浅谈整体叶轮五轴数控加工技术刘辉

刘辉

重庆长征重工有限责任公司400083

摘要：整体叶轮作为动力机械的核心部件，在航空航天、能源动力等领域应用日益广泛。叶轮加工质量的好坏直接影响到叶轮的空气动力性能和整个动力装置的机械效率。而叶轮由于其特殊的形状结构，使得叶轮的加工成为机械机加工领域的一个难点，因此对叶轮加工的关键技术进行研究具有重要的意义。本文利用单位现有的五轴加工中心，借助于编程软件HyperMILL对整体式叶轮的五轴数控加工关键技术进行研究。

关键词：整体叶轮；五轴数控；加工技术

1整体叶轮五轴数控加工工艺分析

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叶轮五轴加工

2.1叶轮五轴加工的工艺参数

由于叶轮的叶片太薄，吃刀量过大容易造成叶片的变形与断裂，太慢又严重影响加工效率；而切削速度太慢容易造成表面挤压变形，过快又容易造成表面的颤纹；进给速度太快容易造成表面应力过大，太慢则达不到加工的目的。本文的切削参数是根据刀具的材料、机床性能、加工材料及操作者的多年工作经验和多次切削试验得来。

2.2叶轮五轴加工轨迹生成

本叶轮的五轴部分由HyperMILL软件进行加工，通过对叶轮模型的处理，对加工方法的选择，对刀具的选择，对软件参数的设定和对高速加工路径的规划，叶轮五轴加工轨迹生成过程和加工方法，如表1所示。

2.3叶轮加工代码生成

在HyperMILL后置处理构造器中根据机床的特性设定好机床的坐标参数与旋转轴，根据HeidenhainiTNC530数控系统的各命令功能设置编辑后置处理器。经过数据转换和对HeidenhainiTNC530数控系统命令的翻译，可把加工得到的刀轨文件转换成符合MIKRONUCP800NC机床的NC代码。

2.4叶轮加工仿真和加工效果

2.4.1叶轮加工仿真

对于复杂曲面的五轴联动数控编程来说，由于曲面复杂，且大多为自由曲面，在编程时容易产生不易察觉的过切等干涉现象。并且，在五轴联动数控机床的加工中，NC铣头的旋转或工件旋转很容易发生干涉和碰撞现象，造成工件、刀具甚至机床的损坏。因此，在实际加工中，即使很有经验的工程师也需要进行试切，对程序进行反复的调试，造成了人力、时间、能源和材料的浪费，且效率低下。数控加工仿真是一条行之有效的、最经济的数控程序验证途径，与其他检验方法相比，具有以下优点：

1）降低生产成本。数控仿真减少了试切材料的浪费，延长了机床及刀具寿命。

2）降低时耗，缩短生产周期，提髙生产效率。

3）及时提供错误信息的反馈，有效预测数控加丁程序和切削过程的可靠性及髙效性。

4）可对一些意外情况进行控制。由于计算机仿真可模拟现场，更由于可对各种情况进行综合分析，如加工过程中刀具、工件的应力、应变分析，因此可以避免意外情况的发生。

现代数控加工过程的动态仿真典型方法有两种：一种是刀具运动轨迹仿真，这种仿真方法一般的CAD/CAM软件都具备；另一种是同时动态显示刀具模型、零件模型、夹具模型和机床模型的机床仿真系统，典型的代表有UGIICAD/CAM集成系统巾Unisim机床仿真工具及专门的动态仿真软件Vericut。目前使用比较多的是较简单的前一种方法，即刀位轨迹的显示验证，其基本思想是：从曲面造型结果中取出所有加工表而及相关型面，从刀位计算机结果中取出刀位轨迹信息，然后将它们组合起来进行显示，从而判断走刀轨迹上的刀心位罝、刀轴矢量、刀具与加工表而的相对位罝以及进退刀方法是否合理。

通过机床仿真能够真实地反映出叶轮实际加工情况，能够检查过切、碰撞等现象，能够计算加工所需时间，并且能够通过软件的分析功能检查仿真加工后叶轮的尺寸精度，也可以调入设计模型同仿真加工后的模型进行比较，对采取不同加工方案和加工策略的程序进行仿真。根据加工仿真得到的数据可以判别加工方案和加工策略的优劣，有利于工程师对加工方案的选取，通过仿真能够发现程序中存在的问题，并在实际加工发生之前进行修改，大大提高了编程效率，节约了成本。应用仿真技术还可以对程序进行优化，改变程序不同位置的进给率以保持每齿切削量和金属去除率的恒定。对优化后的程序可以再进行切削仿真以检验其是否令人满意，觉得不合适可以适当调整参数再优化，直到满意为止。最后通过MIKRONUCP800NC机床完成零件加工。

3结语

叶轮是在高旋转速度下工作的零件，对制造要求的水平非常高，制造质量对叶轮的性能有着重要影响，因此要制造出与设计要求相符的叶轮，不仅要有良好的制造方法，还要有良好的工艺做保证。

参考文献：

[1]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.

[2]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.