基于航空精密小叶轮数控技术加工

　　精密小叶轮是在油泵中高转速工作，材料为16cr3NiwMovNbE，材质较硬， 而且结构特殊， 叶片极薄，精度要求高，加工时极易变形：叶片与叶片之间的基体要求为曲面，而基体与叶片之间小圆角光滑转接，易产生应力集中，在工作中产生裂纹； 叶尖部分是由不同曲率半径构成的空间曲面，相关尺寸精度要求高， 加工难度大， 是零件制造的难点之一。针对零件的加工难点， 充分利用数控设备，运用UG软件进行建模、编程， 反复调试、试切，优化数控程序，最终实现精密小叶轮的数控加工，并且该数控加工技术可以推广到其它十余种同类零件的加工中。

1 航空精密小叶轮的加工难点

　　精密小叶轮在油泵中高转速工作， 设计人员根据复杂的空间流体动力学理论设计出符合流体流动规律的叶片形状， 因而叶片形状复杂， 是复杂曲面零件的典型代表， 而且公差要求高， 只有严格按照图纸要求加工出的叶轮，才能满足整台发动机的性能要求。叶轮零件的叶片型面薄壁且弯曲， 对其表面的完整性有着严格的要求，对叶片与基体转接处的应力也需要严格控制， 避免工作中产生裂纹。我们所研究的叶轮结构特殊，属于整体叶轮，加工时装夹困难， 薄壁叶片加工时极易变形，叶尖处为了减小工作时的阻力，提高转速，还设计为上下倒角的型面，不易加工。叶轮零件主要结构如图1所示，结构看似简单，实际加工难度极大。

图1 叶轮

　　1.1 叶轮基体的加工

　　叶轮基体部分的加工既要保证设计图要求的尺寸结构， 如花键、孔、槽等，但也要兼顾加工叶片时的基准问题， 因此基体部分加工工序安排的先后、加工精度对叶片加工有很大影响。

　　1.2 薄壁叶片部分的加工

　　作为整体叶轮，其相邻叶片的流道较小，是空间曲面， 而且在径向上随着半径的减小，相邻叶片间的流道越来越窄，因此，加工叶轮叶片曲面时，除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外， 刀具也极易与相邻叶片发生干涉； 由于整体叶轮叶片的厚度较薄，1mm左右，在加工过程中存在比较严重的弹塑性变形。

　　1.3 叶片的弯曲

　　根据设计图要求，叶片机械加工完成后，要有一个弯曲的角度，如图2所示。

图2 叶片弯曲示意图 

2 叶轮的加工

　　2.1 工艺方案的制定

　　在试验加工之前，根据叶轮设计图，主要加工路线如下：粗铣叶片一半精铣叶片一精铣叶片一精铣叶尖倒角一钳工修磨一弯曲前检验一弯曲叶片。

　　2.2 加工设备的选择

　　按工艺规程， 上述铣削加工安排在四坐标加工中心上进行，利用专用铣刀及机夹刀具。