高睿杰， 高崇， 顧濤

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

整體葉輪的數(shù)控加工工藝研究與實施

高睿杰， 高崇， 顧濤

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

根據(jù)整體葉輪的零件圖樣，文中分析了葉輪結(jié)構(gòu)，確定葉輪的加工內(nèi)容和加工要求。設(shè)計了葉輪加工工藝路線，選用合適的毛坯、刀具和夾具，編制了葉輪的五軸銑削程序，完成了葉輪加工，闡述了葉輪類零件的一般加工過程。

葉輪；刀具；加工工藝

0 引 言

整體葉輪是離心式空氣壓縮機中的核心零件，其作用是將電動機的機械能轉(zhuǎn)化為空氣動能，提高輸出空氣的壓力。整體葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，尤其是加工葉片和流道時，容易產(chǎn)生干涉，流道寬度比較小，無法使用大直徑刀具，加工效率低。

1 圖樣分析

本文所研究整體葉輪零件圖樣如圖1所示，該葉輪為半開放式整體葉輪，葉片數(shù)量為17，是某離心式空氣壓縮機的核心零件，葉輪三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。該葉輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，葉片扭曲程度比較高，主要有葉片、流道、圓角、孔等特征。葉輪的主要加工難點為葉片面、流道面和葉根圓角，此位置加工時容易產(chǎn)生干涉，并且只能采用小刀具加工，效率低，葉輪內(nèi)孔尺寸要求以及內(nèi)孔與葉輪外輪廓的同軸度要求都比較高，零件主要加工內(nèi)容如表1所示。

圖1 葉輪零件圖

圖2 葉輪三維模型

表1 加工內(nèi)容

2 制定工藝路線

該葉輪分4次裝夾，毛坯選用圓柱棒料，第1次裝夾采用三爪夾盤夾持，完成葉輪打孔和粗車；第2次裝夾采用三爪夾盤夾持，完成葉輪底面臺階圓、臺階孔精車；第3次裝夾采用三爪夾盤和軟爪夾持，完成葉輪孔和輪轂的精車；第4次裝夾采用專用夾具夾持，完成葉輪銑削加工。工藝路線制定如下：1）備料。0Cr17Ni4Cu4Nb棒料，尺寸為φ220 mm×95 mm。2）打孔。在數(shù)控車床上用三爪夾盤夾持，打孔直徑為16 mm，深度貫通。3）粗車。粗車葉輪輪轂面，留2 mm精車余量。4）精車葉輪底面。在數(shù)控車床上零件掉頭，用三爪夾盤夾持，精車葉輪底面臺階外圓和臺階孔。5）精車葉輪包履面。在數(shù)控車床上用三爪夾盤和軟爪夾持。葉輪底面臺階外圓，精車內(nèi)孔和輪轂面。6）葉輪粗銑。在五軸聯(lián)動加工中心上用專用夾具夾持，粗銑葉輪，流道方向和葉片方向各留0.5 mm精銑余量。7）粗銑葉片前緣。粗銑葉片前緣，留0.5 mm精銑余量。8）葉片半精加工。半精加工葉片，葉片方向留0.2 mm精銑余量，流道方向留0.5 mm精銑余量。9）流道半精加工。半精加工流道，流道方向留0.2 mm精銑余量，葉片方向留0.5 mm精銑余量。10）葉片精加工。精加工葉片至零件圖樣要求。11）流道精加工。精加工流道至零件圖樣要求。12）葉根圓角精加工。精加工葉根圓角至零件圖樣要求。

3 毛坯選用

圖3 葉輪粗車裝夾示意圖

圖4 葉輪底面精車裝夾示意圖

圖5 葉輪包履面車削裝夾示意圖

圖6 葉輪銑削裝夾示意圖

該葉輪材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有高強度、高硬度和抗腐蝕等特性，廣泛應(yīng)用于制造軸類、汽輪機部件、航天渦輪機葉片等場合。0Cr17Ni4Cu4Nb由于硬度高，不容易斷屑等特點，切削性比較差，尺寸精度不容易控制。根據(jù)零件尺寸和機床性能，并考慮零件裝夾要求，選用直徑為220 mm，高度為95 mm的棒料。

4 夾具選用

該葉輪分4次裝夾，打孔粗車時，以毛坯作為基準(zhǔn)，選用三爪夾盤裝夾，工件軸向伸出量為85 mm，裝夾簡圖如圖3所示。車削葉輪底面時，采用已經(jīng)粗車完畢臺階外圓作為定位基準(zhǔn)，三爪夾盤裝夾，裝夾示意圖如圖4所示。車削包履面時，以已加工完畢的葉輪底面臺階圓為基準(zhǔn)，選用三爪夾盤和軟爪裝夾，裝夾示意圖如圖5所示。葉輪銑削時，以葉輪底面和葉輪軸孔作為定位基準(zhǔn)，使用專用夾具裝夾，裝夾示意圖如圖6所示。

表2 刀具列表

5 刀具和切削用量選用

葉輪銑削時，由于流道窄，只能使用直徑較小的刀具，為了提高刀具剛性，盡量采用帶有錐度的銑刀。選用山高刀具系統(tǒng)，查閱山高刀具手冊，選用刀具和切削用量如表2所示。

6 葉輪編程與加工

本文所涉葉輪加工分車削和銑削兩種加工方式，其中車削加工較為簡單，此處不再贅述。葉輪銑削屬于五軸聯(lián)動銑削加工，程序復(fù)雜編程困難。NX軟件自8.0版本后就提供了專門的葉輪加工模塊，本文使用NX10.0軟件的葉輪加工模塊，編制葉輪加工軌跡，如圖6所示，并通過后處理得到葉輪加工程序。

圖6 葉輪加工刀具軌跡

圖7 葉輪加工

選用德瑪吉DMU65monoBLOCK五軸聯(lián)動加工中心作為該葉輪加工設(shè)備。DMU65為AC軸搖籃結(jié)構(gòu)，配備海德漢530系統(tǒng)，具有很好的工藝能力和加工精度。將車削好的葉輪毛坯安裝在夾具上，并調(diào)整葉輪毛坯回轉(zhuǎn)軸線與機床C軸回轉(zhuǎn)軸線同軸，裝調(diào)好所有刀具，使用經(jīng)過后處理得到的加工程序，完成該葉輪加工，總加工時間為7.2 h，加工過程如圖7所示。

7 結(jié)語

本文以某企業(yè)離心式空氣壓縮機葉輪為研究對象，通過對葉輪結(jié)構(gòu)以及零件圖樣的分析，確定該葉輪的加工內(nèi)容和加工要求。根據(jù)葉輪加工特點設(shè)計了葉輪的加工工藝路線，設(shè)計了葉輪加工的裝夾方式，選用了葉輪加工刀具和切削參數(shù)。使用NX軟件編制了葉輪的加工程序，完成了葉輪加工。本文完整地闡述了葉輪的加工過程，對葉輪制造具有普遍的借鑒意義。

[1] 惠相君,馬宇峰.基于Mastercam的整體葉輪加工技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化,2015(3):29-32.

[2] 趙曉霞,劉毅.渦輪增壓葉輪加工工藝的分析[J].機電工程技術(shù),2014(7):27-31.

[3] 侯培紅,洪張,趙桐和.葉輪加工工藝及其裝夾解決方案[J].現(xiàn)代制造工程,2016(1):110-113.

[4] 王森,季燁.整體壓氣機葉輪加工工藝研究[J].機車車輛工藝,2012(6):16-17.

[5] 曹利新,蘇云玲,金玉淑.三元整體葉輪的幾何造型與數(shù)控加工刀具路徑規(guī)劃[J].推進技術(shù),2005(2):189-192.

[6] 丁剛強.整體葉輪五軸數(shù)控加工技術(shù)的研究[J].工藝與檢測,2013(4):100-102.

[7] 陳文濤,夏芳臣,涂海寧.基于UG＆VERICUT整體式葉輪五軸數(shù)控加工與仿真[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2012(2):103-104.

[8] 于斐,,蔣玲玲.基于VERICUT的整體葉輪五軸聯(lián)動數(shù)控加工仿真[J].機械設(shè)計與制造,2010(7):159-160.

[9] 蔡永林,席光,樊宏周.任意曲面葉輪五坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2003(1):77-80.

[10]吳寶海,王尚錦.自由曲面葉輪的四坐標(biāo)數(shù)控加工研究[J].航空學(xué)報,2010(7):993-997.

[11]陳良驥,王永章.整體葉輪五軸側(cè)銑數(shù)控加工方法的研究[J].計算機集成制造系統(tǒng),2007(1):141-145.

[12] 黨改慧,陳玉剛.基于UG和VERICUT的葉輪加工仿真研究[J].煤礦機械,2013(4):158-159.

[13] 鄭金興,程慧群.基于UGNX4.0整體葉輪的五軸數(shù)控加工仿真[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2007(4):87-90.

[14]陳大林,任祖平.基于UG/ISV的數(shù)控機床加工仿真設(shè)計[J].機械制造與研究,2007,36(6):83-85.

[15] 青春,李強,其木格.基于UG的數(shù)控編程及加工過程仿真[J].機械設(shè)計與制造,2007(8):107-109.

Implementation and Research on Machining Process of Impeller

GAO Ruijie,GAO Chong,GU Tao
(Suzhou Institute ofIndustrial Technology,Suzhou 215104,China)

According to the draft of impeller,the impeller structure is analyzed,and the processing content and processing requirements of the impeller are determined.The impeller machining process is designed.The appropriate blank,cutting tool and fixture are selected.The five-axis milling program and the impeller machining are completed.This paper expounds the impeller parts machining process in general.

impeller;tool;machining process

TH 162;TG 659

A

1002－2333（2018）01－0069－03

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目（PPZY2015B186）

（編輯黃 荻）

高睿杰（1995—），男，?？圃谧x，數(shù)控技術(shù)專業(yè)；

顧濤（1977—），男，碩士，講師，研究方向為現(xiàn)代制造技術(shù)。

2017-03-29