整體葉輪類零件數控加工研究

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摘要：整體葉輪是其中一項關鍵的技術零件，通過整體葉輪在燃氣發動機中的工作，可以把機械能轉化為氣體的使能。本文中具體的介紹了整體葉輪設計制造的系統規劃過程，其次分析了整體葉輪如何去構建CAD模型，并詳細的分析了葉輪制造過程中的數控加工過程，最后對整體葉輪中最關鍵的零部件葉片部位的加工過程進行了詳細的研究分析。

關鍵詞：整體葉輪；CAD模型構建；數控加工；工藝流程

整體葉輪在燃氣發動機中主要是以機械能為能量做功，將氣體不斷的壓縮傳送到外界。所以氣體在傳送的過程中，必然會由氣管進入到工作輪中，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計過程中，必須要考慮到整體葉輪在工作條件下需要達到的兩點硬性要求。第一，要保證氣流在通過整體葉輪的過程中所耗費的能量較小，要保證氣體通過整體葉輪的通過效率達到最高。第二，整體葉輪在工作過程中需要保證工作時在葉輪的工作范圍之內整機性能曲線穩定，并且葉輪工作區必須要具有較寬的高效范圍。這就需要在數控加工的過程中，設計好整體液能的外形構造才可以保證整體葉輪在工作過程中的高效性。

1整體葉輪設計制造系統規劃

整體葉輪在設計制造的過程中，為了讓整體葉輪滿足各個應用場合的要求，葉片需要采用大角度根部變圓角的結構形式。傳統的整體葉輪制造過程中，往往是通過機床將整體葉輪鑄造成型，然后再通過機械對其加工或者是對葉片之間進行單獨加工，然后再將這些葉片整體的焊接在一起，最后打磨拋光成形。如今采用先進的數控機床銑削加工方式，利用這種方法加工整體葉輪比傳統的方法具有高精度、短周期、易于調整的特點。數控機床加工的過程中，首先需要對整體葉輪進行整體的鍛造毛坯，然后通過機床的加工。在該加工過程中存在一定的難度，需要MASTERCAM軟件對整體葉輪的設計過程進行systematic規劃。第一步需要利用CAD建立模型，第二步需要制作刀具軌跡，然后進行仿真加工，整體的設計加工如圖1所示。

2葉輪的CAD模型構建過程

整體葉輪葉片的數據主要是通過逆向工程進行分析從而得到，或者是通過工程師進行理論計算詳細的得出整體葉輪葉片的數據。通過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得葉輪工作時需要的數據特征，并且通過軟件工程師進行軟件編輯操作，就可以獲得葉片的理想數據，然后將這些數據轉化成標準的數據格式輸入進CAD操作系統中，用CAD進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。葉輪模型的構建過程中，主要先是構建葉輪的回轉體部分，然后再對葉輪的截面特征曲線進行確定再由計算機模擬制造出整體葉輪的實體模型，一般建模過程中都是通過UG軟件對整體葉輪的曲面造型進行混合掃描。

3葉輪數控加工的工藝

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性能的要求，采用了大扭角的葉片、根部倒圓角等等結構，這給葉輪的生產加工提出了很高的要求。因此整體葉輪的加工難點如下：①葉輪不僅僅流道窄，而且還具有較長的葉片，同時葉片薄，因此葉輪也是一個非常形象的薄壁類零件，它的葉片剛度較低，容易在加工過程中發生變形。②葉輪上相鄰兩個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很差，刀具在加工過程中容易斷刀，因此需要在編程過程中就要控制刀具每層下刀的切削深度。③此葉輪曲面通過一個自由曲面形成，那自由曲面形成的是很不規則的，曲面也就容易產生相互干涉，為了避免曲面之間加工的干涉，我們進行曲面的分段加工，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，為規劃出一套合理的加工方案做好準備，因此規劃的工藝流程如圖2所示。

4葉輪制造中的數控加工過程

整體葉輪數控加工的過程中首先要選擇高品質的加工設備，來適應這種多樣化、柔性化和復雜形狀的葉輪零部件。傳統的數控加工儀器是三坐標聯動銑床，在加工過程中這種機床通過x、y、z三個方向進行同時聯動，從加工出整體葉輪的三維曲面形狀。到現如今主要采用吳坐標的數控銑床加工整體葉輪的零部件，傳統的三坐標聯動銑床不同之處就是五坐標銑床在xyz三個方向進行直線運動的同時，再通過銑刀或者是葉片圍繞著xyz中兩個軸線進行旋轉擺動，在此加工過程中，一般需要運用計算機進行輔助加工。利用計算機進行輔助加工的過程中，主要通過計算機類的數控系統程序對輸入的數據信息進行轉化，然后將機床內的零部件進行數據編擬，然后通過數控機床進行工藝處理，在工藝處理的過程中刀具的走向與刀具的運動軌跡都受到計算機的嚴格控制，此外這一過程還需要按照NC代碼規范和數控機床的驅動系統的硬性要求。與此同時，數控機床還需要將處理過程中得到的刀位文件轉化成NC代碼，然后通過后置處理輸出適應數控機床要求操作的零件加工程序，再將這些零件加工程序通過U盤或者是數控機床上的通訊接口傳輸至機床的控制系統。

5總結

整體葉輪在增壓器中的應用很廣，但與此同時整體葉輪的加工技術也一直是我國制造業中的一個重要難點。整體葉輪的幾何結構和整體葉輪的加工工藝，必須要達到一個極高的水準才符合航天器的應用要求。在整體葉輪的加工過程中相對于其他零部件的加工過程，整體葉輪的加工軌跡規劃約束條件較多。此外，數控機床在對整體葉輪進行加工的過程中，不僅要保證整體葉輪中葉片需要滿足準確的幾何形狀，還需要保證每個葉片的厚度都相一致，這就給實際加工過程中葉片的軌跡規化帶來了困難。隨著我國航空航天技術的迅速發展，對整體業能的要求性也越來越高，現在的新型發動機中大多數都采用整體結構的葉輪，所以需要選擇優異的數控加工仿真技術才可以制造出更多滿足現代技術要求的整體葉輪。

參考文獻：

[1]陸世民，李作康，劉璐，劉文，王禹林.數控機床時序數據存儲與查詢系統研究[J].組合機床與自動化加工技術，2018（05）.

[2]董金龍，于天彪，陳豪，李俊財.五軸數控機床后置處理開發及奇異點規避[J].組合機床與自動化加工技術，2017（12）：6-14.

[3]董朋莎，孫會來.基于VERICUT的變螺距螺桿多軸數控加工仿真研究[J].組合機床與自動化加工技術，2018（05）：3-4.

作者:何禛 單位:浙江工業大學