曹旺萍

(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121)

1 葉輪零件工藝分析

渦輪式葉輪是指高壓氣體沿著軸向流動(dòng)的一種葉輪，是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，一般情況下其葉轂和葉片是在整體鍛壓鈦合金毛坯材料上進(jìn)行加工的零件。

圖1為渦輪式葉輪零件模型，零件材料為鋁，零件尺寸公差為±0.02mm。零件的毛坯材料為Φ85×40的鋁棒，為減少在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的開粗加工時(shí)間，可以先把毛坯料用車床切削去除盡可能多的余料，然后上五軸機(jī)床數(shù)控銑。

2 葉輪零件加工編程過程

葉輪零件的多軸編程前需要設(shè)定加工坐標(biāo)系、毛坯幾何體、應(yīng)用UG NX的葉輪編程模塊設(shè)定葉輪的葉轂面、包裹曲面、葉片曲面、葉根圓角曲面、分流葉片曲面等參數(shù)。

2.1 葉輪零件開粗

經(jīng)過車削后的毛坯還有較大的余料需要去除，粗加工采用型腔銑粗銑加工。毛坯設(shè)置為包容圓柱體，先創(chuàng)建型腔銑粗加工刀路，設(shè)置Φ12mm的平底刀，余量為1mm，層深為0.8mm，進(jìn)給率500mm/min，主軸轉(zhuǎn)速2500r/min，創(chuàng)建型腔銑粗加工刀路，圖2為葉輪零件粗加工刀路。

圖1 渦輪式葉輪零件模型

圖2 葉輪零件開粗刀路

2.2 葉輪外形精加工

2.2.1 創(chuàng)建葉形頂部精加工刀路

采用平面銑葉形頂部，采用Φ12mm的平底刀，部件側(cè)面余量為1.2mm，部件底部余量為0，主軸轉(zhuǎn)速2500r/min，進(jìn)給率800mm/min。

2.2.2 創(chuàng)建輪轂上部精加工刀路

采用深度加工輪廓銑銑輪轂上部，采用Φ12mm的平底刀，底部余量為0，主軸轉(zhuǎn)速2500r/min，進(jìn)給率1000mm/min。

2.2.3 創(chuàng)建葉形最大外形精加工刀路

采用深度加工輪廓銑銑葉形最大外形部分，采用Φ12mm的平底刀，部件余量為0，主軸轉(zhuǎn)速2500r/min，進(jìn)給率1000mm/min。

2.3 葉形包裹面精加工

采用深度加工輪廓銑銑葉形包裹面部分，采用Φ12mm的平底刀，部件余量為0，主軸轉(zhuǎn)速2500r/min，進(jìn)給率1000mm/min。

2.4 葉形精加工

2.4.1 創(chuàng)建葉形開粗刀路

進(jìn)入多軸葉輪模塊，選擇多葉片粗加工，設(shè)置葉片粗加工的葉片余量和輪轂余量均為1mm，采用R3mm的球頭刀，主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，進(jìn)給率1000mm/min，圖3為葉形開粗刀路。

2.4.2 創(chuàng)建分流葉片葉冠精加工刀路

采用三軸區(qū)域精加工，加工曲面選擇分流葉片的葉冠，采用R3mm的球頭刀，部件余量為0，主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，進(jìn)給率2000mm/min，圖4為分流葉片葉冠精加工刀路。

圖3 葉形開粗刀路

圖4 分流葉片葉冠精加工刀路

2.4.3 創(chuàng)建輪轂精加工刀路

進(jìn)入多軸葉輪模塊，選擇輪轂精加工，修改刀軸矢量，使刀軸不要碰傷葉片，設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm，采用R3mm的球頭刀，主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，進(jìn)給率2000mm/min，圖5為輪轂精加工刀路。

2.4.4 創(chuàng)建大葉片精加工刀路

進(jìn)入多軸葉輪模塊，選擇葉片精加工，設(shè)置葉片精加工驅(qū)動(dòng)方法為要切削的面為“所有面”，切削模式為“螺旋”，切削方向?yàn)椤绊樸姟?，設(shè)置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm，設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm，采用R3mm的球頭刀，進(jìn)給率2000mm/min，主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，圖6為大葉片精加工刀路。

圖5 輪轂精加工刀路

圖6 大葉片精加工刀路

2.4.5 創(chuàng)建分流小葉片精加工刀路

復(fù)制大葉片精加工刀路，修改幾何體為分流葉片，生成分流葉片精加工刀路。圖7為分流小葉片精加工刀路。

2.4.6 創(chuàng)建大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路

進(jìn)入多軸葉輪模塊，選擇圓角精加工，設(shè)置葉片精加工驅(qū)動(dòng)方法為要切削的面為“左面、右面、前緣”，切削模式為“螺旋”，切削方向?yàn)椤绊樸姟?，設(shè)置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm，設(shè)置葉片余量和輪轂余量均為0mm，設(shè)置R3mm的球頭刀，主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，進(jìn)給率2000mm/min。

2.4.7 創(chuàng)建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路

復(fù)制大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路，修改要精加工的幾何體為分流葉片圓角，生成分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路。

2.5 刀路陣列變換

將葉形開粗刀路、分流葉片葉冠精加工刀路、大葉片精加工刀路、分流小葉片精加工刀路、大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路、創(chuàng)建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路分別進(jìn)行陣列，得到完整的葉片加工刀路。

2.6 葉輪零件后處理

選取開粗刀路，選取五軸后處理器，生成粗加工后處理程序，再依次生成葉輪外形精加工后處理程序，分流葉片葉冠精加工刀路后處理程序，大葉片精加工刀路后處理程序，分流小葉片精加工刀路后處理程序，以及倒圓角精加工刀路后處理程序。

2.7 葉輪零件VERICUT仿真驗(yàn)證

程序的正確與否需要用VERICUT仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果分析了零件有無干涉情況，有無過切、欠切等情況。

進(jìn)入VERICUT軟件，選擇五軸機(jī)床模型，選擇控制系統(tǒng)、刀具庫、導(dǎo)入程序、夾具、毛坯，設(shè)置對刀點(diǎn)，進(jìn)行葉輪零件VERICUT軟件機(jī)床仿真驗(yàn)證，圖8為葉輪零件VERICUT軟件機(jī)床仿真驗(yàn)證結(jié)果。

圖7 分流小葉片精加工刀路

圖8 葉輪零件VERICUT仿真驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)語

本文以葉輪零件為例，介紹了渦輪式葉輪零件的多軸加工工藝，應(yīng)用UG NX軟件對渦輪式葉輪零件多軸數(shù)控編程，以及應(yīng)用VERICUT軟件加工仿真，經(jīng) VERICUT仿真軟件加工驗(yàn)證，避免了實(shí)際加工過程中可能存在的碰撞和干涉，提高了葉輪零件的加工效率和表面質(zhì)量。