航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪的五軸加工方法及參數(shù)的改進(jìn)與研究

葉衛(wèi)文 趙利平（廣東科技學(xué)院）

航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪的五軸加工方法及參數(shù)的改進(jìn)與研究

葉衛(wèi)文 趙利平
（廣東科技學(xué)院）

航空工業(yè)作為一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的象征,在航空零部件當(dāng)中，航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的主要?jiǎng)恿Σ考鴩姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的主件就是葉輪、葉片。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)高低已成為一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)，所以葉輪、葉片的制造加工技術(shù)的研究,對(duì)各類(lèi)型飛機(jī)、軍事裝備、汽車(chē)、船只和民用設(shè)備等等有著重要的研究?jī)r(jià)值,并且對(duì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防有著重要的戰(zhàn)略意義。

葉輪的重點(diǎn)和難點(diǎn)；參數(shù)設(shè)定；加工實(shí)列

一、前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)床產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展，在高速高精高效化方面也得到了較大的提高，同時(shí)也向著無(wú)人化方向發(fā)展。在制造加工方面，實(shí)現(xiàn)高速和多軸化，以減小工序、人為錯(cuò)誤等，朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，即工件在一臺(tái)多軸數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、多軸旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)裝夾工件、磨、鉆、銑、鏜、鉸、攻牙等，完成多個(gè)制造工藝和復(fù)雜曲面的加工（一步到位）。讓每一件加工工件成為一件藝術(shù)品。

我國(guó)目前跟國(guó)外多軸數(shù)控機(jī)床對(duì)比，加工制造等水平還有一定的差距.例如:機(jī)床的穩(wěn)定性、剛性、精度、無(wú)人化、復(fù)合化、多軸及加工工藝等等。

在德國(guó)，政府非常重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展 ,在多方面都大力支持。特別講究事實(shí)求是,堅(jiān)持以人為本,師徒合作,不斷學(xué)習(xí)進(jìn)取,定期開(kāi)設(shè)技術(shù)交流會(huì)互相學(xué)習(xí)，互想提高，每當(dāng)有一些關(guān)建和重大的技術(shù)難題時(shí)，還有專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)研討會(huì)。

二、葉輪、葉片

葉輪、葉片作為航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心系統(tǒng)是解決潛艇螺旋槳、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、船用螺旋槳、輪船轉(zhuǎn)子、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等等加工制造的唯一方法。

由于葉輪、葉片零部件大多是薄壁葉片型,剛性很差,大多為鋁合金材質(zhì),通常只有在高轉(zhuǎn)速切削和切削力小的情況下,才能對(duì)這些凹型壁進(jìn)行加工。葉輪表面光滑度要求為Ra=1.6μm，葉片曲面的曲率變化較大，輪廓精度要求達(dá)到0.05mm以內(nèi)。在葉輪的特殊外型上分析，葉片風(fēng)道從小變大，非常容易發(fā)生刀具與葉片碰撞，需要機(jī)床C軸具有較大的搖擺范圍以及合理的參數(shù)設(shè)置，以有利于刀具在很小的風(fēng)道空間中避免撞刀。葉片低部間距約8.3mm，圓角R3mm，葉片長(zhǎng)度為38mm，為了能快速的削除余量，需要選擇合適的刀具進(jìn)行加工。由于葉片厚度較薄為2mm，最厚的部位也僅3mm，葉片扭曲較大。加工過(guò)程中葉片容易發(fā)生變型，嚴(yán)重情況下可能出現(xiàn)葉片破損，造成工件加工失敗。在加工過(guò)程中還要避免刀具高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的振動(dòng).

三、葉輪的編程與加工模擬

運(yùn)用MASTERCAM X6軟件進(jìn)行摸擬數(shù)控機(jī)床加工，葉輪在摸擬過(guò)程可以提前發(fā)現(xiàn)是否加工有錯(cuò)，對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)切、撞刀、擺動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化修改，從而將事故發(fā)生率降低至最低，保障機(jī)床和人員的安全。最終提高葉片、葉輪的加工成功率和產(chǎn)量。

在MASTERCAM X6軟件的幫助下,先對(duì)葉片進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,并跟據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)出合理的排風(fēng)槽。葉片設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行數(shù)控編程,制定出合理的加工工藝：即1.對(duì)毛坯進(jìn)行整體式曲面粗加工挖槽2.對(duì)開(kāi)完粗加工的工件進(jìn)行平面銑削3.對(duì)工件外形進(jìn)行2D精加工4.利用葉片專(zhuān)家功能對(duì)葉片排風(fēng)槽進(jìn)行粗加工5.利用葉片專(zhuān)家功能對(duì)葉片進(jìn)行精加工6.最利用葉片專(zhuān)家功能對(duì)葉片根部進(jìn)行精加工并且在葉片之間留0.02MM余量，防止碰傷葉片7.在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)上安裝好毛坯并且設(shè)置好毛坯零點(diǎn)8.根據(jù)編寫(xiě)好的程序安裝加工刀具9.所用的刀具必須注意安裝長(zhǎng)度是否跟程序一致10.利用MASTERCAM X6進(jìn)行最后仿真切削,確認(rèn)無(wú)誤11.通過(guò)后處理出數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的程序并輸入數(shù)控系統(tǒng)。進(jìn)行葉片、葉輪的加工。

O0001 ( PROGRAM - 葉片加工 )

N110 ( DATE - 11-04-16 TIME - 22:33 )

N120 G21

N130 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N140 G0 G28 G91 Z0.

N150 ( TOOL - 3 DIA. OFF. - 0 LEN. - 0 DIA. - 10. )

N160 T3 M6

N170 G0 G54 G90 X-1.476 Y14.056 C-64.525 A-70. S10000 M3

N180 G43 H0 Z48.07

N190 Z35.004

略...................

四、實(shí)際加工過(guò)程和結(jié)果

在實(shí)際的加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)問(wèn)題。①刀具極容易與工作臺(tái)發(fā)生碰撞，故在編程上限定C軸工作范圍為正負(fù)80°，以保證機(jī)床與工件之間的安全。②計(jì)算公差對(duì)葉輪的表面光潔度有著明顯的變化，如公差范圍在0.03mm以上的，表面光潔度明顯變差。③由于葉片的厚度比較溥，參數(shù)取用高轉(zhuǎn)速較低的進(jìn)給速度，以保正葉片不變型。葉輪的加工時(shí)間大約為1小時(shí)完成。

利用MASTERCAM X6進(jìn)行摸擬五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工,后處理出數(shù)控加工程序，對(duì)葉輪進(jìn)行了實(shí)際的試切加工,并最終完成了葉輪、葉片的加工具有一定的指導(dǎo)和研究?jī)r(jià)值。

G322

B

1007-6344（2016）04-0337-01

葉衛(wèi)文，1981出生，男，漢族，籍貫廣東，單位廣東科技學(xué)院，學(xué)歷本科，職務(wù)教師，職稱(chēng)助教、高級(jí)技師，研究方向數(shù)控技術(shù)及制造專(zhuān)業(yè)