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多工位多轴联动闭式整体叶轮电火花加工关键技术研究

雷琼先  
【摘要】:“电火花加工技术”是一种精密特种加工的重要工艺技术。由于电火花能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件,加工时无切削力,不产生毛刺和刀痕波纹等缺陷[1],加工时无晶格之间切削变形应力、工具电极材料无需比工件材料硬等优点,因此广泛应用于各种硬、脆材料的加工,具有复杂形状的型腔模具和零件的加工,各种深细孔、深槽、窄缝、异形孔加工,各种成形刀具等工具和量具的制造,尤其是在高复杂性、高精度、低刚度、难加工材料等加工领域获得了飞速的发展和广泛的应用。 闭式整体叶轮是复杂形状零件的典型代表,特别是钛合金闭式叶轮,它是集难加工形状和难加工材料一体的复杂零件。本课题针对这类型闭式叶轮,提出了电火花加工闭式整体叶轮的加工新方法,设计了多工位多轴联动数控电火花加工闭式叶轮专用机床。 本文主要进行以下的工作: 一.分析现有闭式(含开式)叶轮的加工工艺和加工中所面临的困难和技术瓶颈。 二.重点对目前数控电火花加工闭式整体叶轮机床、五轴加工机床加工和成型专用机床结构及在实际生产中遇到的主要问题进行研究与分析,找出闭式整体叶轮加工中最大问题:加工效率极其低下、成本特别高,提出了多工位同时加工的创新工艺,并且针对闭式叶轮大面积放电加工特点,设计了多工位、强力电火花成形专用机床。提高闭式叶轮加工效率4~6倍,探索出一种多电极联动模拟闭式叶轮复杂曲面的简化加工方法。 三.进一步优化加工工艺及优化电极设计方法,提出了铣削粗加工、电火花精加工的加工方法、以及电极分区、拟合的综合工艺方案,解决闭式整体叶轮形状复杂,导热性差、强度大,电极运动空间狭窄等难题并大大减少传统加工所需电极数量。 四.采用Pro/ENGINEER,CAD/CAM进行三维实体造型、运动仿真对闭式叶轮和专用机床进行辅助设计;再采用专业的编程软件HyperMILL,进行闭式叶轮加工编程,发挥HyperMILL专门的强大的多轴编程模块功能,最大限度优化进刀方式,减少电极数量。 本课题是一个创新加工工艺及创新专用设备设计课题,目的是解决长期困惑制造业的闭式整体叶轮加工效率低下、质量低劣的问题。以典型钛合金闭式整体叶轮加工为研究对象,初步分析了闭式整体叶轮材料特点和复杂型面构成,针对目前电火花机床加工效率及电极设计所面临的难题和技术瓶颈,设计了解决上述问题的专用设备,编程仿真闭式整体叶轮加工结果,并用于指导实际生产,获得了较好的加工效果。在闭式整体叶轮加工中,具有一定的参考价值。


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