HyperMILL在整體葉輪五軸加工中的應用技術

摘要：葉輪作為流體壓縮機中的核心零件，其加工質量直接決定其壽命、工作效率、工作成本等，本文以hypermill作為構架研究數控加工解決方案。首先確定加工工藝過程和工藝參數，然后在hypermill軟件中計算出刀具路徑，經后處理成機床代碼，加工出復合要求的零件。該方法有效的減少了刀具路徑、節約加工成本、提高加工效率和加工精度。

關鍵詞：hypermill 整體葉輪 多軸加工

五軸加工技術充分利用刀具的最佳切削點或通過進一步優化刀軸矢量角來進行切削，從而獲得更高的切削效率和更好的表面質量。CAM技術是五軸數控加工中關鍵技術之一，以CAM技術加工高復雜性零件，解決普通三軸數控機床所不能解決或解決不好的加工難題。

1.整體葉輪五軸切削加工工藝分析與規劃

葉輪是流體壓縮機中的核心零件，流體壓縮機的作用是將外界共給的機械功連續不斷的使流體壓縮并傳輸出去。流體經進流道管進入工作輪，因受到葉片的作用力而使壓力升高，速度增加，因此對葉輪的要求有：一是流體流過葉輪的損失要小，即流體流過葉輪的效率要高；二是葉輪形式能使整機性能曲線的穩定工況區及高效區范圍拓寬。工作輪如圖1所示，包括流道面、吸力曲面，壓力曲面和包裹面等。

1.1.整體葉輪葉片結構工藝分析

本文試制的整體葉輪有12片葉片，葉輪直徑為D=200mm，葉輪高度H=125mm，輪轂直徑D1=60mm，葉片厚度最薄處t=1.2mm，相鄰葉片問最小問距為 lmin=16.65mm。由于葉輪氣動性的需要常加工為變圓角過渡，圓角最小處僅有2mm。材料選定為LD30（6061）鋁合金。可以分析出葉輪加攻難點為：

1.1.1.葉片之間有大量的材料需要去除。為了式葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結構，這是普通三軸加工無法完成的。

1.1.2.流道變窄，葉片相對較長，葉片屬于薄壁類零件，剛度低，加工過程中極易變形。

1.1.3.相鄰葉片空間極小，在清角精加工時刀具直徑小，刀具及極易折斷；葉片采用大扭轉角，扭曲嚴重，加工過程中極易出現干涉，加工難度大。

1.2.葉輪加工工藝過程

在五軸加工中心上，通過人工干預復合可以實現車銑一體化加工，故加工毛坯選用棒料，根據工件幾何尺寸要求，毛坯棒料直徑為 210mm。長180mm。根據圖紙要求，遵循保證加工效率和加工精度原則，把葉輪加工劃分為車削和五軸加工兩個階段，本文主要以五軸加工為主，車削不在贅述。五軸加工主有以下幾道工序：

1.2.1.葉輪粗加工：對葉輪進行開粗，使用大刀具快速除去葉片之間的多余材

料，為下一步加工做準備。

1.2.2.葉片半精加工：半精加工主要是為了平滑粗加工留下的粗糙表面，去除

多余材料，生成加工余量比較均勻的表面，為精加工做準備。

1.2.3.流道及葉片精加工：精加工主要為了獲得要求的加工精度和表面質量。

粗加工留下的流道面可以直接進行精加工。

1.3.葉輪加工工藝參數確定

1.4.加工設備及加工軟件

本葉輪加工運用德瑪吉機床廠生產的DMU-50加工中心，機床控制系統為Heidenhain iTNC 530，機床各參數如表2所示。此機床系統功能強大，搭載了奔騰處理器，運算速度極快，同時支持高速加工。

在刀路計算方面采用了最先進的解決方案——HyperMILL，HyperMILL具有專業的葉輪加工模塊，輕松的實現了智能化操作，參數設置極其簡單，同時配有完整的刀具干涉檢查及干涉避讓功能，極大地為用戶縮短了程序開發時間。

2. 葉輪五軸加工

2.1.葉輪五軸加工刀具軌跡生成

此葉輪五軸加工部分的刀路在HyperMILL軟件中編寫生成，在Solidworks中建好模型后轉入HyperMILL加工環境，通過對加工參數、加工工法、刀具等參數的設定，可以由HyperMILL自動生成刀具軌跡。葉輪加工刀具軌跡生成過程和加工工法見表3所示。

2.2.后處理數控加工程序

在HyperMILL中運算生成的刀具路徑包含了加工工藝和加工參數等所有信息，但不能被機床直接調用，因此需要專用的后處理工具將刀路文件后處理成機床能識別的數控代碼，根據Heidenhain iTNC 530數控系統的個指令參數，在Hyperpost后處理構造器中建立DMU-50專用后處理工具，并將刀路文件轉換成機床代碼，如圖2所示。

2.3.仿真加工檢驗

現實的生產過程中必須要保證后處理生成的數控程序是完全符合要求的，因此在加工前需對程序進行校驗，本文基于VERICUT仿真檢驗功能，構造了DMU-50機床加工模型，利用數控代碼成功驅動機床完成葉輪零件的加工。加工后的零件如圖3所示。

3. 結語

葉輪作為流體壓縮機的核心零件， 其工作環境壓力極高，因此對制造水平要求也非常高。葉輪的制造質量直接決定其工作性能，為了要制造出復合要求的葉輪，不僅要有良好的制造設備，更要有合理的制造方法和良好的制造工藝作保證。

參考文獻：

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