复杂叶轮(深井漩涡压力机零件)的五轴数控加工

0.前言

　　叶轮是一种加工要求非常特殊的零件， 它是由全 3D 自由曲面构成的几何体，并且曲率变化扭曲非常大，无法使用普通三轴数控机床加工，在这样的前提条件下，由于加工后的曲面质量的精度要求特别高，必需采用高精度五轴数控机床加工。 此外叶轮在实际使用中，叶轮的表面纹理与材料的金属条纹直接影响其使用的寿命与效率、 质量，这些因素可以通过先进的 CAM 软件编写特殊的高效优化的程序，以达到我们所预期的理想效果。 一般常用软件 HYPERMILL、Cimatron、Unigraphics、PowerMill 等均具备了叶轮加工能力。本文通过使用Cimatron 软件，论述用于深井漩涡压力机中的零件———叶轮的工艺编排以及智能 NC 程序编写。

1.深井漩涡压力机叶轮工艺分析

　　该叶轮加工难度分析如下：

　　1.1 此叶轮直径为 260mm，叶片的最高长度为 160mm，两叶片之间最短距离为 15mm 如图所 1 所示。

　　1.2 由于叶片高，整体叶轮需要开粗毛坯料比较多，且最大只能使用为 Ф15mm 直径的刀具开粗， 所以我们必需选择分层使用不同长度的刀具进行开粗以提高整体的加工效率;

　　1.3 此叶轮曲面为自由曲面、 流道窄、叶片扭曲严重，并且有后仰的趋势，加工时极易产生干涉，加工难度高。 有时为了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保证加工表面的一致性也有一定困难;

　　1.4 由于叶轮强度的需要， 轮毂与叶片之间还应当加工出底部加强圆角。 由于槽道窄，叶片高，圆角的加工也是个难点。

2.叶轮加工工艺编排

　　2.1 确定毛坯类型。 为了提高我们加工效率，我们把坯料通过车削加工成为该叶轮最大外形回转体形状。

　　2.2 粗加工。 在两叶片之间的毛坯料位置是我们需要粗加工的。 此处位置叶片扭曲较大，为了保证加工时叶片的偏摆精度，选择五轴联动粗加工的策略。 对于刀具的选择，我们选择 D15R2 的牛鼻刀，采用尽量大的刀具进行粗加工，提高效率。 由于 D15R2 的刀具不符合热膨胀带锥度卡头的装夹规格， 故我们准备两把不同长度的 D15R2 的刀具进行粗加工。 由于粗加工时选用牛鼻刀且粗加工完毕后，需要进行半精加工以及精加工。为此，粗加工时轮毂底部预留 0.3mm 余量，叶片壁面预留 0.5mm 余量。

　　2.3 半精加工与精加工。 由于叶轮都是规则性的零件，所以半精加工与精加工可能只是在于刀具大小的选择与切削量、转速、进给的差异。

　　2.4 叶片根部圆角清根。 对于叶轮的叶片圆角根部清根加工，一直是叶轮加工中的最大重点之一，此部位加工质量的好坏直接影响叶轮的强度与使用质量。 加工策略可采用根部随形清角工艺方案处理该处圆角。 刀具夹头采用热膨胀带锥度夹头。