通过 5 轴 CNC 制作转子叶片原型的好方法
发表于 2019 年 10 月 8 日，|作者：维肯项目经理 Victoria
在日常生活中，我们大多数人都不知道什么是转子以及如何制作转子。然而，对于一个狂热的工程师来说，这是他脑子里唯一的东西。首先让我们了解一下什么是转子。转子或转子叶片是汽车或飞机发动机中的风扇，通过利用废气将燃料蒸汽吹入发动机来提高发动机的性能。
转子是将流动介质的能量转化为机械功的旋转动力机械。它是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机的主要部件之一。对于一个狂躁的工程师来说，他想要的只是一个高精度的转子叶片原型，这使得他的设计工作得很好。五轴数控铣削如何完美制作转子或转子叶片原型？
转子的背景
今天，天然气燃烧是世界上第二大发电。天然气通过燃气轮机转化为电能，其压缩机的转子是制造过程中遇到的主要困难部件。涡轮叶片的发展是从最初的实心叶片到空心叶片，从加工余料叶片到无余料叶片，再到定向（单晶）空心叶片。现代涡轮叶片构造演化明显，叶片形状和内腔日趋复杂。
铣削是一种加工过程，其中使用旋转刀具去除材料。铣削自由曲面的应用领域包括模具制造和航空航天工业。此外，涡轮叶片和叶轮是由铣刀加工的复杂零件。
传统加工治具方案
使用5轴加工转子叶片，设置转子部分的底部平面并定心内孔，然后主要工作是加工叶片形状。这是涡轮夹具的传统加工方法：气缸推动杠杆臂从零件顶部压下。这样的方案有明显的缺陷。
- 锁模力有限。夹紧容积机构限制了气缸的尺寸，导致夹紧力有限。
- 夹具需要太多处理。该方案要求零件加工时，零件转动，压臂不转动，对机构的上下同轴度要求很高。
- 部分自由是有限的。上压式杠杆臂占据上部加工空间，对刀具和加工程序提出了更高的要求。
- 安装不方便。维护比较差，空气连接比较麻烦。
- 安装不方便。品种单一，通用性差。更换品种需要重新设计夹具。
准确的夹具解决方案
创意夹具采用气动动作方式，为弹簧自锁方式，夹持后无需连接气源，夹持力约为400kg。设置好夹具后，是时候开始用 5 轴 CNC 加工刀片形状了。这种改进的解决方案具有三个优点。
- 加工功能完全开放，刀具和加工路径可以自由选择。
- 夹具通用性强，通过更换定位块和相应型号的拉钉即可实现不同型号零件的加工。
- 易于安装，易于维护，灯具轻巧简单。
转子的加工和检查
为了使刀片的加工完成和均匀，需要为刀片的每一侧创建一个辅助表面，并在 u 和 v 方向上延伸。这些辅助曲面用作生成刀具路径的驱动曲面。
总体而言，获得的表面质量令人满意，并且从未超过 1 μm Ra。比较它们之间的刀片粗糙度，只能说第二个刀片的粗糙度低于第四个刀片的粗糙度。
在开始刀片的另一侧之前，在刀片的一侧进行三个加工阶段（粗加工、半精加工和精加工）的第一个刀片，然后在那里进行良好的表面精加工（主要是在被加工的第一面）仍然是叶片之间相邻空间中的材料。但是表面还是有气刨痕迹，可能的原点是CAM系统生成的刀具路径。
在加工刀片的另一面时，由于被加工的细长几何形状缺乏刚性，会听到噪音，刀片顶部有颤动的迹象，并留下毛刺。
为了避免这些问题，需要铣削铝薄壁（如涡轮叶片），并以铣削直径的 0.5 至 2 倍的步长交替铣削叶片的侧通道。第三和第四刀片服务器使用的策略遵循此建议。第三个叶片的加工分两个阶段，第四个叶片的加工分三个阶段，一旦细长特征的长度减少，就可以期待更高的刚性。
但是，这些刀片的顶部有颤动痕迹和毛刺。分体式刀片只会降低噪音水平和毛刺数量，但在粗糙度方面，并不能说有改善。对于具有最低粗糙度值的第二个刀片，此策略不考虑至少在精加工操作之前的粗加工阶段的建议。由于缺乏可访问性和特权特权，操作分为四个阶段，刀片两侧交替进行。
第八和最后一个刀片的相邻空间在操作完成前都进行了粗加工和半精加工。然后，刀具将刀片铣削到相同的轮廓，因此步长为铣削直径的 0.5 到 2 倍，这是对具有交替刀片侧面的薄壁的预加工和铣削所推荐的。
仔细去毛刺和打磨光滑后，需要进行喷砂以获得有吸引力的表面。我们使用 CMM 结合 3D 扫描仪来检查转子的所有尺寸，以确保 +/-0.005" 的高精度，这符合客户的要求。我们为我们的团队做出如此出色的工作而感到自豪，并获得了客户的高度认可和好评。
结束语
转子叶片是航空发动机的关键部件。是典型的难加工工件。其实，它也可能是出镜率最高的“外显”。很多企业经常用这种工件来描述自己的加工能力，因此优秀的转子叶片加工解决方案也代表了强大的企业实力。威肯作为专业的一站式原型供应商，能够通过五轴数控铣削加工复杂结构的转子零件。如果您需要更多 CNC 加工或 CNC 铝材服务，请通过 [email protected] 联系我们，您值得拥有更好的原型。
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