導(dǎo)語(yǔ)：整體葉輪類零件數(shù)控加工研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：整體葉輪是其中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)零件，通過(guò)整體葉輪在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的工作，可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的使能。本文中具體的介紹了整體葉輪設(shè)計(jì)制造的系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程，其次分析了整體葉輪如何去構(gòu)建CAD模型，并詳細(xì)的分析了葉輪制造過(guò)程中的數(shù)控加工過(guò)程，最后對(duì)整體葉輪中最關(guān)鍵的零部件葉片部位的加工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析。

關(guān)鍵詞：整體葉輪；CAD模型構(gòu)建；數(shù)控加工；工藝流程

整體葉輪在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中主要是以機(jī)械能為能量做功，將氣體不斷的壓縮傳送到外界。所以氣體在傳送的過(guò)程中，必然會(huì)由氣管進(jìn)入到工作輪中，工作輪的速度隨著葉片受到的壓力增加而隨之一起變化。由此在整體葉輪的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要考慮到整體葉輪在工作條件下需要達(dá)到的兩點(diǎn)硬性要求。第一，要保證氣流在通過(guò)整體葉輪的過(guò)程中所耗費(fèi)的能量較小，要保證氣體通過(guò)整體葉輪的通過(guò)效率達(dá)到最高。第二，整體葉輪在工作過(guò)程中需要保證工作時(shí)在葉輪的工作范圍之內(nèi)整機(jī)性能曲線穩(wěn)定，并且葉輪工作區(qū)必須要具有較寬的高效范圍。這就需要在數(shù)控加工的過(guò)程中，設(shè)計(jì)好整體液能的外形構(gòu)造才可以保證整體葉輪在工作過(guò)程中的高效性。

1整體葉輪設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)規(guī)劃

整體葉輪在設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，為了讓整體葉輪滿足各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合的要求，葉片需要采用大角度根部變圓角的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)的整體葉輪制造過(guò)程中，往往是通過(guò)機(jī)床將整體葉輪鑄造成型，然后再通過(guò)機(jī)械對(duì)其加工或者是對(duì)葉片之間進(jìn)行單獨(dú)加工，然后再將這些葉片整體的焊接在一起，最后打磨拋光成形。如今采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床銑削加工方式，利用這種方法加工整體葉輪比傳統(tǒng)的方法具有高精度、短周期、易于調(diào)整的特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程中，首先需要對(duì)整體葉輪進(jìn)行整體的鍛造毛坯，然后通過(guò)機(jī)床的加工。在該加工過(guò)程中存在一定的難度，需要MASTERCAM軟件對(duì)整體葉輪的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行systematic規(guī)劃。第一步需要利用CAD建立模型，第二步需要制作刀具軌跡，然后進(jìn)行仿真加工，整體的設(shè)計(jì)加工如圖1所示。

2葉輪的CAD模型構(gòu)建過(guò)程

整體葉輪葉片的數(shù)據(jù)主要是通過(guò)逆向工程進(jìn)行分析從而得到，或者是通過(guò)工程師進(jìn)行理論計(jì)算詳細(xì)的得出整體葉輪葉片的數(shù)據(jù)。通過(guò)逆向工程主要是借助逆向工程軟件從整體葉輪的外部去測(cè)得葉輪工作時(shí)需要的數(shù)據(jù)特征，并且通過(guò)軟件工程師進(jìn)行軟件編輯操作，就可以獲得葉片的理想數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式輸入進(jìn)CAD操作系統(tǒng)中，用CAD進(jìn)一步的編輯處理就可以得到整體葉輪葉片的CAD造型。整體葉輪各自的構(gòu)造和葉片的形狀都由整體葉輪各自用途不同而隨之改變，目前最主要的整體葉輪形狀有直紋曲面型和自由曲面型這兩種形式。葉輪模型的構(gòu)建過(guò)程中，主要先是構(gòu)建葉輪的回轉(zhuǎn)體部分，然后再對(duì)葉輪的截面特征曲線進(jìn)行確定再由計(jì)算機(jī)模擬制造出整體葉輪的實(shí)體模型，一般建模過(guò)程中都是通過(guò)UG軟件對(duì)整體葉輪的曲面造型進(jìn)行混合掃描。

3葉輪數(shù)控加工的工藝

在葉輪的兩葉片之間需要去除大量的材料，而且為了滿足葉輪啟動(dòng)性能的要求，采用了大扭角的葉片、根部倒圓角等等結(jié)構(gòu)，這給葉輪的生產(chǎn)加工提出了很高的要求。因此整體葉輪的加工難點(diǎn)如下：①葉輪不僅僅流道窄，而且還具有較長(zhǎng)的葉片，同時(shí)葉片薄，因此葉輪也是一個(gè)非常形象的薄壁類零件，它的葉片剛度較低，容易在加工過(guò)程中發(fā)生變形。②葉輪上相鄰兩個(gè)葉片形成的空間非常小，所以需用的刀具的直徑不能太大，只能選擇小直徑的刀具，在這樣的情況下，所使用的刀具剛性就會(huì)很差，刀具在加工過(guò)程中容易斷刀，因此需要在編程過(guò)程中就要控制刀具每層下刀的切削深度。③此葉輪曲面通過(guò)一個(gè)自由曲面形成，那自由曲面形成的是很不規(guī)則的，曲面也就容易產(chǎn)生相互干涉，為了避免曲面之間加工的干涉，我們進(jìn)行曲面的分段加工，因此，加工表面的一致性的保證也有很大的困難。從以上分析可知，必須綜合考慮此整體葉輪的葉片薄壁、大扭角等特點(diǎn)，為規(guī)劃出一套合理的加工方案做好準(zhǔn)備，因此規(guī)劃的工藝流程如圖2所示。

4葉輪制造中的數(shù)控加工過(guò)程

整體葉輪數(shù)控加工的過(guò)程中首先要選擇高品質(zhì)的加工設(shè)備，來(lái)適應(yīng)這種多樣化、柔性化和復(fù)雜形狀的葉輪零部件。傳統(tǒng)的數(shù)控加工儀器是三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)銑床，在加工過(guò)程中這種機(jī)床通過(guò)x、y、z三個(gè)方向進(jìn)行同時(shí)聯(lián)動(dòng)，從加工出整體葉輪的三維曲面形狀。到現(xiàn)如今主要采用吳坐標(biāo)的數(shù)控銑床加工整體葉輪的零部件，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)銑床不同之處就是五坐標(biāo)銑床在xyz三個(gè)方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，再通過(guò)銑刀或者是葉片圍繞著xyz中兩個(gè)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，在此加工過(guò)程中，一般需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助加工。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助加工的過(guò)程中，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)類的數(shù)控系統(tǒng)程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后將機(jī)床內(nèi)的零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)編擬，然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工藝處理，在工藝處理的過(guò)程中刀具的走向與刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡都受到計(jì)算機(jī)的嚴(yán)格控制，此外這一過(guò)程還需要按照NC代碼規(guī)范和數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬性要求。與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床還需要將處理過(guò)程中得到的刀位文件轉(zhuǎn)化成NC代碼，然后通過(guò)后置處理輸出適應(yīng)數(shù)控機(jī)床要求操作的零件加工程序，再將這些零件加工程序通過(guò)U盤或者是數(shù)控機(jī)床上的通訊接口傳輸至機(jī)床的控制系統(tǒng)。

5總結(jié)

整體葉輪在增壓器中的應(yīng)用很廣，但與此同時(shí)整體葉輪的加工技術(shù)也一直是我國(guó)制造業(yè)中的一個(gè)重要難點(diǎn)。整體葉輪的幾何結(jié)構(gòu)和整體葉輪的加工工藝，必須要達(dá)到一個(gè)極高的水準(zhǔn)才符合航天器的應(yīng)用要求。在整體葉輪的加工過(guò)程中相對(duì)于其他零部件的加工過(guò)程，整體葉輪的加工軌跡規(guī)劃約束條件較多。此外，數(shù)控機(jī)床在對(duì)整體葉輪進(jìn)行加工的過(guò)程中，不僅要保證整體葉輪中葉片需要滿足準(zhǔn)確的幾何形狀，還需要保證每個(gè)葉片的厚度都相一致，這就給實(shí)際加工過(guò)程中葉片的軌跡規(guī)化帶來(lái)了困難。隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)整體業(yè)能的要求性也越來(lái)越高，現(xiàn)在的新型發(fā)動(dòng)機(jī)中大多數(shù)都采用整體結(jié)構(gòu)的葉輪，所以需要選擇優(yōu)異的數(shù)控加工仿真技術(shù)才可以制造出更多滿足現(xiàn)代技術(shù)要求的整體葉輪。

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作者:何禛 單位:浙江工業(yè)大學(xué)