【編者按】利用五軸聯(lián)動機床進行葉輪加工，加工難度大雌贱，工藝復雜蜓萄，通過研究整體葉輪的加工方法，優(yōu)化合適的刀具路徑翎噩，為五軸機床提供正確的加工程序谷娇，從而提升葉輪的整體加工水平。

　　隨著全球汽車產(chǎn)量的增長和高性能治弯、低能耗發(fā)動機需求量的增加灼鞋，采用渦輪增壓器的發(fā)動機越來越多，葉輪的生產(chǎn)方式也在發(fā)生改變凡盔，用鑄造方法加工葉輪鋁殼體的傳統(tǒng)方式逐漸被銑削加工所取代孙悦。葉輪整體結構復雜，葉片扭曲大幅瑞，數(shù)控機床加工時極易出現(xiàn)干涉碰撞疤巩，尤其采用環(huán)繞葉片進給時，由于刀具要通過葉片流道个滓，很容易與相鄰的葉片發(fā)生碰撞叭痰，特別是加工到葉片根部的時候。而閉式葉輪由于只能采取兩次裝夾分別加工的方式尼可，其干涉碰撞情況反而不如開式整體葉輪嚴重斥滤。因此，在刀具軌跡計算中勉盅，刀桿矢量的生成其平滑處理是實現(xiàn)無干涉高效加工的關鍵和難點佑颇。

　　葉輪加工刀路制定

　　五軸切削有著比傳統(tǒng)切削特殊的工藝要求，除了五軸切削機床和切削刀具草娜，還需有合適的CAM編程軟件挑胸。一套優(yōu)秀的五軸加工CAM編程系統(tǒng)應具有很高的計算速度、較強的插補功能宰闰，全程自動過切檢查及處理能力茬贵，自動刀柄與夾具干涉檢查，進給率優(yōu)化處理功能移袍，刀具軌跡編輯優(yōu)化功能和加工殘余分析功能等解藻。數(shù)控編程時首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次要盡一切可能保證刀具軌跡光滑平穩(wěn)葡盗，這會直接影響加工質量和機床主軸等零件的使用壽命螟左；第三要盡量使刀具載荷均勻，這會直接影響刀具的使用壽命觅够。另外胶背，整體葉輪葉片薄，扭曲大，發(fā)生加工干涉的概率很高爹蒋，這是影響五軸編程質量的主要因素雷镀。即使很好地解決了以上問題，還有一個重要問題就是要控制刀桿在運動過程中的突然變化碎准，因為刀桿的突變會直接影響機床在加工過程中坐標軸方向位移的突然加大陶份，甚至超出機床的運動極限。

　　葉輪是典型的自由曲面零件焚怨，如果采用傳統(tǒng)的CAM加工策略武敦，需要反復測試不同的加工方位，耗費大量的時間進行調整铺描，既費時又難以保證精度使义，hyperMILL針對開式及閉式葉輪的加工均提供了專業(yè)的加工模組，讓即使是加工經(jīng)驗不豐富的使用者也可以在短時間內經(jīng)過簡單的設置蟆导，編制出這一類用常規(guī)編程策略較難完成的零件加工NC程序燥及。

　　1.刀具選擇

　　為提高加工效率，在進行流道粗加工和流道半精加工過程中盡可能選用大直徑球頭銑刀蜕煌，但刀具直徑必須小于兩葉片間最小距離派阱。在葉片精加工過程中，應在保證不過切的前提下盡可能選擇大直徑球頭刀斜纪，即保證刀具半徑大于流道和葉片相接部分的最大倒圓半徑贫母。在對流道和相鄰葉片的交接部分進行清根時，選擇的刀具半徑小于流道和葉片相接部分的最小倒圓半徑盒刚。本次選擇的刀具分別為直徑25mm圓鼻刀腺劣、直徑12mm球刀和直徑8mm錐度球刀（見圖2?圖4）。

圖2 圓鼻刀

圖3 球刀

 圖4 錐度球刀

　　2.葉輪加工夾具的選擇

　　數(shù)控機床加工葉輪時因块，為了保證加工精度橘原， 必須使葉輪在機床上占據(jù)一個正確的位置（即定位），然后將其壓緊夾牢涡上，使其在正確位置上保持不變趾断。加工葉輪時采用心軸定位（見圖5）。

圖5 心軸定位
1.螺母 2.墊圈 3.心軸

　　3.葉輪粗加工

　　對葉輪進行粗加工吩愧，選擇粗加工刀具歼冰，設置刀路參數(shù)進行刀路設計，加工采用圓鼻銑刀拷拥，從中心向外緣兩邊葉片擴槽，擴槽加工要保證葉形留有一定的精加工余量（見圖6显瞒，采用流線銑削祸遮，從導入側進刀，橫向進給，平行雙向加工）木锈。通常情況下举么，擴槽加工與精銑輪轂表面一次加工完成。由于此葉輪槽道窄肪才、葉片高考瘪、扭曲嚴重，加工編程需要根據(jù)驅動面來決定切削區(qū)域网访，因此需要分兩部分來加工悯歇。選擇驅動面為輪轂面，進行擴槽质法，此時不能加工到輪轂表面风捌，還需進一步擴槽加工及葉片粗加工。選擇驅動面為葉片表面的偏置面妄迁，在葉片粗加工的同時寝蹈，進一步擴槽（見圖7）。其規(guī)格為：圓鼻刀直徑25mm登淘，半錐角2°箫老，此步選用的主軸轉速8000r/min，進給速度2000mm/min黔州。

圖6 葉輪粗加工

（a）輪轂面擴槽

（b）葉片粗加工

 （c）進一步擴槽
圖 7

　　4.葉輪流道精加工

 　　對葉輪流道面進行精加工（見圖8）耍鬓，選擇流道加工刀具，進行參數(shù)設置辩撑，設計合適的刀具路徑界斜，在均勻余量下進行精加工，可以保證良好的表面加工質量合冀，采用球頭銑刀精加工各薇，且葉片最深處為45mm【桑考慮到干涉峭判，轉子精加工刀具采用直徑12mm的球頭棒銑刀，加工時主軸轉速為10 000r/min痹埠，進給速度5000mm/min糠管。

圖8 葉輪流道精加工

　　5.葉輪邊緣加工

 　　對葉輪邊緣面進行精加工（見圖9），選擇加工刀具仙尔，進行參數(shù)設置罐葫，設計合適的刀具路徑，最大圓角在靠近尾緣30%處编撵。變圓角可以通過一次進給加工完成屋迄，這時刀具球頭部分最大為變圓角的最小半徑。選擇直徑8mm的球頭錐度刀具，加工時的主軸轉速為10 000r/min答海，進給速度為4000mm/min捷嘁。和葉片、輪轂的精加工一樣壁万，以上程序都要經(jīng)過分度鳍彪、旋轉，加工完全的輪轂或葉片再執(zhí)行下一個程序荔鸵，保證應力均勻釋放刊愚，減少加工變形誤差。

圖9 葉輪邊緣面精加工

　　NC程序編制與切削加工

　　通過hyperMILL后處理仑乌，生成NC加工程序百拓，后置處理（POST）編寫是多軸加工中極其重要的一個環(huán)節(jié)。五軸編程常采用RTCP來進行編程晰甚，RTCP功能對機床運動精度和數(shù)控編程難度進行了簡化衙传。對于其他傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個或多個轉動坐標的運動會引起刀具中心的位移厕九，而對于SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) （當 RTCP選件起作用時）蓖捶，是坐標旋轉中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個位置扁远。在這種情況下俊鱼，可以直接編程刀具中心軌跡，而不需考慮轉軸中心畅买，這個轉軸中心獨立于編程并闲，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的，與程序無關谷羞。通過計算機編程或通過選件被記錄的三坐標程序帝火，可以通過RTCP邏輯，以五坐標方式執(zhí)行脯黎。

 　　為了進一步驗證方案的可行性东镶，將程序分別傳入DMU_80P機床與本公司自主研發(fā)的HDVTM160X10/ 8L－MC高檔立式銑車復合加工中心，對葉輪模型在實際機床上進行加工兵正。粗加工去除了大部分材料橱墨，但葉輪表面比較粗糙，余量不均勻窖硝，所以在精加工前需要進行半精加工捕砖，精加工完成后，葉輪表面質量良好邓晃，實體尺寸參數(shù)和原始設計參數(shù)吻合灵吃，對比效率抛伏、精度及表面質量都達到了理想的效果（見圖10）。

（a）DMU_80P機床加工葉輪

（b）HDVTM160X10/8L－MC加工中心加工葉輪
圖 10

　　設備優(yōu)勢

 　　本公司自主研發(fā)的HDVTM160X10/8L－MC高檔立式銑車復合加工中心灵界，既能完成大型立車具有的車削功能，又能完成大型五面體龍門銑具有的銑削功能盛惩，工件一次裝夾后可高效率溉委、高精度連續(xù)完成車、銑爱榕、鉆瓣喊、鏜及攻螺紋等多種工序。選用數(shù)控系統(tǒng)西門子840D黔酥，可實現(xiàn)12軸控制五軸聯(lián)動功能藻三，機床配有直驅萬能銑頭和車銑雙刀庫，萬能銑頭可與車削刀夾自動互換跪者，實現(xiàn)機床的銑車復合功能棵帽。此機床加工的典型工件是整體葉輪、大型錐齒輪以及核電發(fā)動機主軸渣玲。機床采用工作臺移動逗概、雙驅消隙、高精度滾子軸承忘衍，控制軸為X逾苫、Y、Z枚钓、W馅块、C、B軸與C'軸喳卫，設備可雙擺或一轉一擺進行加工吨争，確保產(chǎn)品質量。

　　我公司五軸技術水平在不斷提升蕴嘹，新購進的首臺德馬吉DMU_80P機床與自主研發(fā)的HDVTM160高精度銑車加工中心颊嫁，能夠完成此類工件的加工，不僅提高了效率闹只，而且提高了產(chǎn)品質量和精度祈兼，保證了產(chǎn)品的性能，滿足關鍵零部件的加工需求羡逃。

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