五轴加工机床在三元叶轮加工中的应用

对钩网100

   1.前言
　　三元叶轮是离心空气压缩机、单级高速鼓风机、蒸汽压缩机等设备的关键核心部件，通过旋转做功输送流体（清洁空气、水蒸气）并将所输送流体的静压能升压到系统所需的压力。设备效率的高低，很大程度上取决于三元叶轮的选型、叶片型面的设计和制造水平。而单级高速鼓风机、蒸汽压缩机分别作为废气脱硫系统、MVR废水蒸发系统的核心设备，对成套设备的整体效能起着关键作用。

图1 三元叶轮示意图
　　2.哈默C50U机床简介
　　（1）机床的数控系统：哈默C50U机床采用海德汉iTNC 530数控系统，15寸TFT彩色显示器。

图2 哈默C50U五轴加工中心
　　（2）机床的配置：哈默C50U采用整体式铸造床身，另外A、C轴通过专门的设计与床身成为一个整体。这样的设计使得哈默的机床能够实现很大的承重，C50U可以实现承重2 000kg。并且，机床的刚性、稳定性、几何精度都大大提高。同时，在维修方面，由于A轴安装在床身的外部，导轨安装在床身的上部，使得维修使用方便，故障率比较低。
　　线性轴X、Y、Z行程分别为1 000mm、1 100mm、750mm，相对应的线性快速移动速度为60m/min、60m/min、55m/min，线性加速度为6m/s2，主轴转速12 000r/min，摇篮翻转角度从－130°～100°。
　　3.斯特拉格STC1000机床简介
　　（1）机床的数控系统：斯特拉格STC1000机床采用Sinumerik 840Dsl数控控制系统，具有集成的PLC。计算机数字控制（CNC）采用SINUMERIKMDynamics 五轴铣床技术，其包含五轴加工用样条查补（A、B和C样条）、前瞻（Look-ahead）功能、动态预控制功能等功能。操作系统采用WIN-XPproembSys，19寸平操作板OP015A，带15寸TFT彩色液晶显示器（薄膜键盘）。
　　（2）机床的配置：机床配备了交换工作平台，托盘尺寸1000mm×1000mm，中心承载能力达到3000k g。工作主轴转速20～8 000r/min，最大转矩940N·m，主轴前轴承直径95mm，电机额定功率37kW。A轴转速6min-1，额定力矩4000N·m，回转区＋60°～－100°。线性轴X、Y、Z行程分别为1700mm、1600mm、1950mm。

图3 斯特拉格STC1000工作台和主轴
　　从机床配置可以看出，斯特拉格STC1000机床在叶轮工件安装时比较方便，工作台承载能力大。机床主轴相对刚性较好，电动机功率大，适宜进行大型叶轮重载加工。
　　4.两种型式的机床在实际使用过程中的不同特点
　　五轴机床的五个轴通常是由三个直线轴外加一个回转轴和一个摆动轴组成的，其结构方式却有很大差别。不同的结构形式会使机床在刚性、动态性能和精度稳定性等方面产生一些差异。
　　五轴联动机床根据摆动轴的摆动方式分为两类，一类是主轴头摆动，另一类是工作台摆动。哈默C50U是一种典型的工作台摆动的立式五轴加工机床，斯特拉格STC1000是一种主轴头摆动的卧式五轴加工机床。
　　哈默C50U机床的综合特点：
　　主轴刚性好，加工效率高；刀具夹持长度相对较短；加工时主轴的进给方向和刀具的旋转中心始终重合，形状误差小；工作台摆动方式的五轴加工与三轴加工时可加工零件水平方向的尺寸是相同的，五轴联动不会减小加工行程。
　　但是对于直径和高度尺寸较大的叶轮，就存在工件安装可靠性的问题（工作台摆动），也存在工作台摆动与刀具干涉的问题。
　　斯特拉格STC1000机床的综合特点：采用了机械传动主轴，所以主轴刚性较好；机床空间大，大型叶轮的安装比较方便，稳定可靠。因机床在加工的时候，主轴摆动角度时会在摆动平面内吃掉行程，从而导致在五轴加工时能够加工的最大工件尺寸变小；考虑到主轴头架在主轴、刀具摆动时有可能与工件托盘产生干涉，所以使用的刀具刀柄会相对较长，而且叶轮的旋向不同，主轴头部要避开的距离也有所不同。
　　5.加工工艺的差异
　　在不同的机床上，三元叶轮的加工工艺的差异性是显而易见的。
　　哈默C50U机床适宜加工的三元叶轮直径在φ450～850mm。因机床主轴是电主轴，主轴轴承是陶瓷轴承，www.vtoall.com在三元叶轮流道粗开时，若工艺方法采用了大进给重载切削，就会对机床主轴造成伤害，影响机床精度和使用寿命。
　　在刀具刀柄选择方面，粗铣加工时一般选择侧固刀柄就能满足要求。
　　斯特拉格STC1000机床适宜加工的三元叶轮直径在800～1 250mm左右。机床主轴采用的是机械传动方式，在三元叶轮粗铣加工时可选择分区大进给重载切削。粗铣加工时，刀具刀柄应该选择定制加长刀柄、螺旋头连接刀具，以保证刀具整体刚性。
　　6.结语
　　哈默C40U/C50U工作台摆动的五轴加工机床适宜加工直径偏小的三元叶轮，机床稳定性好，加工效率高，精度可靠；斯特拉格STC1000机床适宜加工直径稍大的三元叶轮，工件安装稳定可靠，机床能够进行重载切削。