基于EdgeCAM的整体叶轮的车铣复合加工

　　叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范的、典型的通道类复杂零件，它在能源动力、航空航天、石油化工、冶金等行业中均有广泛应用，如航空发动机上的整体叶轮、坦克发动机增压器叶轮、水泵及压缩机叶轮等。这类零件形状特征明显。工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。传统的叶轮生产一般采用铸造成型后修光的方法，但是随着设计理论的发展，叶轮类零件工作面形状日趋复杂，模具制造的难度比较大，工艺过程复杂，制造成本高，叶片精度难以保证，而且叶片的表面光洁度差，容易造成应力集中，产生气蚀，叶轮的动平衡性能差。

　　整体式叶轮的加工是指轮廓和叶片在同一毛坯体上进行的整体加工，而不采用叶片加工成形后焊接在轮廓上的工艺方法，所以在加工中有很大的难度，被公认为机械加工的难点。五坐标机床功能强大、加工效率高、质量好，受到制造业内人士的青睐。

　　五轴联动数控铣床虽然能很好地加工整体式叶轮，加工质量也能满足要求，但是加工工艺要涉及车床和铣床，工序分散，这样就影响了叶片加工的质量和加工效率。现代车铣复合设备提高了工艺的有效性，由于零件在整个加工过程中的装夹定位简单、定位基准不变、粗加工手段多样和排屑方便等优点，加工的精度更容易获得保证，同时大大缩短了生产过程链。车铣复合机床的发展，也对CAM软件提出了更多的要求。复杂的车铣复合设备用传统的手工编程是很难实现的，并且效率很低；很多传统的以铣削为发展方向的CAM软件也无法完成此类型的编程，而EdgeCAM软件顺应机床的发展形势，支持多主轴、多刀塔的车铣复合设备。EdgeCAM提供了众多智能的加工策略，从简单的轮廓加工到复杂的曲面加工；从车削外形到车铣复合加工；从投影加工到残料加工、清根加工、等粗糙度加工等数十种加工策略可供选择。使得任何复杂零件的编程操作都游刃有余。无论是计算生成刀具路径的速度还是刀具路径优化的手段，都处处体现出高效率的本质。特别是随着机械加工的发展，车铣复合加工的优势逐渐被人们所重视，在这一领域中，EdgeCAM的高级车铣模块可以适应多轴车铣复合编程工作。

1 整体叶轮的分析

　　整体叶轮作为透平机械的关键零件，经常运行于高转度情况下，对制造水平的要求非常高，制造质量对叶轮的性能有着重要的影响。为了获得理想的动力学特性，整体叶轮叶片大都采用了大扭角、根部变圆角等结构，这种结构特点对于加工非常困难。同时，叶片曲面制造质量要求非常高，叶轮叶片又比较薄，制造中会出现大量的工艺问题，因此要制造出满足设计要求的叶轮，不仅要有良好的制造方法，还要有良好的工艺作保证。

　　1.1 图样分析

　　整体叶轮主要由叶片、轮毂两部分组成，如图1所示，其中叶片和轮毂交界处（即叶根），常加工为变圆角过渡。文中试加工的整体叶轮有10片叶片，叶轮直径为200mm，叶轮高度120mm，出口叶片高度15mm，叶轮进口直径114mm，进口叶片高度30mm，叶片厚度最薄处3mm，相邻叶片间最小间距为18mm。

    图1 整体叶轮模型图

　　1.2 整体叶轮加工难点

　　为了使叶轮满足气动性能要求，叶轮常采用了大扭角，根部变圆角等结构，这给叶轮的加工提出了更高的要求，整体叶轮加工难度如下：

　　(1)整体叶轮加工槽道变窄，而叶片相对较长，相对刚度低，是一种典型的薄壁类零件，加工过程中易发生变形，使得整体叶轮加工难度增加。

　　(2)在叶片距最窄处叶片深度30mm，相邻叶片最小间距18mm，在小刀径情况下，刀具刚性差，容易断，控制切削深度也是关键。

　　(3)此叶轮曲面为自由曲面、流道窄、叶片有扭曲，并且有后仰的趋势，加工时极易产生干涉，加工难度高。因此，为了加工合格的整体叶轮，必须综合考虑此整体叶轮的叶片薄壁、大扭角、小刀径的特点，为规划出一套合理的加工方案做好准备。