超小型水輪機模型蝸殼的整體數控加工

摘 要：水輪機蝸殼模型是水輪機組模型導水的核心部件，蝸殼模型結構復雜，內流道形狀要求加工精度高，采用數控機床加工。利用整體數控加工技術的新工藝方法，保證加工精度。分別采用了曲率半徑分析、同步建模技術修改、整體毛坯和中間毛坯的設置、刀路計算、優化刀路、數控仿真等技術，保證加工的準確性和安全性。

關鍵詞：蝸殼；整體數控加工；曲率半徑

超小型水輪機蝸殼模型是科研教學項目，是水輪機模型的組成部分，起到對水流進行控制和導水的作用，流道的加工要求精確，采用數控機床進行整體加工。可以有效的保證流道的形狀，對科研的實驗結果反映真實、準確。

1 超小型蝸殼的結構特點

2 結構分析

曲率分析結果沒有正值，完全都是負值的區域，說明沒有倒扣角的區域，可以采用三軸聯動機床進行加工，不會出現加工不到分模或倒扣邊界。曲面的半徑分析，沒有褶皺的區域，曲面的連續性很好，可以用圓鼻刀具或球頭刀具加工，可以完全加工區域范圍。

3 數控編程工藝

是整體摳出工件，毛坯是整塊的方料，進行理論造型，計算最大范圍。形成實體的毛坯件。為數控編程提供Blank的部件。整體件進行數控編程時，一般要求先鉆工藝孔來確定刀具的下刀位置來防止刀具的底部切削刃發生磨損刀具的問題。由于是首次加工，沒有鉆出工藝孔，要直接加工。這里必須采用斜向進給的數控編程工藝方法在較小的空間進行進刀，通過與工件平面呈1-1.5度夾角的方向進給，人為的產生刀具的進給后角，有效的避免了磨損刀具的問題。

數控編程工藝確定出開荒、開粗、半精、精的工步。采用高速切削技術，提高加工的效率。

3.1 開荒加工

3.2 開粗加工

使用一個內部定義的3D模型來表示余下的材料，銑削操作能夠處理一個3D IPW。如果還在其他類型的操作從一塊毛坯上切除多余的材料，那么3D IPW將是合適的選擇。通過數控編程IPW（中間產品毛坯）的利用，完善編程計算的空白區域，提高加工效率。

3.3 精加工

開荒加工完成后，形成型的毛坯，在這里稱為IPW，為開粗提供毛坯Blank的部件進行計算，否則，開粗加工只能使用默認的全部區域為Blank部件，會出現大量的重復刀路，浪費加工時間，降低效率。而采用IPW可以有效的避免這類問題，沒有重復的刀路，效率很高。

經過了開荒、開粗的加工，加工的余量只剩0.2mm，利用區域高速加工可以完成精加工。由于數控機床的內存有限，而精加工程序量非常大，無法一次性傳入機床，將精加工的區域分了五部分完成，每部分程序量減少了，整體的加工精度沒有變化。

3.4 清根處理

3.5 程序的仿真

4 結束語

這次整體摳出工件，毛坯是整塊的方料，進行理論造型，計算最大范圍求出Blank部件。通過同步建模技術，修改設計提供的理論模型，實現數控編程工藝的要求。對蝸殼流道曲面進行反射分析，確定不光順的區域并進行調整，分析流道曲面的斜率，確定有無倒扣角，決定數控編程的方式，分析流道曲面半徑變化，決定采用的刀具。數控編程工藝最終確定開荒、開粗、半精、精的工步。采用高速切削技術，優化進給提高加工的效率。

通過數控編程IPW（中間產品毛坯）的利用，完善編程計算的空白區域，減少重復刀路，提供加工效率。利用機床仿真技術，檢測刀路的準確、安全、合理性，驗證實際加工的效果。

參考文獻

[1]洪如瑾.UGS NX6同步建模技術培訓教程[M].北京：清華大學出版社.

[2]姜厚文，楊潔.UGNX6固定軸與多軸銑培訓教程[M].北京：清華大學出版社.

[3]楊勝群.VERICUT7.0中文版數控加工仿真技術[M].北京：清華大學出版社.

作者簡介：李樹偉（1970-），男，工程師，2004年畢業于哈爾濱理工大學計算機科學與技術專業，現工作于哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部，主要從事數控技術工作。