葉片數控加工程序的驗證
時間：2009-12-02瀏覽：254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電功率，直接影響到汽輪機產品的質量。隨著我國汽輪機行業的不斷發展，葉片的設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數據點，加工精度要求很高，加工難度很大。哈爾濱汽輪機有限責任公司為了提高汽輪機的發電效率、降低熱耗，與三維公司進行聯合設計。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，需多軸數控機床進行加工，對設備及工藝技術水平要求很高。因此，在數控加工進行之前驗證數控加工程序的正確性就成了數控加工過程中一個十分重要的環節。
1葉片汽道及葉頂、葉根圓角數控加工程序的特點
葉片汽道型線十分復雜為空間三維設計，首先我們對葉型數據點采用B-Spline曲面進行擬合，這樣構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，確定數控加工程序所經過的數據點，從而編制數控加工程序。在編制數控加工程序時，本著基準統一、減少走刀次數的原則，把葉片汽道型面；葉頂、葉根圓角；進、出汽邊圓角的數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，程序坐標點中跨度較大，四坐標或五坐標程序數據繁瑣，出錯的機會較多。
2分析葉片數控加工程序中常見的錯誤
由于目前葉片汽道設計的越來越復雜，精度要求越來越高，因此數控加工程序也越來越復雜，出現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，可能出現下列問題：
·刀具與工件之間發生干涉或碰撞；
·刀具半徑選擇過大,零件加工不完全，出現大的殘留；
·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不合適；
·加工方案不合理，影響加工效率；
·機床的控制系統不接受加工程序；
·零件外形或尺寸錯誤；
·零點選擇不恰當,無法找到對刀點。
這些問題的出現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、延遲產品交付等。這樣會從根本上削弱數控加工技術的可靠性并影響其推廣應用。因此，研究數控加工程序的驗證技術不僅具有重要的理論意義，而且還具有重要的現實意義。
3常用的數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，或借助于坐標紙及其它一些繪圖工具檢查加工時的刀具軌跡并發現其中的一些錯誤。由于葉片汽道加工程序繁瑣而復雜，人工檢驗法不僅需耗費很多時間,而且易再次出現錯誤，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境；
·加工參數無法驗證；
·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確地反映整個加工過程，而且我國葉片數控加工整體水平還處于發展階段，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展，用計算機仿真法來驗證葉片型面數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，刀具與型面是否發生干涉與碰撞等。
4顯示驗證
隨著計算機仿真技術的迅速發展，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的效益，因此已得到越來越廣泛的應用。
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，即將刀位數據(刀心坐標與刀軸矢量)的線框顯示出來，判斷刀位軌跡是否連續，檢查刀位計算是否正確，然后將刀位數據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：從曲面造型結果中取出所有加工表面及相關型面，從刀位計算結果(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：當葉片的數控加工程序生成后，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，應先去除數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控加工程序后，繪制刀位軌跡。現在以幾行加工大葉片進、出汽邊的四坐標數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
該程序中的三坐標值X,Y,Z是旋轉臺旋轉A角度之后的值,若求加工該點時的刀位坐標,則應進行以下“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，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；
·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、實現方便、尤其在計算機顯示器上旋轉從三個坐標方向觀測比較準確。
作者單位：哈爾濱汽輪機有限責任公司
原載:《汽輪機技術》1999年第1期
