叶轮零件五轴加工的CAD/CAM

1 叶轮零件结构分析

　　如图1所示为叶轮零件的工程图样，该零件内圈为安装连接轴用的带键槽台肩孔，外圈为8个叶片。基准叶片在6150直径柱切面(r/R--0.75)处叶截面的叶背和叶面型线及其位置关系在图中已有表达，其叶截面主要数据为：叶型中线螺旋角为450，叶面型线至中线的距离为1.34mm，叶厚7.5mm，叶型曲面在叶根处转角半径为3mm。该零件的8个叶片有明显重叠，必须采用五轴机床进行加工。由于结构形状较复杂，需要利用CAM软件先进行模型构建，然后由计算机自动编制程序，本文以MasterCAM软件环境下的CAD/CAM为例进行说明。

2 叶轮零件的CAD建模

　　该叶轮零件3D建模的难点在于基准叶片模型的构建，只要完成了基准叶片的建模，通过旋转复制即可得到其它7个叶片。

　　2.1 叶轮基体的3D构建

　　叶轮基体建模时只需要按图2所示在前视面绘制一封闭线框后，以绕旋转轴线旋转360°构建实体的方法即可。虽然内罔孔型亦可同时一次性构建得出，但由于后续叶片构建时尚需借助内圈轮廓来切除多余部分，因此先不进行内圈孔型的构建。

　　2.2 叶片模型的构建

　　(1)绘制Φ150叶截面上的叶面型线如图3(a)所示，先找到Φ150直径柱切面与基体曲面的交线，以正前方(270°交点)处正切面为构图面(前视面Z=75处)，按图3(b)所示在新层中绘制叶截面的中线、叶背和叶面型线，同时以lOOmm的距离在左上绘出中线的平行线，作为叶型建模用的回转轴心线。

　　(2)旋转构建叶片柱筒关闭叶轮基体所在图层，按如图4所示，将封闭的叶型线框绕回转轴心线旋转3600生成叶片柱筒实体。

　　(3)以外轮廓旋转切割获得叶片雏形按如图5所示绘制旋转切割用封闭的外轮廓线框，再绕叶轮轴心旋转切割已构建的叶片柱筒实体，即可得到单个叶片的雏形。切割用线框轮廓主要用于获得叶轮上部及侧面的叶型边界，线框以能将柱筒残料全部切割掉而绘制。

　　(4)切割叶片超出叶轮基体范围的其余部分开启叶轮基体图层，观察叶片与基体叠合情况，以判断是否需要进行多余部分的切割处理。由叠合情况来看，可按如图6所示，在前视面构建挤出切割用线框，对超出基体范围的另一侧和底部实施双向贯穿切割，仅保留叶片有效部分。

　　在俯视构图面内，采用旋转复制的方法，将基准叶片绕叶轮轴心以45°的间隔均匀生成其余7个叶片，如图7所示。可以看出这些叶片间有很多重叠部分，且在开启叶轮基体图层后，大部分都将被基体所包容：采用布尔求并运算，可将8个叶片与叶轮基体逐个合并成为叶轮整体。最后，可按如图8所示先后用内圈线框旋转切割、键槽线框轴向挤出切割得到带键槽的叶轮型孔，以完成整个叶轮3D模型的构建。