復雜整體葉輪數控加工關鍵技術研究

魯　力

（湖南省汽車技師學院，邵陽 422000）

復雜整體葉輪數控加工關鍵技術研究

魯力

（湖南省汽車技師學院，邵陽 422000）

隨著科學技術的發展，國內的數控加工技術水平也在不斷提升。基于這種認識，本文對復雜整體葉輪的數控加工特點及流程展開分析，然后對其數控加工關鍵技術展開研究，從而為關注這一話題的人們提供相關參考。

復雜整體葉輪數控加工關鍵技術

現實生活中，整體葉輪裝置在各行各業中都得到了應用。而在航空發動機等復雜的機械設備中，整體葉輪裝置的構造也較為復雜，且這些裝置都對數控加工有著較高的精度要求。為滿足這些零部件的加工要求，編程人員通常會使用一些數控加工關鍵技術進行零部件加工設計。因此，有必要對復雜整體葉輪數控加工關鍵技術展開研究，從而為有關研究的開展提供一些指導。

1　復雜整體葉輪的數控加工特點及流程

1.1加工特點

對復雜整體葉輪進行數控加工，需要采取數字信息控制技術和相應的數控加工方法實現對結構復雜、精度要求高、型號產量少和零件種類多樣的整體葉輪的自動化和高效化加工。所以，從加工特點上看，該種零部件的加工具有高精度和高速的特點。在加工葉輪的過程中，由于葉片較薄，所以較容易出現刀變形的問題，從而影響加工質量。同時，由于整體葉輪的葉片具有較大的扭曲度，所以其刀軸矢量計算較為復雜。此外，整體葉輪的葉片間隔較小，且葉高較大，因此也將給數控加工帶來一定的困難。為克服這些問題，在加工復雜整體葉輪的過程中，需要提前確定數控加工方案，并且進行詳細的加工零件和葉輪圖紙的繪制。在此基礎上，還要明確葉輪的數控加工流程，即了解具體工作分工及加工順序，確定加工器具、加工工作銜接方式和葉輪的位置［1］。此外，還要對葉輪數控加工的允許誤差進行確定，并指揮機床上的技術工作。

1.2加工流程

從加工流程上看，復雜整體葉輪數控加工與非復雜整體葉輪的加工大致相同。首先，需要進行零件加工設計圖稿的繪制，然后按照繪制的零件圖進行零件結構、幾何形狀、材質、精度要求和大小的分析，以便為零部件的數控加工奠定基礎。其次，需要明確復雜整體葉輪的數控加工原則和內容，然后進行加工過程的設計。具體來講，就是需要做好機床和加工零件所需器具的挑選，并且使零件加工位置和裝夾位置得到確定。同時，還要確定加工的順序和步驟，并且明確器具的使用方法。此外，還要完成加工技術文件的填寫，然后對加工程序進行校驗。完成實際操作總結后可以發現，如果按照之前設計進行復雜整體葉輪的數控加工將存在較多加工缺陷［2］。因此，編程人員在零件的實際加工過程中，還要加強現場指導，以便幫助操作人員理解程序的具體步驟。

2　復雜整體葉輪的數控加工關鍵技術

2.1刀具的選擇

在數控加工過程中，需要使用刀具軌道規劃技術進行復雜整體葉輪的加工。而在此之前，需要做好刀具的選擇。具體來講，就是根據機床類型、刀具剛性、允許切削用量和毛坯材料等內容進行刀具的選擇。一般情況下，可以使用平底立銑刀進行粗加工，并且使用球頭銑刀進行精加工。針對復雜整體葉輪，還要根據葉輪零件尺寸做好刀具尺寸的選擇。在刀長方面，需要對加工輪轂曲面時所需刀具長度進行確定。因為此時需要的刀具最長，需要流出刀柄夾持的余量。在對零件進行粗加工時，應該選擇直徑大的刀具，以便迅速進行材料的去除。在精加工的過程中，還要根據加工曲面曲率確定球頭半徑。在加工復雜整體葉輪時，葉片與輪轂之間的葉根圓角容易發生干涉，所以應該確保球頭半徑不大于該圓角曲面的最小曲率半徑。

2.2刀具軌道規劃技術

根據部件幾何形態及曲率參數進行刀具軌道的規劃，容易使加工出的部件難以與裁剪葉片匹配。之所以會出現該種問題，是由于其在葉根處出現了干涉，以至刀具和加工部件產生了碰撞。為改善該種情況，需要采取參數映射的方式避免刀具軌跡出現空行程，并且使其與葉片流線方向保持一致。所以，采取該技術可改善零件的加工質量［3］。此外，針對刀軸矢量計算，還要使用線性插值計算方法進行刀軸矢量生成改造，以免刀具與加工部件出現碰撞，繼而進一步提高加工質量。

（1）粗加工刀具軌跡計算。在對葉片進行粗加工時，葉片扭曲程度、葉輪結構形式和流道深度都會對流道可加工性產生影響。所以，葉片粗加工需要采取簡單的走刀方式，并且盡可能高效率地去除材料。考慮這些問題，可以采取直紋面驅動方式進行粗加工，以免在葉片前后緣位置留下過多余量。而在計算刀具軌跡時，可以根據葉片曲面偏置確定粗加工驅動面，所以其刀具軌跡就是直紋面的一條準線。該條準線通常靠近輪轂，可以根據刀軸干涉碰撞情況確定其矢量。具體來講，就是沿著該準線給定數個關鍵刀軸矢量的位置，然后根據干涉碰撞情況在這些位置分別進行關鍵刀軸矢量的設置。而使用平滑刀軸矢量生成法進行刀軸矢量的插值計算，則能夠得到刀具的軌跡。

（2）精加工刀具軌跡計算。在對復雜整體葉輪的葉片進行精加工的過程中，可以使用螺旋銑削加工方法。使用該方法，需要使刀身相對葉片做環繞動作，所以將產生光滑連續的螺旋線加工軌跡。在計算該軌跡的過程中，需要從參數域上將其看成是獨立的刀軌，然后對其行距和走刀步長進行計算［4］。在計算切削行距時，可以使用等參數增量計算方法。使用該方法，需要對重新映射規范化的參數進行分析和計算，而得到的參數增量需要確保上下兩條刀具軌跡之間的殘留高度不超過加工誤差。根據得到的參數比例變化，則能夠進行螺旋刀軌刀步長的計算。

2.3葉片變形控制技術

在對復雜整體葉輪進行數控加工的過程中，為防止葉片變形問題的出現，還要做好各個階段的切線參數選擇。為此，在建立目標函數的過程中，需要實現目標的優化，以便實現葉片變形最小化。根據優化結果，則能夠進行恰當的切削參數選擇。就目前來看，在建立以葉片變形最小為優化目標的函數時，可以采取兩種計算方法，即直接建模法和有限元建模法。無論采取哪種方法，都要根據切削參數建立切削力公式，然后將計算得到的切削力加載在零件模型上。而通過對瞬時加工狀態進行分析，則能夠對切削力進行有效控制。但是，使用直接建模法將產生較多的局限性，所以一般不用于加工復雜零件。而使用有限元建模法，可以先建立葉片的有限元模型，然后將力加載于模型［5］。在此基礎上，通過利用有限元軟件計算求解，就能夠對葉片的變形情況展開分析。

3　結論

總之，在加工復雜整體葉輪的過程中，還要了解葉輪的數控加工特點和流程，才能夠較好地進行數控加工關鍵技術的選用。而使用這些技術進行葉輪的加工，將能得到加工精度較高的零部件，從而使零部件的設計制造滿足相關需求。因此，相信隨著相關技術的發展，復雜整體葉輪的數控加工關鍵技術將能得到更好的應用，從而進一步提升零部件的數控加工效率和質量。

［1］劉辰，徐家文，趙建社，等.三元流閉式葉輪組合電加工技術研究Ⅲ——數控電火花精加工關鍵技術［J］.航空學報，2010，（6）：1299-1304.

［2］王福元，徐家文.整體葉輪分步法數控電解加工工藝與關鍵技術［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2010，（8）：72-77.

［3］安魯陵，戚家亮，修春松.整體葉輪高效數控加工編程技術［J］.航空制造技術，2010，（21）：44-47.

［4］曾鋒，楊忠高，王平.整體葉輪的五軸數控編程的關鍵技術［J］.制造業自動化，2012，（2）：29-32.

［5］郭凱，劉獻禮，程耀楠，等.開式整體葉輪加工關鍵工藝技術研究［J］.航空精密制造技術，2012，（3）：34-36，40.

Research on Key Technology of NC Machining of Complex Integral Impeller

LU Li
（Hunan Institute of automobile technician，Shaoyang 422000）

With the development of science and technology，the level of domestic CNC machining technology is also constantly upgrading.Based on this understanding，this paper of a complex integral impeller NC machining characteristics and analyzes the process of and on the key technology of NC machining for launches the research，so as to focus on the topic of people to provide relevant reference.

complex integral impeller，numerical control machining，key technology