如何验证叶片数控加工程序

如何验证叶片数控加工程序
叶片是汽轮机的主要部件之一，尤其它的汽道部分决定了汽轮机的发电功率，直接影响到汽轮机产品的质量。

随着我国汽轮机行业的不断发展，叶片的设计水平也在不断的提高，主要为变截面扭曲叶片，叶片汽道型线部分是空间三坐标数据点，加工精度要求很高，加工难度很大。

哈尔滨汽轮机有限责任公司为了提高汽轮机的发电效率、降低热耗，与三维公司进行联合设计。

叶片汽道的进、出汽边较薄，叶顶、叶根圆角较小，从加工到检测需全型线投影透视，而且种类变化多样，需多轴数控机床进行加工，对设备及工艺技术水平要求很高。

因此，在数控加工进行之前验证数控加工程序的正确性就成了数控加工过程中一个十分重要的环节。

1 叶片汽道及叶顶、叶根圆角数控加工程序的特
点叶片汽道型线十分复杂为空间三维设计，首先我们对叶型数据点采用B-Spline曲面进行拟合，这样构造的曲面通过所给型值点，然后，综合加工带宽度、走刀步长、刀具半径等方面的因素对其型面从横向、纵向分别进行插值加密，确定数控加工程序所经过的数据点，从而编制数控加工程序。

在编制数控加工程序时，本着基准统一、减少走刀次数的原则，把叶片汽道型面；叶顶、叶根圆角；进、出汽边圆角的数控加工程序编制在一起，这样对中等长度叶片的程序就可达到几万条。

其程序的特点是；程序段较长，程序坐标点中跨度较大，四坐标或五坐标程序数据繁琐，出错的机会较多。

2 分析叶片数控加工程序中常见的错误由于目前叶片汽道设计的越来越复杂，精度要求越来越高，因此数控加工程序也越来越复杂，出现错误的概率也随之增加。

通常情况下，如果加工程序编制的不恰当，可能出现下列问题：刀具与工件之间发生干涉或碰撞；刀具半径选择过大,零件加工不完全，出现大的残留；刀具半径选择过小,切削效率较低；机床进给
速度或冷却状态不合适；加工方案不合理，影响加工效率；机床的控制系统不接受加工程序；零件外形或尺寸错误；零点选择不恰当,无法找到对刀点。

这些问题的出现往往会给实际零件的加工造成很多麻烦，诸如重编制加工程序、加工后必须打磨零件、返修零件或工装、零件报废、延迟产品交付等。

这样会从根本上削弱数控加工技术的可靠性并影响其推广应用。

因此，研究数控加工程序的验证技术不仅具有重要的理论意义，而且还具有重要的现实意义。

3 常用的数控加工程序验证方
法人工检验法人工检验法的特点是比较方便、灵活。

通常检查者阅读加工程序，或借助于坐标纸及其它一些绘图工具检查加工时的刀具轨迹并发现其中的一些错误。

由于叶片汽道加工程序繁琐而复杂，人工检验法不仅需耗费很多时间,而且易再次出现错误，因此这种方法已逐渐被淘汰。

试验加工法试验加工法是一种采用叶片试验件或其它材料(多为非金属材料)零件进行加工的方法。

由于试验加工直观而真实地反映了加工过程，因此采用这种方法基本上满足程序验证的需要。

虽然试验加工法是一种验证加工程序的有效方法，但它也存在许多缺点，主要有：加工时间较长；加工精度不高；占用机床并影响周围环
境；加工参数无法验证；加工费用巨大。

尽管采用试验加工法验证加工程序具有很多缺点，但由于它能够较为准确地反映整个加工过程，而且我国叶片数控加工整体水平还处于发展阶段，因此这种方法仍被采用。

计算机仿真验证法随着计算机软件和硬件的迅速发展，用计算机仿真法来验证叶片型面数控加工程序的正确性已被采用。

这种方法主要是将加工过程中的叶片模型、刀具轨迹、刀具外形等一起在计算机图形显示
器上显示出来，用这种方法来模拟零件的加工过程，检查刀位计算是否正确、加工过程是否发生过切，所选的刀具、走刀路线、进退刀的方式是否合理，刀具与型面是否发生干涉与碰撞等。

4 显示验证随着计算机仿真技术的迅速发展，目前已有多种方法用于加工程序的计算机仿真验证。

虽然采用计算机仿真验证一次性投入费用较高，但由于它能大大降低实验加工费用并能带来长远的效益，因此已得到越来越广泛的应用。

计算机仿真验证的方法很多，
叶片加工程序最常用的验证方法是刀具轨迹的显示验证法，即将刀位数据(刀心坐标与刀轴矢量)的线框显示出来，判断刀位轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确，然后将刀位数据与被加工表面的线框图一起显示出来，从而判断刀位轨迹正确与否，走刀路线、进退刀的方式是否合理。

其基本思想是：从曲面造型结果中取出所有加工表面及相关型面，从刀位计算结果(刀位文件)中取出刀位轨迹信息，然后将它们组合起来进行显示，或在所选择的刀位点上放上刀具模型，然后使刀具模型沿走刀轨迹运动，从而判断刀位轨迹上的刀心
五轴加工中心介绍及其和三轴、四轴的区别
加工中心
立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。

目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，工件一次装夹就可完成五面体的加工。

如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。

立式五轴加工中心
装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。

即使是发达工业化国家，也无不高度重视。

近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。

机床是一个国家制造业水平的象征。

而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。

长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。

特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。

爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。

由此可见，五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。

现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴数控系统。

由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。

但近年来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这一战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。

作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。

中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国！预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！
工作台回转的立式五轴加工中心
加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴（图1）。

设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。

工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。

这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。

A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。

A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。

这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。

但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。

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