基于NX6.0的整体叶轮多轴加工技术

0 引言

    作为动力机械的关键部件，整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。叶轮的加工质量直接影响整机的动力性能和机械效率，数控加工是目前国内外广泛采用的加工整体三元叶轮的方法。整体叶轮的加工难点主要表现在：

    (1)三元整体叶轮的形状复杂，其叶片多为非可展扭曲直纹面；

    (2)整体叶轮相邻叶片的空间较小，而且在径向上设有半径的减小通道逐渐变窄，因此加工时除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外，还容易与相邻叶片发生干涉；

    (3)刀位规划时的约束条件多，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，如美国NREC公司的MAX-5，MAX-AB叶轮加工专用软件等。目前，我国大多数生产叶轮的厂家多数采用国外大型CAD/CAM软件，如NX、CATIA、MasterCAM等软件来加工整体叶轮。本文选用功能强大的NX6.0软件，对复杂曲面整体叶轮进行加工仿真研究。

1 整体叶轮数控加工工艺

    根据叶轮的几何结构特征和使用要求(见图1)，其基本加工工艺流程为：在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状；外型整体粗加工；流道粗加工；叶片精加工；对底部倒圆进行清根。

    图1 叶轮几何结构

2 机床准备

    DMU-100T是从德国DMG公司引进的一台全闭环五轴联动数控加工机床，采用主轴摆动+圆工作台旋转结构。行程参数为：X轴1080mm，y轴710mm，Z轴710mm，B轴(主轴摆动)103°，C轴(工作台旋转)360°。该机床具有转速高及联动结构稳定性高、五轴联动技术成熟的特点。机床控制系统采用HEIDENHAIN iTNC 530系统。利用NX/Post Builder软件构建DMU-100T机床专用的后置处理器。

3 刀具的选择

    为了提高效率，在流道粗加工和流道半精加工过程中，尽可能选用大直径球头铣刀。同时保证刀具直径小于两叶片间最小距离；在叶片精加工过程中，应在保证不过切的前提下，尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径。在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径。