整体叶轮五轴数控技术的研究

　　整体叶轮是燃气发动机中的一种关键零件，其作用是由外界供给的机械功连续不断地将气体压缩并传输出去。气体经进气管进入工作轮，在工作轮中因受到叶片的作用力而压力升高，速度增加。因此对叶轮的要求：一是气体流过叶轮的损失要小，即气体流经叶轮的效率要高；二是叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。好的外形构造是发挥叶轮性能的保证。在设计过程巾，叶片的数量和外形轮廓需要经过多次的修改，配合发动机试车后的性能优化得以确定。

　　整体叶轮的加工一直是机加工中长期困扰我们的难题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这都给叶轮的加工提出了较高的要求。普通的叶轮加工往往采用铸造成形，然后再机械加工成形；或者叶片单独加工，然后将叶片与轮毂焊接，再通过打磨、抛光使之外观平滑。这些方法的技术含量低，做出来的叶轮曲面精度难以保证，表面的质量也差，严重影响了叶轮的使用性能。近几年随着多轴联动数控技术的发展，使得加工整体叶轮类零件成为可能。由于整体叶轮的结构造型的复杂性，其数控加工技术一直是制造业的难点，也是研究的热点。为了解决该问题，本文从以下几个方面展开研究：用Pro／E对其进行了参数化建模；整体叶轮加工工艺的分析与设计，制定五轴数控机床加工叶轮的工艺流程；使用UG软件实现了自动编程，生成了刀路轨迹；通过后置处理生成G代码；通过实际机床加工进行验证。

1 叶轮的参数化建模

　　叶轮是典型航空航天复杂零件，具有重大的应用意义。由于叶片的曲线和曲面形状比较复杂，本文利用Pro／Engineer软件进行参数化建模，并完成其三维设计。在做整体叶轮的三维造型时，我们需要通过测量得到叶片型面的离散数据点，首先将离散的数据点拟合成叶片上下缘曲线和轮毂曲线；运用“旋转”、“扫描”等建模工具构建出叶片和轮毂曲面；通过“实体化”将曲面转变为实体；最后通过“复制”、“阵列”等命令完成整体造型并作适当的倒圆角修饰。整体叶轮模型如图1所示。

图1叶轮的三维实体楱壅 

2 整体叶轮的加工工艺及CAM自动编程

　　(1)整体叶轮的加工特点分析

　　本文中加工的叶轮直径为208 mm，回转空间较大，在加工的时候要保证加工表面的一致性，以确保加工精度和表面质量，在加工的时候要控制好切削深度以及保证加工效率；

　　叶片的加工是整个零件的加工难点，由于叶片之间的间隔距离小，而叶片的扭曲程度决定了加工时刀具轴的摆动范围，刀具轴必须在两叶片之间的范围内摆动，刀具才不会与叶片发生干涉；

　　加工槽道变窄，叶片相对较长，刚度较低，属于薄壁类零件，加工过程极易变形，在加工过程中要防止加工残余应力所带来的变形；

　　相邻叶片空间极小，在清角加工时刀具直径较小，刀具容易折断，要注意刀具的选择。

　　(2)整体叶轮的加工工艺分析

　　本文研究对象所采用的整体叶轮，直径为Φ8mm，高为76 mm，共有9组叶片，材料为7075硬铝合金。叶槽通道最小尺寸为18.5 mm，叶片与轮毂之间的倒圆角为R5 mm。