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翼型ブレード部品の5軸フライス加工

翼型ブレードは、翼状の断面と三次元のねじれた空間を持っています。 軸流ターボ圧縮機に幅広い用途があり、その製造は一般に5座標リンケージCNC工作機械を使用して行われています。

まず、処理方法の概要
5軸マシニングセンターによるブレードとブレードルートの加工。 通常、図1に示す方法で実行されます。ブレードブランクは、360°回転するために回転テーブルのA軸に固定され、スピンドルミリングヘッドはC軸方向に回転します。実際の機械加工プロセスでは、空気圧式チップが上部にあります。翼のブレードの加工は、3つのステップで完了することができます:荒加工、中仕上げ、仕上げ。エーロフォイルのブレードを仕上げる最良の方法は、高速スパイラル切削により行われる5軸リンケージによるもので、このタイプの加工が最も効率的で、ブレードの形状も理想的です。


刃の輪郭部分は通常、正面フライスで加工され、正面フライスは高い切断効率を持ちますが、正面フライスはC軸方向に一定のスイング角度を持つことができません。 ルート部分への加工時の干渉を避けるため、ルート部分付近のリーフ形状は通常ボールエンドミルで加工されます。 C軸方向に固定角度をずらして、工具とブレードの根元部との干渉を回避します。 このC軸方向の振れ角は干渉を避けるには小さすぎ、大きすぎると反対側のブレード形状で干渉を引き起こす可能性があります。 これは、歪みが大きい動翼にとって特に重要です。

第二に、データ準備

ターボ機械の軸流圧縮機ブレードとTRT軸流エネルギー回収膨張ブレードのブレード形状。 プロファイルに対する設計パターンの表現は通常、いくつかのセクションのブレードデータであり、空間格子またはマルチセグメントアークである場合があります。主な作業内容は平滑化、回転、および変換であるため、設計座標系は機械座標系と結合されます。つまり、設計基準と処理基準は統一されます。ブレードは高速スパイラル切断法で処理され、ブレードプロファイルの滑らかさと連続性の設計は非常に高くなっています。ブレードのプロファイル(背面アーク面、内部アーク面、入口と出口の丸い角)には、鋭い点、頂点、および接合部があってはなりません。さもないと、高速切削条件下で、ツールが瞬時に大きな振動を簡単に生成し、機器の事故を引き起こす可能性があります。葉の形状が滑らかではない別のケースは、モデリングプロセスです。ただし、各セクションのプロファイルは滑らかな連続関数曲線です。 ただし、軸に沿って3次元形状を形成する場合、プロファイルは滑らかではなく、中央に「波状」のうねりがあります。これは通常、各セクションの基準を調整することで修正されます。

同じセクションのデータが滑らかなスプラインを形成できない場合、元のデータを変更する必要があります。具体的な方法は、図2および図3に示すように、断面曲線上のn点を取り、曲率が大きい密な点を取り、曲率が小さい点を取り、これらの点の法線を作成することです。図3では、滑らかな連続曲線の各ポイントの法線方向が緩やかに変化しています。 図2.不十分な生データによって形成された断面曲線。 異なるノードの法線方向は大きく変化し、断面曲線は明らかに滑らかではありませんが、このような断面曲線によって3次元空間が生成されると、ブレードのプロファイルは不均一になり、処理中に実現できません。
 
          ブレード、ブレード根元の処理方法                                 生データによって形成された断面曲線                       データ変更後の断面曲線
図1
ブレード、ブレード根元の処理方法                図2 生データによって形成された断面曲線                                  図3 データ変更後の断面曲線

第三に、数学的モデリング
翼型ブレードの各断面のデータは、翼の円周方向に沿った均一な分布として表され、軸方向は直線バスに沿って与えられます。

上記に基づいて、ブレードモデリングの最初のステップは2次元平面で実行されます。 各セクションは、平面内で閉じた曲線を形成し、各曲線はブレードの長さの固定位置を持ちます。 最初に各セクションを固定位置で回転させてから、平行移動します。ブレードの葉の形状には、一般に2つの形式があります。まず、スプライン曲線で構成され、入口側と出口側にはそれぞれ2つのアーク遷移があります。2つ目は、複数の円弧で構成される閉じた曲線です。 モデリング時には、次の点に注意する必要があります。



1、リーフタイプの断面曲線は、滑らかで連続的に閉じている必要があります
翼形部輪郭が閉じていない場合のために。 たとえば、入口側と出口側の円弧が内側の背部曲線の曲線に接していない場合、円弧の中心の位置を変更する必要があります。 円弧の中心の半径を変更するか、内側のバックカーブの終点を調整して、ブレードの弦の長さが変わらないようにします。弦の長さを一定にするために、弦の長さに接する直線と既知の吸気側(またはベントエッジ)の円弧に接する直線を作成し、2つの内側の背部円弧曲線の終点をそれぞれ作成し、内側の背部を 円弧曲線に接する直線。 これにより、3本の直線が形成され、3本の直線に接する円が作成されますこの円は、スムーズな移行を行い、コードの長さを保証する内側の背部円弧に接しています。

2
工具のオーバーカット計算
ツールのオーバーカットを回避するには、ツールの直径を変更するか、カット角度を変更するという2つの方法があります。曲率が大きいブレードプロファイルの場合、オーバーカットが発生する可能性が高くなります。凸面加工の場合、ナイフクラスターをプロファイルの通常の表面に沿って切断すると、オーバーカット現象が発生しにくくなります。凹曲面の場合、カッタークラスタは表面の法線に沿って切断されますが、オーバーカットは曲率半径の影響によって引き起こされます。この場合、ツールのオーバーカットを回避する方法は、ツールの半径を変更することが望ましいです。モデリング中に工具径と切削角度を計算すると、プログラミング効率が大幅に向上します。図5に示すように、方法は次のとおりです。モデル化された閉じたブレードプロファイル曲線で、nポイントを均等に取り、最初のポイントで、仮想ツールと仮想切断角度を定義します。ツールは、オーバーカット現象があるかどうかを観察しながら、決定された切断角度でセクションの各ポイントを連続的に通過し、もしそうであれば、ツールの直径と切断角度を変更します。このとき観察される切削条件は2次元空間であり、特定のセクションのみであるため、実際の3次元処理を反映していないため、さらなる技術的な処理が必要です。つまり、隣接する2つのブレードセクションは同じ平面に投影されます。セクション距離がツール直径よりも大きい場合、ツールと隣接する2つのブレードセクションは投影マップ上でオーバーカットされないため、仮想ツール直径と切断角度は適切と見なされます。切断効率を改善するために、大径カッターをオーバーカットなしで可能な限り使用します。

3、座標系の確立
CNCマシンで部品を加工するには、3次元座標系を作成します。 実際の加工では、合理的な座標系によりプログラミングが簡素化され、工具設定が容易になります。通常、設計基準がマシニングリファレンスと一致していることを確認する必要があり、X座標系は、可能な限りマシニングセンターでブレード軸上に確立されます。 つまり、X軸はブレードの軸と一致します。これは、Y軸とZ軸の原点を決定することに相当します。ローターローターブレードの場合、ブレードリーフタイプは、移行アークと呼ばれるブレードルートと滑らかに接続されます。 ブレードのルートにある移行アークの部分は、通常、円筒面または球面です。X軸の原点は、円筒または球の中心で決定できます。 ローターのベーンの場合、ブレードの根元の移行アークの部分は、円筒形または球形、またはベベルになります。 円柱面または球面の場合、X軸の原点は動翼と同じ方法で決定されます。ベベルの場合、X軸の原点を決定する方法は、ツールの状態に応じて決定できます。


4、リーフの拡張と傍受
通常の場合、翼のブレードの設計では、いくつかのセクションのリスト曲線データのみが提供されます。実際の葉の形状は、指定されたセクションで決定された葉の形状よりも長く、それよりも短くなる場合があります。最初の場合はリーフタイプを拡張し、2番目の場合はリーフタイプをインターセプトする必要があります。比較的言えば、リーフタイプのインターセプトはより適切に処理される必要があります。単純に平面または複合面を使用して特定の位置でブレードをインターセプトして新しいセクションを取得し、新しいセクションからのデータを使用して目的のリーフ型エンティティを形成します。葉の種類を拡張するためには、葉の形にスムージング処理を行う必要がありますが、ライン法の滑らかさは平面曲線のみであり、葉の形は拡張後の空間曲線です。つまり、2つまたは3つの座標平面の投影曲線がそれぞれ平滑化されます。実際、通常は、空間曲線を2つの平面に投影し、別々に取得した2つの平面曲線を滑らかにしてから、空間曲線を合成する(つまり、2次元としての3次元処理)だけです。一般に、各座標平面の空間曲線の投影曲線は滑らかであり、空間曲線も滑らかであることを実践が証明しています。



ツールオーバーカット計算                                  フィット曲線のパラメーターを調整します
図5 ツールオーバーカット計算                                             図6 フィット曲線のパラメーターを調整します

第四に、切断パラメーターの決定
1、フィット曲線のパラメーター
ブレードプロファイルを加工する場合、3本の直線軸と2本の回転軸の動きを組み合わせて、輪郭の目的の軌道を実現する必要があります。
実際の計算プロセスでは、図6に示す3つのパラメーターをブレードの技術条件に合わせて適切に調整できます。
MNDは、葉の形状エラーが制御される角度を決定するために使用されます。 翼の曲線の各セクションは、無限の数のセグメントに分割でき、曲率は各セグメントで同じと見なすことができます。 MNDの数値は、補間中の2つの隣接ポイントの密度を直接決定します。 MNDの値が小さいほど、隣接する2つのポイントの密度が高くなり、処理された葉の形状の精度が高くなります。
MCDは2つの隣接するポイント間の直線距離を制御することであり、ERRCDRは2つの隣接するポイント間のコード差を制御することです。 MND値と同様に、異なるMCDおよびERRCDR値が異なる密度を決定します。

切断パラメータのうち、スペース表面は一般にライン切断法で処理されるため、ライン間隔とステップサイズを計算または決定する必要があります。

行間隔S

行間隔Sのサイズは、加工面の残留溝の高さに直接関係します。 大きい場合、表面粗さが大きくなります。 ただし、Sの選択は小さすぎますが、加工精度が向上し、クランプの修理の難しさが減りますが、手順が長くなり、加工時間が2倍になり、効率が低下します。 したがって、行間隔Sの選択は適切でなければなりません。

切断角度
正面フライスを使用してエーロフォイルを加工する場合、正面フライスの底面とブレードプロファイルの切断点の接線方向の間の角度の選択は非常に重要です。不適切な場合、オーバーカットが発生しやすくなります。 切断角度の決定は通常、実際の生産で行われます。具体的な方法は、図5に図面で示すように、ブレードの特定のセクションの輪郭マップを作成することです。 次に、n点が断面上で均一に取られ、その点の1つが仮想切断点であり、任意の切断角度が経験的に決定されます。 そして、ツールの断面を作成し、ループステートメントを使用して、ツールがnポイントを通過するようにし、オーバーカットがあるかどうかを観察します。 その場合、切断角度を調整し、オーバーカットがなくなるまで上記の作業を繰り返します。

主軸回転速度、送り速度、切込み
特定のスピンドル速度、送り速度、切り込みの深さは、ブレードの材質、工具の直径、加工方法を考慮して決定されます。 5座標ブレードマシニングセンターは通常、高速切削を使用します。

V. ツールパスシミュレーション
コンピューターシミュレーション処理シミュレーションは、オーバーカットと残留条件も示すことができることを示しています。
同時に、機械本体のパラメータをプログラムした後、工作機械ホルダの実際の加工状態も表示でき、事故を避けるために干渉をチェックできます。

VI
. CNC加工ブレードルート
根の加工は、ブレード加工の重要な部分であり、これ以前は、ブレードの根は通常、成形工具を使用してブレードフライス盤で加工されていました。 翼の加工は1つのセットアップで行うことができるため、荒加工から中仕上げ、仕上げまでのプロセス全体が完了します。 さらに、機械加工プロセス全体が数値制御プログラムによって保証されており、ブレードの根元の加工もこの方法で完全に採用できます。 図9に、大規模なTRTリーフルートの構造を示します。


TRTブレードルートのCNC旋削とフライス加工
図9 TRTブレードルートのCNC旋削とフライス加工

リーフルートの処理は、リーフタイプの処理と同じです。 通常、荒削りと中仕上げ、仕上げの3つの部分に分かれています。効率を改善するために、通常、大径のダイカッターを使用して荒削りが行われ、歯の歯形のマージンは0.2 mmだけになります。半仕上げの主な目的は、根の除去に加えて仕上げ代が均一になるようにすることです。入手可能なデータによると、仕上げには0.1 mmのマージンが確保されています。仕上げは最も重要な加工ステップであり、効率を向上させて表面粗さを確保するには、切削パラメータの決定が非常に重要です。表面粗さの値を小さくするために、仕上げは通常一方向に行われます。 一方向加工は工具のアイドル移動量を増やし、加工時間を延長しますが、一方向加工によって得られる加工品質は保証されます。
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