談?wù)務(wù)w葉輪五軸數(shù)控加工技術(shù)

覃業(yè)彬

【摘 要】在設(shè)計(jì)整體葉輪數(shù)控加工工藝的過程中，必須要結(jié)合實(shí)際情況，并且也要考慮到葉輪的運(yùn)行要求，以及加工力度，在對(duì)具有流道特征的開粗加工和精加工軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，可以使用Interpolate這一方法，這種方法是由NX3.0提供的，以及在進(jìn)行葉片特征的測銑加工軌跡的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，可以使用Swarf這一方法。該工具的軌跡可以看做一個(gè)合理仿真，作為最后用HNC—22M的數(shù)控系統(tǒng)中心軸VMC-1100加以處理，可以使整體葉輪的加工工作更加順利。

【關(guān)鍵詞】整體葉輪；五軸數(shù)控加工；加工軌跡規(guī)劃；測銑；UG；NX

整體葉輪是在所有的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，它的諸多作用里面一個(gè)關(guān)鍵部分是提供機(jī)械功，持續(xù)進(jìn)行氣體壓縮，然后轉(zhuǎn)到外面去。氣體中所造成的壓強(qiáng)和壓力的增加，速度也會(huì)更快。所以，葉輪必須要滿足以下條件：首先，氣體流過輪的受損程度要保證是最小的，也就是說，氣體從葉輪經(jīng)過時(shí)候的速度要快，質(zhì)量要好；其次，是葉輪的類型允許的穩(wěn)定工作和高頻率整體性能曲線更廣闊的領(lǐng)域。良好的結(jié)構(gòu)形狀能夠最大程度確保葉輪的性能的發(fā)揮。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要改變?nèi)舾纱?，?yōu)化并確定提升試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的葉片和輪廓的數(shù)量。

怎樣進(jìn)行整體葉輪的加工工作這個(gè)問題已經(jīng)出現(xiàn)很長時(shí)間了，仍然還沒有得到有效解決。葉片之間有大量的材料必須清除。以滿足葉輪的空氣動(dòng)力學(xué)的要求，根部變圓角，以及大扭角是葉片使用頻率最高的兩種結(jié)構(gòu)模式，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于葉輪的加工工作有著更嚴(yán)格的規(guī)定。通常一般的鑄件加工砂輪的使用，接著利用機(jī)械加工為規(guī)定形狀；也可以是葉片分開，然后加工焊接在葉片和輪轂，然后通過研磨，拋光，使它看起來平滑一些。以上這幾種措施不具有較高的技術(shù)含量，無法有效保證所加工出來的葉輪曲面精度，表面質(zhì)量低下，這些因素都在很大程度上對(duì)葉輪的使用性能方面產(chǎn)生了不利的影響。在最近這些年，多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，這一進(jìn)步將整體葉輪類零件的加工工藝變成了即將就會(huì)實(shí)現(xiàn)的工作。由于葉輪的加工技術(shù)的復(fù)雜性，葉輪的一般形狀的結(jié)構(gòu)在制造過程中具有很大的難度，而且還是研究過程中的重點(diǎn)內(nèi)容。要想使得這個(gè)問題得到有效處理，必須要通過多方面的調(diào)查考證和研究，提升整體葉輪五軸數(shù)控的加工技術(shù)。

1 整體葉輪五軸數(shù)控加工工藝分析

1.1 葉輪幾何模型特征分析

對(duì)流道，以及葉輪的葉片等各方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行研究，從而獲得精確的清根的特征，流道面，以及葉片曲面等結(jié)構(gòu)的參數(shù)，以及確定葉片表面到底是屬于哪一個(gè)類型的。葉片作為整體葉輪的重要體素，一共有自由曲面（即不是直線條紋的曲面）和直紋曲面兩種類型，這兩種類型里面非可展直紋面以及可展直紋面又是直紋面的又一層劃分。同時(shí)，必須要全面了解進(jìn)水口以及出水口具體有多寬等一系列參數(shù)值，才能在刀具的選擇過程中，以及加工軌跡的設(shè)計(jì)過程中做出科學(xué)的制定和選擇。

1.2 整體葉輪加工工藝方案

結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，以及葉輪具體應(yīng)該怎樣使用，才能保證制定出來的加工工藝流程更加科學(xué)合理：（1）在鍛鋁材料上車削加工回轉(zhuǎn)體的具體外形；（2）把流道部分設(shè)置加工得更粗一些；（3）對(duì)于流道部分必須要注意精細(xì)化加工；（4）對(duì)于葉片也要注意精細(xì)化加工；（5）清根。在這篇文章中，具體規(guī)劃并研究了加工軌跡的設(shè)定，葉片進(jìn)行精細(xì)化加工，設(shè)置并加工流道部分等幾個(gè)方面。結(jié)合整體葉輪的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于怎樣裝夾，夾具，刀具參數(shù)，以及作業(yè)過程中需要使用機(jī)床的類型等各個(gè)方面，我們都會(huì)有一個(gè)具體的了解。

要想最大程度上保證加工效率得到提升，必須要保證加工過程中不能出現(xiàn)碰撞等具有干涉性的行為，此外，大直徑銑刀是最合適的加工工具，在諸多的銑刀類型中最為合適的便是多刃銑刀。但是平底銑刀對(duì)于流道粗加工工藝來說是不二的選擇，球頭銑刀便是精細(xì)化加工葉片，以及流道時(shí)最為合適的工具。錐度球頭銑刀比較適用于加工一些流道不是很寬的葉輪。

2 面向特征規(guī)劃葉輪加工軌跡

有許許多多的編程多坐標(biāo)數(shù)據(jù)加工的辦法都是由UG NX3.0提供的，在對(duì)葉輪加工軌跡進(jìn)行設(shè)置和規(guī)劃時(shí)，使用頻率最高的辦法就是Surface Area（曲面區(qū)域）驅(qū)動(dòng)方式。有許許多多的控制刀軸的辦法都是由Surface Area提供的，在這諸多的辦法里面，在對(duì)整體葉輪的加工軌跡進(jìn)行射虎資和規(guī)劃的過程中，Swarf（直紋面），Interpolate（插補(bǔ)），以及Relative to Drive（和驅(qū)動(dòng)幾何比較相似）這幾種辦法是最有效也是最實(shí)用的。

在過去，大部分文件中都有關(guān)于整體葉輪數(shù)控加工的記載，在對(duì)加工軌跡進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，必須要結(jié)合可能出現(xiàn)的誤差，以及精確度來考慮，由于很少使用整體但是卻沒有全面考慮它的使用，磨損和故障情況的勢力輪。結(jié)合已經(jīng)知道的使用葉片的條件，在對(duì)整體葉輪數(shù)控加工軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，加工過程中可能出現(xiàn)的誤差，以及精確度的把握需要考慮到以外，同時(shí)對(duì)于加工軌跡的設(shè)計(jì)必須要根據(jù)葉輪片的受力方向來進(jìn)行，這種做法對(duì)葉輪片剛度，以及強(qiáng)度的提升都有著很大的作用。

2.1 流道特征開粗加工軌跡規(guī)劃

在對(duì)流道開粗和加工時(shí)，要想保證精細(xì)化加工的質(zhì)量以及效率，必須要加大對(duì)主要加工余量的清除工作，這樣可以有效促進(jìn)開粗加工工作的水平有所提升。葉輪型線的分布狀況比較平衡，但是葉輪流道部分的加工余量卻恰恰與之相反，在切割的時(shí)候改變切削深度，改用強(qiáng)度更嚴(yán)重的工具，會(huì)使得刀具的使用時(shí)間減少很多，加工的水平也得不到保證，因此對(duì)于加工軌跡的規(guī)劃設(shè)計(jì)必須要通過深思熟慮，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

流道開粗加工這一步驟一般來說不是一蹴而就的，而是會(huì)分為很多環(huán)節(jié)來進(jìn)行。葉片型面上的分割流道區(qū)域是呈V型分布的，這對(duì)粗加工過程中每層厚度的均勻具有積極地促進(jìn)作用，同時(shí)也保證了加工進(jìn)行的穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)面的設(shè)置是在入口和出口限定了一些輔助面，干涉檢查面的選擇可以從兩邊的葉片中挑選。

2.2 流道特征精加工軌跡規(guī)劃

根據(jù)葉片型線的分布規(guī)律，整體葉輪的流道部分也是從剛開始的窄逐漸變寬，同時(shí)葉片最完全的地方也就是整體葉輪流道部分最窄的部分，所以這個(gè)地方出現(xiàn)干涉碰撞的頻率十分高。對(duì)于一些葉片和葉片之間有很多重疊的部分的葉片加工軌跡的設(shè)計(jì)和規(guī)矩工作，可以使用Interpolate刀軸控制這種方法，所以說，流道軌跡的精細(xì)化加工也十分適用于這種方法。除了Interpolate刀軸控制，Relative to Vector，Relative to Drive等幾種方法也是經(jīng)常會(huì)被人們使用的。

需要注意的是，只有對(duì)進(jìn)退刀參數(shù)，以及加工參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，才能最大程度上保證流道精細(xì)化加工的質(zhì)量和水平。

2.3 干涉檢查幾何的選擇

加工軌跡加工過程中對(duì)于碰撞干涉程度的檢測是否能夠順利進(jìn)行，很大程度上都取決于整體葉輪的幾何型面是簡單還是復(fù)雜。只有通過對(duì)干涉面進(jìn)行充分的全面的檢查，才能最大程度上防止干涉碰撞和過切。我們通常會(huì)碰到的碰撞干涉的種類有以下3種：（1）干涉情況發(fā)生在相鄰葉片和刀具之間；（2）干涉情況發(fā)生在葉片自身和刀具之間；（3）干涉情況發(fā)生在與被加工部分相連接的地方和刀具之間。

綜上所述，本文通過對(duì)整體葉輪的數(shù)控加工技術(shù)的詳細(xì)分析和研究，以及使用Interpolate這一方法，這種方法是由NX3.0提供的，同時(shí)也進(jìn)行葉片特征的測銑加工軌跡的設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)于整體葉輪數(shù)控加工的過程和措施進(jìn)行了全面總結(jié)，對(duì)于整體葉輪加工效率和水平的提高具有重要的促進(jìn)作用。

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[責(zé)任編輯：王偉平]