西安航天動力機械廠 (陜西 710025)王宏剛 李梅明

葉輪類零件廣泛應(yīng)用于航空、航天等軍工領(lǐng)域和民用壓縮機、膨脹機、泵等行業(yè)，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣對整機性能有著決定性影響。整體葉輪結(jié)構(gòu)緊湊，氣動效率高，但其結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，為了加工出精確的葉片外形往往需要五軸數(shù)控機床。數(shù)控程序的編制是加工整體葉輪的關(guān)鍵技術(shù)，本文講解如何在滿足葉輪精度要求的前提下，提高加工效率，以及如何使用Pro/E 編程軟件進行刀路規(guī)劃。

1.機床結(jié)構(gòu)分析

DMG200P 機床結(jié)構(gòu)如圖1 所示，具有五個運動軸，三個平移運動軸(X，Y，Z)，一個刀頭擺動軸B ［0°，180°］，一個工作臺轉(zhuǎn)動軸C ［-30°，360°］。其最大特點是B 軸擺動中心線不與機床坐標(biāo)系Y 軸重合，而是在YZ 平面內(nèi)與Y 軸夾角45°。這種結(jié)構(gòu)特點是可以實現(xiàn)立臥加工轉(zhuǎn)換，在B 軸為發(fā)生轉(zhuǎn)動使刀軸與Z 軸重合實現(xiàn)立式加工。B 軸擺動180°時，刀軸與Y 軸重合實現(xiàn)臥加工，并且機床在立式和臥式加工時都有很好的剛性。

圖1 機床結(jié)構(gòu)

2.葉輪加工工藝

五軸機床在進行線性運動而沒有轉(zhuǎn)動運動時其剛性好，加工效率高。DMG200P 機床優(yōu)點在于可以方便實現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換，在兩個方向?qū)崿F(xiàn)高效三軸加工?；跈C床這一優(yōu)點在粗加工時可以考慮采用高效的三軸加工，并且在立臥兩個方向都進行粗加工，盡可能減少精加工余量，在進行葉輪型面加工時也可以考慮采用三軸加工，對于曲率變化較大無法進行三軸加工的再進行五軸加工。具體加工及編程過程如下:

(1)車削葉輪外形 首先通過車削輪廓功能提取出葉輪車削輪廓如圖2 所示，再編制葉輪車削加工程序。

圖2 車削輪廓

(2)立式粗銑加工 首先利用銑削窗口工具確定編程加工范圍，根據(jù)葉片在XY 平面的投影外形繪制出最大銑削范圍，如圖3 所示。再采用體積塊粗加工編程策略分層加工，刀具選用φ6mm 端銑刀，每層加工深度0.3mm，粗加工余量0.5mm，進刀方式選擇體積外進刀，生成程序如圖4 所示，通過陣列功能生成其余5 個區(qū)域加工程序。通過VERICUT 軟件進行仿真加工，粗加工后葉輪形狀如圖5所示。

圖3 立式粗銑編程范圍

圖4 立式粗銑編程刀路

圖5 立式粗銑仿真加工

(3)臥式粗加工首先利用銑削窗口工具確定編程加工范圍，在選擇加工范圍時，需要選擇合理的平面作為葉片的投影平面，使得葉片在此平面上的投影區(qū)域都可以通過臥式加工完成，刀具不會和產(chǎn)品產(chǎn)生干涉，銑削窗口如圖6 所示。再采用體積塊粗加工編程策略分層加工，加工參數(shù)與立式加工一致，刀具選用φ6mm端銑刀。仿真加工后的葉輪模型如圖7 所示。

圖6 立式粗銑編程范圍

圖7 立式粗銑仿真加工

(4)葉片精加工 通過分析葉片曲率變化，葉片內(nèi)側(cè)曲面可以通過臥式三軸加工完成，通過選擇合適的投影平面，將葉片投影到此平面以確定刀軸方向和刀路軌跡，確保刀具與產(chǎn)品不干涉。采用三軸曲面銑削編程策略，生成加工程序，刀路如圖8 所示，通過陣列生成其余葉片加工程序，刀具選用φ4R2mm 球頭刀，仿真加工后的葉輪形狀如圖9 所示。

圖8 葉片內(nèi)側(cè)加工刀路

圖9 葉片內(nèi)側(cè)仿真加工

葉片外側(cè)曲面由于曲率變化大需要采用五軸聯(lián)動加工，采用五軸曲面銑削編程策略，通過軸定義選項(見圖10)控制刀具軸方向，規(guī)劃出合理的刀具路徑，如圖11 所示，通過陣列生成其余葉片加工程序，刀具選用φ4R2mm 球頭刀，仿真加工后的產(chǎn)品如圖12 所示。

圖10 刀軸控制選項

圖11 葉片外側(cè)加工刀路

圖12 葉片外側(cè)仿真加工

(5)流道精加工

采用五軸曲面銑削編程策略編制流道曲面加工程序，通過軸定義選項控制刀具軸方向，刀路軌跡如圖13 所示，刀具選用φ4R2mm 球頭刀，仿真加工后最終葉輪形狀如圖14所示。

圖13 流道面加工刀路

圖14 流道面仿真加工

3.實際加工驗證

通過VERICUT 仿真軟件已經(jīng)對數(shù)控程序進行了仿真驗證，將數(shù)控程序?qū)霗C床進行實際加工。實際加工后的葉輪形狀如圖15 所示。通過三坐標(biāo)檢測，符合尺寸精度和表面粗糙度要求。

圖15 實際加工葉輪

4.結(jié)語

利用機床的立臥轉(zhuǎn)換功能加工葉輪，加工效率明顯提高，刀具損耗明顯下降，而且編程方法簡單。