混流式转轮铸造叶片的数控加工难点及解决方法

4、 叶片的数控编程

　　叶片数控加工是通过三轴铣的方法、分两次装夹完成整张叶片的叶型加工。叶片主要的加工难度是在插铣加工叶片四周边和粗铣加工叶型的时候，因为这两步加工时叶片余量多且不均匀，占用了叶片65%~70%的加工时间，如果提高了这两步的效率，也就提高了整张叶片的加工效率。在UG 软件中进行叶片周边插铣加工和叶型粗加工的编程方法如下：

　　4.1 叶片四周边插铣加工的编程

　　叶片四周采用插加工方法去除多余的材料，这是因为叶片是不锈钢材料，且曲面四周加工需要刀具悬伸长，而插铣加工时刀具只受轴向力，能切除更多的材料，提高效率］。在UG 中选择曲面铣MILL CONTOUR 加工模式，并选取其中的固定轴曲面加工FIXED CONTOUR 命令，驱动方式选用曲面驱动SURFACE AREA，以叶片进水边为例，产生的插铣刀轨如图6 所示。

　　4.2 叶片叶型粗铣加工的编程

　　4.2.1 等高线粗加工

　　混流式转轮叶片为X 型叶片，且曲率较大，局部余量较多，因此粗铣编程采用直径大的圆刀片铣刀进行等高线加工，通过控制小的切削深度，大直径刀盘可以一刀就完成叶片粗加工，且切削平稳。编程时先将X 型叶片分成4 个区域，然后画出4 块封闭的边界线，每个切削区域都采用从高到低的等高线曲面轮廓加工方式。在等高线加工方式中，为了提高效率，还可以定义在不同的高度范围内使用不同的切削深度，在曲率大的地方采用较大的切削深度，曲率小的地方采用较小的切削深度。在UG 中选择曲面铣MILL CONTOUR 加工模式，并选取其中的等高线轮廓加工Z LEVEL PROFILE 命令，选取叶片正面延长面作为加工面PART，切削区域CUT AREA 也选取该延长面，选取其中1 块封闭边界线为修剪边界TRIM，并定义好加工高度范围LEVEL RANGE 及该范围切削深度，即可生成刀轨，具体如图7 中所示。

　　4.2.2 插铣粗加工叶型面

　　有时在叶片中间局部区域余量非常多，即使采用等高线加工，依然会发生整把刀都嵌入毛坯中切不动的情况。下面介绍一种非常好的粗加工方法：将工作台旋转一定角度，使叶片表面与主轴轴线形成一定角度，然后采用插铣的方法粗加工叶片表面，可取得非常好的效果。需要注意的是，因为不同的区域插铣加工需要工作台旋转不同的角度，为了编程加工方便，加工零点需要设置在旋转工作台的中心。在UG 中选择曲面铣MILL CONTOUR 加工模式， 并选取其中的固定轴曲面加工FIXEDCONTOUR 命令，驱动方式选用曲面驱动SURFACEAREA，通过定义UV 百分比可任意确定加工的范围。刀轴定义为需要的矢量方向，后处理程序会根据刀具矢量方向，自动输出B 轴需要旋转的角度（这需要UG 后处理程序的配合）。图8 为工作台旋转45°的插铣刀轨。

5 、其它要点

　　5.1 叶片出水边厚度的控制

　　有一点需特别注意：精加工时要严格控制出水边厚度，在出水边上均匀取5~6 个点，量取法向厚度并提供给操作者，让操作者在精加工叶型时控制好每块叶片出水边厚度。这样可以有效控制叶型误差，并使每块叶片的重量趋近一致，为后序的转轮装焊配重创造有利的条件。

　　5.2 精加工后叶片的吊运

　　叶片精加工以后下机床前还有一步很重要的步骤要做，为了方便叶片打磨，使转轮装焊时吊运方便，我们用UG 软件计算出了叶片重心位置，并沿着叶片装焊位置的轴线方向，在叶片重心位置竖直上方用顶针在叶片背面点出了吊攀位置。叶片连同背面铣工具下机床后，在该位置焊接了一个与叶片同种材料的不锈钢吊攀，然后叶片就可以很方便地从铣工具上吊下并进行后序的打磨；装焊转轮时，该吊点会使叶片自然处于装焊位置，极大地方便了装焊，如图9。

6、 结语

　　本文全面阐述了大型铸造叶片在毛坯测量、叶片铣工具设计和叶片数控编程三个关键步骤的技术难点及其解决方法，文中的一些设计细节是基于作者多年数控加工叶片的实践经验，本文所论述的关于混流式转轮铸造叶片数控加工的先进方法和理念，可为叶片数控加工工艺最优化提供具有现实指导意义的解决方案。