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CNC加工インペラ

Posted by: castingdie 2021-07-20 CNC加工インペラ はコメントを受け付けていません

概要
同時に、この設計はインペラ製造プロセスの設計と処理手順であり、インペラ製造の詳細を紹介し、UGを使用して製造業界の問題を解決し、インペラ処理プログラムを準備することです。 羽根車の製造方法の考え方が紹介されています。 間接的な目的は、より多くの人々がCNC加工の利点と加工範囲を理解できるように、CNC加工をより有名にすることです。
キーワード:CNC加工、UG、工具経路、加工シミュレーション、3Dソリッドモデリング、プロセス、インペラ

1.1製品の説明
一体化されたインペラは、動力機械の重要なコンポーネントであり、航空宇宙などの分野で広く使用されています。その加工技術は、製造業界では常に重要な問題でした。 インペラ全体を機械加工するとき、加工軌道計画にはより多くの制限があることは、インペラ全体の形状およびプロセスから分かる。 隣接するブレード間のスペースは小さく、処理中に衝突が容易に発生する。 干渉しない加工軌道を自動的に生成することは困難です。 従って、羽根車を機械加工する過程において、羽根表面の加工軌道が幾何学的精度の要求を満たすことができることが保証されるだけでなく、 さらに、ブレードの厚さが限られているため、実際の機械加工では機械加工の質を維持するために軌道計画が留意されなければならない。

1.2処理方法の選択
インテグラルインペラー加工は、機械加工技術者や技術者にとって常に問題となっていました。 適格な羽根車を扱うために、多くの解決法が提案されている。 最初のキャスティングライト修理から、パラフィンキャスティング後、EDMのような方法がある。 その中で、3Dコピーミリングを使用するメーカーもあります。 しかし、これらの方法は加工効率が低く、精度や機械的特性が劣り、インペラ加工に数値制御処理技術を適用するまでは根本的に解決されている。
羽根車加工の複雑さは、主に、そのブレードが複雑な曲面であるという事実に起因する。 複雑な形状のインペラを正確に機械加工する能力は、CNC機械の性能を測定する重要な基準となっています。 CNC機械は4軸または5軸のリンケージを備えているため、
インペラ加工に使用する場合、工具のボール頭部がワークピースを正確に切断できることが保証されています。 また、回転軸を使用して工具本体またはツールバー部分をワークピースの他の部分から離して、干渉や過度の切断を避けることができます。

第2章   インペラー全体の3Dソリッドモデリング
2.1モデリング方法の概要
2.1.1一般的なモデリング方法
サーフェスモデリングには3つのタイプがあります。
(1)元の製品設計、スケッチからサーフェスモデルを作成する。
(2)表面モデリング、いわゆる描画モデリングに基づく2次元マップ。
(3)リバースエンジニアリング、すなわちポイントマッピングモデリング。
今回は、第2タイプの一般的な実装手順を紹介します。 描画プロセスは2つのフェーズに分けられます。

第1段階では、モデリング分析を行い、正しいモデリングの考え方と方法を決定します。 含まれるもの:
(1)製品の正しい識別情報に基づいて、写真を単一面またはキルトに分解する。
(2)規則的な表面、喫水表面または掃引表面のような各表面の生産のタイプおよび方法の決定;
(3)接合面(面取り、切削等)と接続順序との関係を決定する。
第2段階では、次のようなモデリングの実装が行われます。
(1)図面に従って、CAD / CAMソフトウェアに必要な2Dビューアウトラインを描画し、各ビューを実際の空間位置に変換します。
(2)サーフェスの種類ごとに、各サーフェスのモデリングを完了するには、各ビューのアウトラインを使用します。
(3)面同士の接続関係に応じた面取り、切削等。
(4)製品構造(エンティティ)のモデリングを完了する。

2.1.2インペラのモデリング方法
インテグラルインペラーの立体形状は、主にブレードとハブの2つの部分で構成されています。 ブレードの湾曲した表面は、滑らかさと連続性の高い要求を伴う自由表面である。 セクションラインは複雑な自由曲線なので、ブレードの形状はモデル化するのが難しいです。 現在、セクションラインを作成してから、セクションラインを通してブレードのサーフェスをシミュレートするのが一般的です。 ハブの生産は比較的簡単です。 スケッチモードでハッチング文字列を作成します。 ハッチ文字列を伸ばしてハブを作成するには、stretchコマンドを使用します。 回転コマンドを使用してハブをシミュレートすることもできます。 インペラ全体の形状の鍵は、ブレード本体の形状であることが分かる。 ブレードの立体形状は、インペラーのモデリング作業全体の重要な部分です。 その設計要件は高く、表面形状はより複雑である。

       
                        図2-1ハブスケッチ                                               図2-2ホイールハブ

2.3ブレードの作成
図2-3,2-4に示すように、ブレードスケッチ曲線を作成し、単一のブレードを生成します。

     
              図2-3ブレードの平面投影図                                         図2-4ブレードエンティティ

図2-5と図2-6に示すように、他のブレードは変換コマンドによって生成することができます。
回転刃
    
                   図2-5回転ブレード                                                図2-6回転ブレードの上面図

2.4インペラーの生成
sumコマンドでブレードとハブを接続します。 図2-7、2-8に示すように、
      
             図2-7インペラエンティティ                                    図2-8インペラエンティティ

図2-9,2-10に示すように、中央の穴とキー溝を作成し、ブレードとハブのジョイントに面取りを追加します。
                          
図2-9はインペラのモデリングを完了します                     図2-10インペラの上面図

第3章インペラ処理技術の分析
3.1材料選択
羽根車材料は、良好な包括的な機械的特性、室温および高温強度、可塑性および靱性を有するべきである。 したがって、インペラは十分な要件を満たさなければなりません:
(1)適切な室温、高温機械的性質;
(2)高い減衰能力を有する。
(3)高い組織的安定性。
(4)良好な腐食および耐食性;
(5)良好なプロセス性能。
インペラは航空エンジンの重要なコンポーネントの1つであるため、部品の重量を最小限に抑えながらコンポーネントの強度を確保することが求められます。 LD5アルミニウム合金のグレードは、部品の入手可能性と製造可能性のために選択されています。
一体化されたインペラは中心対称部分であり、インペラは機械加工中に正確に位置決めされなければならない。 位置決め基準を選択します。穴+面、出口端の短い面を軸方向位置決め基準として使用し、軸方向位置決め基準としてインペラの中心穴を使用します。 一体化されたインペラが機械加工されると、インペラジグ素材がマンドレル上に取り付けられ、その後、上端および下端に押し付けられる。

3.2プロセスのルートを開発
インペラ全体の実際の動作を考慮すると、一般に、インペラの全表面は、運転中の高精度、高速回転、および動的バランスの高い要求を有する。 羽根車の形状、構造特性、材料インペラの加工特性の分析と組み合わせると、
(1)インペラには多くのブレードがあります。 ブレードは、ハブの直径によって異なります。 ブレードは長さを有し、ブレードは曲面であり、高度の変形および仰角を有する。機械加工プロセス中のツールの相対運動は、隣接するブレードと容易に干渉するので、ツールの切断方向の選択は特に重要である。 さらに、表面を分割する必要があり、機械加工される表面の一貫性を確保するように注意しなければならない。
(2)ブレード間の流路が狭く、加工スペースが小さく、強度と剛性の良い大口径工具を使用することが難しい。
(3)ブレードの入口エッジと出口エッジの曲率半径が大きく変化し、工具と固定具の角度が大きく変化する。
(4)強度要件を満たすために、羽根車ハブとブレードとの間の移行が平滑化され、ツールの選択に注意する必要がある。

(5)ブレードは、構造が複雑で加工剛性が低い薄肉部品である。 プロセス構成は、機械加工残留応力による変形を防止するためにブレードプロファイルを処理するために複数のステップを繰り返す必要がある。
(6)インペラ全体の材質は、一般に、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン合金等である。
したがって、全体的な羽根車の強度を向上させるために、ブランクは一般的に鍛造品を使用し、次にインペラジャイレータの基本形状を機械加工するために平面旋削を指す。
次のようにツールパスを配置します。
1、コイル円筒形;
2、端面をフライス加工する。
3、中心穴を穿孔する。
4、掘削;
5、キー溝を挿入して取り外します。
6、インペラプロファイルを粗くする。
7、荒削りブレード。
8、粗い処理;
9、ブレードを完了します。
10、仕上げフロー面。
11、バリ取り加工。

4.2処理環境の作成
UGは、一般的な加工、多軸加工、3軸以上の多軸加工、
したがって、通常の加工方法ではインペラ加工を満足できないため、図4-2および図4-3に示すように、可変コンターミリングの加工環境が決定されます。

    
                             図4-2 CAMの構成                                                                                  図4-3処理環境

4.4パラメータ設定の処理と切断パスの生成
4.4.1ツール軌道計画方法
工具経路計画の目的は、加工精度を確保しながら最高の加工効率を達成するために、加工される部品の工具位置の組を生成することである。 2軸および3軸CNC加工ツールの経路計画の場合、計画プロセスは、工具位置のX、Y軸座標を決定するプロセスと考えることができます。 同時に、Z軸座標の初期値を決定することができる。 そして、その後の干渉処理により、Z軸座標の干渉のない計算が完了する。 5軸面加工ツールのパス計画では、工具軸ベクトルの初期位置は、工具位置ポイントの法線ベクトルと平行です。 また、計画プロセスは、工具位置における最大主曲率、すなわちヒール角度の周囲の工具軸ベクトルの回転角度を決定することを含む。 そしてベクトル方向の回りの回転角、すなわち横方向スリップ角は共に工具の空間的姿勢を決定する。
ツールパス計画のタスクは、次のように要約できます。
(1)工具軌道の形状を決定する。
(2)ツール軌道の接続順序と接続方法を決定する。
(3)工具軌跡線の密度と工具軌跡上の工具位置の密度を求める。
(4)5軸CNC加工の工具経路計画では、各工具位置の工具空間姿勢も決定する必要があります。
多軸CNCツールパスの生成は、NCプログラミングの基礎と鍵です。 異なる処理対象には多くの異なる計算方法があります。 チャンネルの最適な方向が決定できる限り、ワーク表面の一部は1回のパスで完了することができます。 完了するには複数のパスが必要なものがあり、複数のツールパスが発生します。

4.4.3プロセスシミュレーション
すべてのカッティングパスを設定した後、3Dシミュレーションを実行して後処理を実行します。 後処理は4軸加工を選択します。
シミュレーション結果を図4-20,4-21,4-22に示します。

        図4-20輪郭シミュレーションの結果

4.5後処理
       NCプログラミング後処理は、加工ツールパスファイルを生成し、工作機械NCコード命令セットを生成することを含む。ポストプロセッサは、システムによって生成されたツールパスファイルを読み込み、そこから関連する処理情報を抽出し、特性およびNCプログラムフォーマットの要件に従って、指定されたCNC工作機械を解析して決定し処理します。最後に、CNCマシンが直接認識できるNCプログラムを生成します。
CNC加工の後処理です。CAD / CAMソフトウェアの使用と部品の品質に直接影響します。 図4-23に示すように、5軸加工を選択し、NCプログラムをエクスポートします。

4.6機械シミュレーション
機械は5軸垂直フライス盤を使用し、制御システムはSinumerkです。 選択された機械モデルおよび制御システムがUG後処理モジュールで利用できない場合は、UGの[スタート]メニューから処理ツールの後処理コンストラクタを選択する必要があります。後処理コンストラクタは、選択された工作機械の処理パラメータと制御システムの詳細パラメータを設定することによって、後処理ファイルを生成します。
次に、UG処理モジュールを介して、適切なプログラムを選択し、後処理を選択すると、後処理ダイアログボックスが表示されます。
ダイアログには既定の後処理ファイルがあります。 また、作成した後処理ファイルを選択し、保存する場所と組織を選択することもできます。

図4-24に示す工作機械の選択

                                          図4-24マシンの選択

UGは、シミュレーションモジュールによって生成されたブロックから直接処理することができます。 シミュレーションインターフェースでは、機械の速度、送り速度、および冷却材の状態を確認できます。 また、ツールの座標をリアルタイムで監視することもできます。 NCプログラム領域では、プログラムコードの現在の処理段階を確認できます。 図4-25に示すとおりです。

第5章サマリー
この設計の主な仕事は、インペラのデジタル制御と工作機械のシミュレーションです。 部品の選択から仮想マシンの最終シミュレーションまで、多くの障害が発生しました。改善後、最終的に設計が完了します。5軸CNC加工は、複雑なサーフェスや不規則な部品、特に数値的な理論式で記述され、十分な精度を必要とする曲線やサーフェスを得るための優れたソリューションの1つです。例えば、全体のインペラブレードは、同時に、座標処理技術の開発と応用はCAD / CAM技術と密接に関連している。この設計は、主にエアロエンジンのシングルチップインペラを例にとり、幾何学的モデル、工具位置計算、工具経路計画、CNC加工技術を分析します。