陳　雪，張立偉

(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.德馬吉森精機(jī)床貿(mào)易有限公司 技術(shù)部，北京 100000)

基于五軸萬(wàn)能復(fù)合加工中心的葉輪加工工藝方案

陳雪1，張立偉2

(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.德馬吉森精機(jī)床貿(mào)易有限公司 技術(shù)部，北京 100000)

摘要：根據(jù)葉輪零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇在五軸萬(wàn)能復(fù)合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK上進(jìn)行加工，利用A-C旋轉(zhuǎn)軸功能，來(lái)滿足該類回轉(zhuǎn)復(fù)雜曲面零件的加工要求。提出了葉輪型面可行的工裝方案以及合理的加工工藝方案。實(shí)踐證明，該方法可行有效，不僅滿足了葉輪型面的精度要求，而且提高了生產(chǎn)效率，成功實(shí)現(xiàn)了高速、高精度和高效率的加工。

關(guān)鍵詞：葉輪；工藝方案；五軸銑削

葉輪類零件在軍工、冶金、石化和礦山等許多行業(yè)中廣泛應(yīng)用，如風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)等[1]。在汽輪機(jī)的工作過(guò)程中，葉輪是一個(gè)非常重要的部件，其質(zhì)量的好壞直接影響汽輪機(jī)的使用性能。葉輪的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸精度高，外形輪廓度要求高；另外，對(duì)于葉輪的動(dòng)平衡也有特殊要求。為了保證葉輪的整體精度，采用了一些可行的關(guān)于加工葉輪工裝及加工的工藝方案。經(jīng)過(guò)試生產(chǎn)，葉輪各項(xiàng)質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成功生產(chǎn)出了符合要求的葉輪，并降低了生產(chǎn)成本。

圖1　葉輪零件圖

1葉輪的加工設(shè)備與工裝方案

葉輪零件圖如圖1所示。已知該葉輪零件的材質(zhì)為1Cr12Ni2MoWVNbN，硬度為40～45 HRC，毛坯為精密鑄造。圖1中葉輪完整型面為本次機(jī)械加工部位，最大的加工難點(diǎn)是變形問(wèn)題。由于葉輪是開(kāi)式結(jié)構(gòu)，工件剛度小，葉片厚度又太薄，導(dǎo)致工件極易變形；同時(shí)，由于葉片數(shù)量是奇數(shù)(19片)，不僅給定位夾緊及測(cè)量造成了一定的困難，同時(shí)也使加工后的工件更易變形[2]。

德馬吉生產(chǎn)的五軸萬(wàn)能復(fù)合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK(見(jiàn)圖2)具有X、Y、Z等3個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸(A、C)，最大的優(yōu)勢(shì)在于五軸可以聯(lián)動(dòng)。對(duì)于加工零件來(lái)說(shuō)，合成運(yùn)動(dòng)可使刀具在五軸的空間內(nèi)任意控制，保證了切削曲面可加工到位，并避免了刀具對(duì)工件的誤切削。與三軸、四軸加工中心相比，其具有更廣的工藝范圍，能以更高的加工精度和更好的加工質(zhì)量進(jìn)行葉輪型面的完整加工，特別適宜于大型復(fù)雜曲面零件的加工[3]。加工中心如圖2所示，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2　加工中心DMU 125 FD duoBLOCK

機(jī)床型號(hào)行程/mmX軸Y軸Z軸主軸功率/kW主軸轉(zhuǎn)速/r·min-1X/Y/Z向快移速度/m·min-1刀庫(kù)容量/把NC回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速/r·min-1銑車工作臺(tái)轉(zhuǎn)速/r·min-1轉(zhuǎn)臺(tái)直徑/mm工作臺(tái)最大承重/kgDMU125FDduoBLOCK125010001000400～10000604090020～5005002300

在葉輪零件的加工過(guò)程中，為滿足加工需求，應(yīng)使用專用夾具進(jìn)行裝夾[4]。葉輪專用夾具圖如圖3所示，該工序零件的裝夾示意圖如圖4所示。設(shè)計(jì)時(shí)以定位盤的圓柱面和φ382 mm圓柱的上表面為定位面，限制工件的5個(gè)自由度(分別是X、Y軸的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)以及Z軸的移動(dòng))，再用圓端蓋、螺桿及帶肩螺母夾緊工件，限制工件Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

圖3　葉輪夾具圖

圖4　零件的裝夾示意圖

2葉輪型面的加工工藝方案

2.1加工工藝參數(shù)

五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心銑削加工葉輪型面的加工工藝方案由如下工序組成：精加工葉輪外輪廓→開(kāi)槽粗加工→二次粗加工→清根去除葉片與流道轉(zhuǎn)接圓角余量→二次清根去除葉片與流道轉(zhuǎn)接圓角余量→葉片及流道的半精加工→葉片曲面精加工→流道精加工→葉片圓角精加工。

葉輪型面加工工藝方案見(jiàn)表2，工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表2　葉輪型面加工工藝方案

表3　葉輪型面加工工藝參數(shù)

圖5　葉片精加工　　　　　　圖6　圓角精加工

2.2刀具類型

在葉輪型面加工過(guò)程中，所用刀具類型有外圓車刀、圓鼻銑刀、球頭刀和錐度球頭刀。刀具參數(shù)見(jiàn)表4。

表4　刀具類型

3結(jié)語(yǔ)

采用德馬吉生產(chǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)萬(wàn)能復(fù)合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK，并選擇A-C軸結(jié)構(gòu)，非常適合該類回轉(zhuǎn)復(fù)雜曲面零件的加工。工件材質(zhì)為1Cr12Ni2MoWVNbN，硬度為40～45 HRC，在汽輪機(jī)行業(yè)內(nèi)屬于較常用高溫不銹鋼，其綜合力學(xué)性能非常好；但同時(shí)也給加工帶來(lái)了很大的困難。加工的刀具線速度多采用vc=20～60 m/min，每齒切削量為0.03～0.18 mm，可以比較好地加工該零件，最終加工表面粗糙度Ra為1.6 μm。經(jīng)實(shí)踐證明，該種加工工藝高效可行，不僅滿足了葉輪型面的精度要求，而且提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本，成功實(shí)現(xiàn)了高速、高精度和高效率的多軸加工。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧雪艷. 數(shù)控加工編程操作技巧與禁忌[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 金娥，代建春.不銹鋼葉輪加工工藝的改進(jìn)[J].機(jī)械工程師，2008(9)：160.

[3] 曾豪華.基于UGNX6.0的整體葉輪加工工藝及數(shù)控編程[J].機(jī)械工程師，2011(8)：72-74.

[4] 劉艷申.基于CAXA制造工程師2013的五軸葉輪加工[J].新技術(shù)新工藝，2014(12):3-6.

責(zé)任編輯鄭練

Processing Scheme of the Impeller based on the Five-axis Universal Compound Machining Center

CHEN Xue1, ZHANG Liwei2

(1.Numerical Control Department of Baotou Vocational & Technical College, Baotou 014030, China;

2.DMG Bed Mori Seiki Trading Co., Ltd., Technical Department, Beijing 100000, China)

Abstract：According to the structure of impeller parts, consider the processing in the five-axis shaft universal compound machining center DMU 125 FD duoBLOCK using the A-C axis of rotation function to meet this kind of rotary and complex curved surface parts requirement. And put forward the feasible impeller type surface tooling plan and the reasonable processing technology scheme. From the practice, this method is feasible and efficient, not only to meets the requirement of the accuracy of the impeller type, but also improves the production efficiency, and successfully realize the processing in high speed, high precision and high efficiency.

Key words:impeller, process planning, five-axis milling

收稿日期：2015-03-26

作者簡(jiǎn)介：陳雪(1982-)，女，講師，工程碩士，主要從事數(shù)控技術(shù)專業(yè)教學(xué)和科研等方面的工作。

中圖分類號(hào)：TH 162+.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B