超小型水轮机模型蜗壳的整体数控加工

超小型水轮机模型蜗壳的整体数控加工

摘要：水轮机蜗壳模型是水轮机组模型导水的核心部件，蜗壳模型结构复杂，内流道形状要求加工精度高，采用数控机床加工。利用整体数控加工技术的新工艺方法，保证加工精度。分别采用了曲率半径分析、同步建模技术修改、整体毛坯和中间毛坯的设置、刀路计算、优化刀路、数控仿真等技术，保证加工的准确性和安全性。

关键词：蜗壳；整体数控加工；曲率半径

超小型水轮机蜗壳模型是科研教学项目，是水轮机模型的组成部分，起到对水流进行控制和导水的作用，流道的加工要求精确，采用数控机床进行整体加工。可以有效的保证流道的形状，对科研的实验结果反映真实、准确。

1 超小型蜗壳的结构特点

2 结构分析

曲率分析结果没有正值，完全都是负值的区域，说明没有倒扣角的区域，可以采用三轴联动机床进行加工，不会出现加工不到分模或倒扣边界。曲面的半径分析，没有褶皱的区域，曲面的连续性很好，可以用圆鼻刀具或球头刀具加工，可以完全加工区域范围。

3 数控编程工艺

是整体抠出工件，毛坯是整块的方料，进行理论造型，计算最大范围。形成实体的毛坯件。为数控编程提供blank的部件。整体件进行数控编程时，一般要求先钻工艺孔来确定刀具的下刀位置来防

止刀具的底部切削刃发生磨损刀具的问题。由于是首次加工，没有钻出工艺孔，要直接加工。这里必须采用斜向进给的数控编程工艺方法在较小的空间进行进刀，通过与工件平面呈1-1.5度夹角的方向进给，人为的产生刀具的进给后角，有效的避免了磨损刀具的问题。

数控编程工艺确定出开荒、开粗、半精、精的工步。采用高速切削技术，提高加工的效率。

3.1 开荒加工

3.2 开粗加工

使用一个内部定义的3d模型来表示余下的材料，铣削操作能够处理一个3d ipw。如果还在其他类型的操作从一块毛坯上切除多余的材料，那么3d ipw将是合适的选择。通过数控编程ipw（中间产品毛坯）的利用，完善编程计算的空白区域，提高加工效率。

3.3 精加工

开荒加工完成后，形成型的毛坯，在这里称为ipw，为开粗提供毛坯blank的部件进行计算，否则，开粗加工只能使用默认的全部区域为blank部件，会出现大量的重复刀路，浪费加工时间，降低效率。而采用ipw可以有效的避免这类问题，没有重复的刀路，效率很高。

经过了开荒、开粗的加工，加工的余量只剩0.2mm，利用区域高速加工可以完成精加工。由于数控机床的内存有限，而精加工程序量非常大，无法一次性传入机床，将精加工的区域分了五部分完成，

每部分程序量减少了，整体的加工精度没有变化。

3.4 清根处理

3.5 程序的仿真

4 结束语

这次整体抠出工件，毛坯是整块的方料，进行理论造型，计算最大范围求出blank部件。通过同步建模技术，修改设计提供的理论模型，实现数控编程工艺的要求。对蜗壳流道曲面进行反射分析，确定不光顺的区域并进行调整，分析流道曲面的斜率，确定有无倒扣角，决定数控编程的方式，分析流道曲面半径变化，决定采用的刀具。数控编程工艺最终确定开荒、开粗、半精、精的工步。采用高速切削技术，优化进给提高加工的效率。

通过数控编程ipw（中间产品毛坯）的利用，完善编程计算的空白区域，减少重复刀路，提供加工效率。利用机床仿真技术，检测刀路的准确、安全、合理性，验证实际加工的效果。

参考文献

[1]洪如瑾.ugs nx6同步建模技术培训教程[m].北京：清华大学出版社.

[2]姜厚文，杨洁.ugnx6固定轴与多轴铣培训教程[m].北京：清华大学出版社.

[3]杨胜群.vericut7.0中文版数控加工仿真技术[m].北京：清华大学出版社.

作者简介：李树伟（1970-），男，工程师，2004年毕业于哈尔滨

理工大学计算机科学与技术专业，现工作于哈尔滨电机厂有限责任公司制造工艺部，主要从事数控技术工作。