谈谈整体叶轮五轴数控加工技术

覃业彬

【摘 要】在设计整体叶轮数控加工工艺的过程中，必须要结合实际情况，并且也要考虑到叶轮的运行要求，以及加工力度，在对具有流道特征的开粗加工和精加工轨迹进行设计规划过程中，可以使用Interpolate这一方法，这种方法是由NX3.0提供的，以及在进行叶片特征的测铣加工轨迹的设计规划中，可以使用Swarf这一方法。该工具的轨迹可以看做一个合理仿真，作为最后用HNC—22M的数控系统中心轴VMC-1100加以处理，可以使整体叶轮的加工工作更加顺利。

【关键词】整体叶轮；五轴数控加工；加工轨迹规划；测铣；UG；NX

整体叶轮是在所有的汽油发动机，它的诸多作用里面一个关键部分是提供机械功，持续进行气体压缩，然后转到外面去。气体中所造成的压强和压力的增加，速度也会更快。所以，叶轮必须要满足以下条件：首先，气体流过轮的受损程度要保证是最小的，也就是说，气体从叶轮经过时候的速度要快，质量要好；其次，是叶轮的类型允许的稳定工作和高频率整体性能曲线更广阔的领域。良好的结构形状能够最大程度确保叶轮的性能的发挥。在对其进行设计的时候，需要改变若干次，优化并确定提升试验发动机性能的叶片和轮廓的数量。

怎样进行整体叶轮的加工工作这个问题已经出现很长时间了，仍然还没有得到有效解决。叶片之间有大量的材料必须清除。以满足叶轮的空气动力学的要求，根部变圆角，以及大扭角是叶片使用频率最高的两种结构模式，这种结构对于叶轮的加工工作有着更严格的规定。通常一般的铸件加工砂轮的使用，接着利用机械加工为规定形状；也可以是叶片分开，然后加工焊接在叶片和轮毂，然后通过研磨，抛光，使它看起来平滑一些。以上这几种措施不具有较高的技术含量，无法有效保证所加工出来的叶轮曲面精度，表面质量低下，这些因素都在很大程度上对叶轮的使用性能方面产生了不利的影响。在最近这些年，多轴联动数控技术取得了显著的进步，这一进步将整体叶轮类零件的加工工艺变成了即将就会实现的工作。由于叶轮的加工技术的复杂性，叶轮的一般形状的结构在制造过程中具有很大的难度，而且还是研究过程中的重点内容。要想使得这个问题得到有效处理，必须要通过多方面的调查考证和研究，提升整体叶轮五轴数控的加工技术。

1 整体叶轮五轴数控加工工艺分析

1.1 叶轮几何模型特征分析

对流道，以及叶轮的叶片等各方面的特点和优势进行研究，从而获得精确的清根的特征，流道面，以及叶片曲面等结构的参数，以及确定叶片表面到底是属于哪一个类型的。叶片作为整体叶轮的重要体素，一共有自由曲面（即不是直线条纹的曲面）和直纹曲面两种类型，这两种类型里面非可展直纹面以及可展直纹面又是直纹面的又一层划分。同时，必须要全面了解进水口以及出水口具体有多宽等一系列参数值，才能在刀具的选择过程中，以及加工轨迹的设计过程中做出科学的制定和选择。

1.2 整体叶轮加工工艺方案

结合产品的特点，以及叶轮具体应该怎样使用，才能保证制定出来的加工工艺流程更加科学合理：（1）在锻铝材料上车削加工回转体的具体外形；（2）把流道部分设置加工得更粗一些；（3）对于流道部分必须要注意精细化加工；（4）对于叶片也要注意精细化加工；（5）清根。在这篇文章中，具体规划并研究了加工轨迹的设定，叶片进行精细化加工，设置并加工流道部分等几个方面。结合整体叶轮的具体结构特点，对于怎样装夹，夹具，刀具参数，以及作业过程中需要使用机床的类型等各个方面，我们都会有一个具体的了解。

要想最大程度上保证加工效率得到提升，必须要保证加工过程中不能出现碰撞等具有干涉性的行为，此外，大直径铣刀是最合适的加工工具，在诸多的铣刀类型中最为合适的便是多刃铣刀。但是平底铣刀对于流道粗加工工艺来说是不二的选择，球头铣刀便是精细化加工叶片，以及流道时最为合适的工具。锥度球头铣刀比较适用于加工一些流道不是很宽的叶轮。

2 面向特征规划叶轮加工轨迹

有许许多多的编程多坐标数据加工的办法都是由UG NX3.0提供的，在对叶轮加工轨迹进行设置和规划时，使用频率最高的办法就是Surface Area（曲面区域）驱动方式。有许许多多的控制刀轴的办法都是由Surface Area提供的，在这诸多的办法里面，在对整体叶轮的加工轨迹进行射虎资和规划的过程中，Swarf（直纹面），Interpolate（插补），以及Relative to Drive（和驱动几何比较相似）这几种办法是最有效也是最实用的。

在过去，大部分文件中都有关于整体叶轮数控加工的记载，在对加工轨迹进行规划设计规划时，必须要结合可能出现的误差，以及精确度来考虑，由于很少使用整体但是却没有全面考虑它的使用，磨损和故障情况的势力轮。结合已经知道的使用叶片的条件，在对整体叶轮数控加工轨迹进行设计的时候，加工过程中可能出现的误差，以及精确度的把握需要考虑到以外，同时对于加工轨迹的设计必须要根据叶轮片的受力方向来进行，这种做法对叶轮片刚度，以及强度的提升都有着很大的作用。

2.1 流道特征开粗加工轨迹规划

在对流道开粗和加工时，要想保证精细化加工的质量以及效率，必须要加大对主要加工余量的清除工作，这样可以有效促进开粗加工工作的水平有所提升。叶轮型线的分布状况比较平衡，但是叶轮流道部分的加工余量却恰恰与之相反，在切割的时候改变切削深度，改用强度更严重的工具，会使得刀具的使用时间减少很多，加工的水平也得不到保证，因此对于加工轨迹的规划设计必须要通过深思熟虑，科学合理的设计。

流道开粗加工这一步骤一般来说不是一蹴而就的，而是会分为很多环节来进行。叶片型面上的分割流道区域是呈V型分布的，这对粗加工过程中每层厚度的均匀具有积极地促进作用，同时也保证了加工进行的稳定性。驱动面的设置是在入口和出口限定了一些辅助面，干涉检查面的选择可以从两边的叶片中挑选。

2.2 流道特征精加工轨迹规划

根据叶片型线的分布规律，整体叶轮的流道部分也是从刚开始的窄逐渐变宽，同时叶片最完全的地方也就是整体叶轮流道部分最窄的部分，所以这个地方出现干涉碰撞的频率十分高。对于一些叶片和叶片之间有很多重叠的部分的叶片加工轨迹的设计和规矩工作，可以使用Interpolate刀轴控制这种方法，所以说，流道轨迹的精细化加工也十分适用于这种方法。除了Interpolate刀轴控制，Relative to Vector，Relative to Drive等几种方法也是经常会被人们使用的。

需要注意的是，只有对进退刀参数，以及加工参数进行科学的设计规划，才能最大程度上保证流道精细化加工的质量和水平。

2.3 干涉检查几何的选择

加工轨迹加工过程中对于碰撞干涉程度的检测是否能够顺利进行，很大程度上都取决于整体叶轮的几何型面是简单还是复杂。只有通过对干涉面进行充分的全面的检查，才能最大程度上防止干涉碰撞和过切。我们通常会碰到的碰撞干涉的种类有以下3种：（1）干涉情况发生在相邻叶片和刀具之间；（2）干涉情况发生在叶片自身和刀具之间；（3）干涉情况发生在与被加工部分相连接的地方和刀具之间。

综上所述，本文通过对整体叶轮的数控加工技术的详细分析和研究，以及使用Interpolate这一方法，这种方法是由NX3.0提供的，同时也进行叶片特征的测铣加工轨迹的设计规划，对于整体叶轮数控加工的过程和措施进行了全面总结，对于整体叶轮加工效率和水平的提高具有重要的促进作用。

【参考文献】

[1]彭芳瑜，邹孝明，丁继东，等.面向特征的整体叶轮五轴数控加工技术[J].中国制造业信息化：学术版，2007，36（1）：51-53.

[2]陈文涛，夏芳臣，涂海宁.基于UG&VERICUT整体式叶轮五轴数控加工与仿真[J].组合机床与自动化加工技术，2012（2）：102-104.

[3]李群，陈五一，单鹏，等.基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究[J].航天制造技术，2007（4）.

[4]付大鹏，马艳丽.基于Cimatron E8.5的涡轮增压器整体叶轮五轴数控加工技术研究[J].制造业自动化，2012，34（15）：16-18.

[5]丁刚强.整体叶轮五轴数控加工技术的研究[J].制造技术与机床，2013（4）：100-103.

[责任编辑：王伟平]