這一點：

N0005X-25.875Y34.678Z34.78A26.68F200
N0006X-29.911Y34.789Z35.067A28.98
N0007X-34.023Y34.987Z35.453A31.45

該程序中的三坐標(biāo)值X,Y,Z是旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)A角度之后的值,若求加工該點時的刀位坐標(biāo),則應(yīng)進行以下“反后置處理”計算

x1=x
y1=ycos(-A) zsin(-A)
z1=-ysin(-A) zcos(-A)

通過計算得到的(x1,y1,z1)即為刀位點坐標(biāo)，便可用此刀位文件繪制刀位軌跡。

刀位軌跡顯示驗證的判斷原則：

·刀位軌跡是否連續(xù)；
·刀位起點是否合理；
·刀位軌跡是否光滑連接；
·刀位軌跡是否交叉；
·空行程是否必要；
·刀軸矢量是否有突變現(xiàn)象；
·凹凸點處的刀位軌跡連接是否合理；
·組合曲面加工時刀位軌跡是否合理；
·走刀方向是否符合曲面的造型。

從圖1可以看出刀位軌跡是光滑的，每兩條刀具軌跡之間的連接方式非常合理，這只是其中的一種方式。

圖1加工葉片汽道內(nèi)弧的部分刀具軌跡 2)加工表面與刀位軌跡的組合顯示驗證

組合顯示驗證的基本方法：將刀位軌跡與加工表面的線框同時顯示在圖形顯示器上，從而判斷刀位軌跡是否正確，走刀路線、進退方式是否合理。

組合顯示驗證方法的判斷原則：

·刀位軌跡與加工表面的相對位置是否合理；
·刀位軌跡的偏置方向是否符合實際要求；
·刀具與加工表面之間是否有干涉；
·進退刀位及方式是否合理

從圖2可以看出刀具是沿著葉片內(nèi)弧擬合曲面的方向前行，并且刀位軌跡與加工表面的距離基本相等，走刀方式合理。

圖2葉片內(nèi)弧表面與刀具軌跡的部分組合顯示綜上所述，顯示驗證方法是一種適合葉片型面尤其葉頂、葉根圓角部位刀位軌跡驗證的方法，它具有直觀性強、實現(xiàn)方便、尤其在計算機顯示器上旋轉(zhuǎn)從三個坐標(biāo)方向觀測比較準(zhǔn)確。

作者單位：哈爾濱汽輪機有限責(zé)任公司
原載:《汽輪機技術(shù)》1999年第1期

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葉片數(shù)控加工程序的驗證

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