基于五軸萬能復合加工中心的葉輪加工工藝方案

陳　雪，張立偉

(1.包頭職業技術學院 數控技術系，內蒙古 包頭 014030；2.德馬吉森精機床貿易有限公司 技術部，北京 100000)

基于五軸萬能復合加工中心的葉輪加工工藝方案

陳雪1，張立偉2

(1.包頭職業技術學院 數控技術系，內蒙古 包頭 014030；2.德馬吉森精機床貿易有限公司 技術部，北京 100000)

摘要：根據葉輪零件的結構特點，選擇在五軸萬能復合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK上進行加工，利用A-C旋轉軸功能，來滿足該類回轉復雜曲面零件的加工要求。提出了葉輪型面可行的工裝方案以及合理的加工工藝方案。實踐證明，該方法可行有效，不僅滿足了葉輪型面的精度要求，而且提高了生產效率，成功實現了高速、高精度和高效率的加工。

關鍵詞：葉輪；工藝方案；五軸銑削

葉輪類零件在軍工、冶金、石化和礦山等許多行業中廣泛應用，如風機、汽輪機等[1]。在汽輪機的工作過程中，葉輪是一個非常重要的部件，其質量的好壞直接影響汽輪機的使用性能。葉輪的結構比較復雜，尺寸精度高，外形輪廓度要求高；另外，對于葉輪的動平衡也有特殊要求。為了保證葉輪的整體精度，采用了一些可行的關于加工葉輪工裝及加工的工藝方案。經過試生產，葉輪各項質量均達到設計要求，成功生產出了符合要求的葉輪，并降低了生產成本。

圖1　葉輪零件圖

1葉輪的加工設備與工裝方案

葉輪零件圖如圖1所示。已知該葉輪零件的材質為1Cr12Ni2MoWVNbN，硬度為40～45 HRC，毛坯為精密鑄造。圖1中葉輪完整型面為本次機械加工部位，最大的加工難點是變形問題。由于葉輪是開式結構，工件剛度小，葉片厚度又太薄，導致工件極易變形；同時，由于葉片數量是奇數(19片)，不僅給定位夾緊及測量造成了一定的困難，同時也使加工后的工件更易變形[2]。

德馬吉生產的五軸萬能復合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK(見圖2)具有X、Y、Z等3個移動坐標軸和2個旋轉坐標軸(A、C)，最大的優勢在于五軸可以聯動。對于加工零件來說，合成運動可使刀具在五軸的空間內任意控制，保證了切削曲面可加工到位，并避免了刀具對工件的誤切削。與三軸、四軸加工中心相比，其具有更廣的工藝范圍，能以更高的加工精度和更好的加工質量進行葉輪型面的完整加工，特別適宜于大型復雜曲面零件的加工[3]。加工中心如圖2所示，其技術參數見表1。

圖2　加工中心DMU 125 FD duoBLOCK

機床型號行程/mmX軸Y軸Z軸主軸功率/kW主軸轉速/r·min-1X/Y/Z向快移速度/m·min-1刀庫容量/把NC回轉工作臺轉速/r·min-1銑車工作臺轉速/r·min-1轉臺直徑/mm工作臺最大承重/kgDMU125FDduoBLOCK125010001000400～10000604090020～5005002300

在葉輪零件的加工過程中，為滿足加工需求，應使用專用夾具進行裝夾[4]。葉輪專用夾具圖如圖3所示，該工序零件的裝夾示意圖如圖4所示。設計時以定位盤的圓柱面和φ382 mm圓柱的上表面為定位面，限制工件的5個自由度(分別是X、Y軸的移動和轉動以及Z軸的移動)，再用圓端蓋、螺桿及帶肩螺母夾緊工件，限制工件Z方向的轉動自由度。

圖3　葉輪夾具圖

圖4　零件的裝夾示意圖

2葉輪型面的加工工藝方案

2.1加工工藝參數

五軸聯動車銑復合加工中心銑削加工葉輪型面的加工工藝方案由如下工序組成：精加工葉輪外輪廓→開槽粗加工→二次粗加工→清根去除葉片與流道轉接圓角余量→二次清根去除葉片與流道轉接圓角余量→葉片及流道的半精加工→葉片曲面精加工→流道精加工→葉片圓角精加工。

葉輪型面加工工藝方案見表2，工藝參數見表3。

表2　葉輪型面加工工藝方案

表3　葉輪型面加工工藝參數

圖5　葉片精加工　　　　　　圖6　圓角精加工

2.2刀具類型

在葉輪型面加工過程中，所用刀具類型有外圓車刀、圓鼻銑刀、球頭刀和錐度球頭刀。刀具參數見表4。

表4　刀具類型

3結語

采用德馬吉生產的五軸聯動萬能復合加工中心DMU 125 FD duoBLOCK，并選擇A-C軸結構，非常適合該類回轉復雜曲面零件的加工。工件材質為1Cr12Ni2MoWVNbN，硬度為40～45 HRC，在汽輪機行業內屬于較常用高溫不銹鋼，其綜合力學性能非常好；但同時也給加工帶來了很大的困難。加工的刀具線速度多采用vc=20～60 m/min，每齒切削量為0.03～0.18 mm，可以比較好地加工該零件，最終加工表面粗糙度Ra為1.6 μm。經實踐證明，該種加工工藝高效可行，不僅滿足了葉輪型面的精度要求，而且提高了生產效率，降低了加工成本，成功實現了高速、高精度和高效率的多軸加工。

參考文獻

[1] 顧雪艷. 數控加工編程操作技巧與禁忌[M].北京:機械工業出版社，2007.

[2] 金娥，代建春.不銹鋼葉輪加工工藝的改進[J].機械工程師，2008(9)：160.

[3] 曾豪華.基于UGNX6.0的整體葉輪加工工藝及數控編程[J].機械工程師，2011(8)：72-74.

[4] 劉艷申.基于CAXA制造工程師2013的五軸葉輪加工[J].新技術新工藝，2014(12):3-6.

責任編輯鄭練

Processing Scheme of the Impeller based on the Five-axis Universal Compound Machining Center

CHEN Xue1, ZHANG Liwei2

(1.Numerical Control Department of Baotou Vocational & Technical College, Baotou 014030, China;

2.DMG Bed Mori Seiki Trading Co., Ltd., Technical Department, Beijing 100000, China)

Abstract：According to the structure of impeller parts, consider the processing in the five-axis shaft universal compound machining center DMU 125 FD duoBLOCK using the A-C axis of rotation function to meet this kind of rotary and complex curved surface parts requirement. And put forward the feasible impeller type surface tooling plan and the reasonable processing technology scheme. From the practice, this method is feasible and efficient, not only to meets the requirement of the accuracy of the impeller type, but also improves the production efficiency, and successfully realize the processing in high speed, high precision and high efficiency.

Key words:impeller, process planning, five-axis milling

收稿日期：2015-03-26

作者簡介：陳雪(1982-)，女，講師，工程碩士，主要從事數控技術專業教學和科研等方面的工作。

中圖分類號：TH 162+.1

文獻標志碼:B