葉輪加工精度影響因素分析及改進

王宗榮 季楊洋 李楠 孫鵬程 嚴金金

摘?要：隨著科技生產的發展，越來越多的復雜曲面零件被要求應用于加工中，葉輪作為典型的復雜曲面零件代表，如何保證其加工質量與精度一直是技術難題。本文針對整體葉輪加工的一系列步驟，結合三維軟件對葉輪加工進行模擬，從切削力、切削刀具以及進給量等一系列參數分析葉輪加工的影響因素，從而進一步提高葉輪加工的精度。

關鍵詞：葉輪加工;加工精度;影響因素

文獻標識碼：A

1 葉輪加工特點及流程

傳統的葉輪是由葉片均勻的分布在載體上，葉片順這一定方向以曲線形式延伸，[2]葉片本體偏薄，通常采用車床切削的方式進行加工。

葉輪的加工主要針對于中部鏈接去、葉片整體、流量通道以及葉輪根部倒角四個部分。在加工的過程中我們通過一系列粗加工切除工件中大部分物料，隨后通過設定定位基準、加工工序逐步對工件進行半精加工以及精加工。在所有加工步驟中粗加工主要針對去除大量預料，構造葉輪基礎輪廓，半精加工主要針對粗加工中出現的毛刺、凹凸表面進行修補，使得葉輪整體更加光滑，精加工是最后針對葉輪具體部位進行加工，[3]確保整體葉輪的精確性以及綜合性能的優良。

2 影響葉輪加工因素

2.1 葉輪材料的選擇

在葉輪材料的選擇上，傳統的葉輪制造選取鋁合金作為葉輪加工的主要材料，由于鋁合金密度小，且不易腐蝕，但由于傳統的鋁硬度以及耐磨性較差，因此在葉輪加工時，常常會出現葉片變形的情況。因此本次葉輪加工選取7075作為葉輪加工的主要材料。7075是以鋅為主要成分，約占整體成分的6%，相較于6061，7075具有更好的強度，且其耐腐蝕性同樣優秀，適用于葉輪這種復雜曲面零件的加工材質。

2.2 刀具的選擇

在葉輪加工的過程中，機床上的刀具起到至關重要的作用。在切削過程中，加工刀具的硬度與強度常常需根據加工步驟作出選擇。若刀具整體強度偏小，當刀具接觸加工件表面時，受到擠壓力超出負荷導致刀具的變形，與預計切削量相差過大，從而導致葉輪表面過度加工或者加工程度低等情況，同時刀具在產生變形的過程中，由于刀具表面前后尺寸不一，導致加工表面粗糙，影響葉輪的加工精度。

在葉輪的加工過程中，由于其步驟目的不同，因此針對不同的工序，選取不同的刀具進行加工。在進行粗加工的過程中，由于需要切除工件上大部分材料，因此選擇切削面較大的刀具進行切割，例如立式銑刀，從而提高加工的進度。在進行半精加工、精加工的過程中，我們通常選取切削面較小的刀具，提高切削表面光滑度以及切削精度。

2.3 切削參數設置

在進行葉輪加工時，我們需要對例如切削速度、進給量、背吃刀量等一系列切削參數進行設計。切削速度是指加工葉輪的過程中銑刀移動的速度，若切削速度過低會導致葉輪加工效率變低，不利于企業經濟性要求，若速度過大則可能會引起加工刀具過度磨損或者加工時出現震顫的情況，從而導致加工表面粗糙度過高，影響加工精度。進給量往往針對工件加工有關，過大的進給量會導致工件形變嚴重，產生誤差。背吃刀量在設計時應注意盡可能使背吃刀量契合加工件需要的切削余量，這樣可以避免參數設置偏離正常范圍，從而也能保證加工進度以及效率。

3 整體葉輪的仿真與加工

3.1 加工中心的選用

本次仿真加工選取的加工機床為五軸加工中心，相較于以前的三軸中心，五軸加工中心擁有多種結構形式和運動模式，隨時調整所用刀具以及控制刀具工作角度，從而保障避免刀具使用時帶來的干涉以及占位，大大提高整體的效率。

3.2 加工步驟確定及參數計算

3.2.1 毛坯余量粗加工切除

在加工葉輪時我們首先要對加工毛坯表面余料進行切除，由于本步驟僅僅涉及余料切削，對精度要求低，因此切削速度盡可能大，從而提高切削速度。

刀具線速度Vc=300m/min，n=1000VcπD

轉速n=6000r/min，Vf=nZfz

n=6000r/min、Z=4、fz=0.1

解得Vf=3500mm/min。

切削方式采用跟隨式，背吃刀量參數設為0.2mm，通過選取刀具自身長度的75%來制定刀具間的距離，切削時物件的側面余量為2mm。

3.2.2 葉片半精加工

半精加工的走刀規劃和粗加工相類似，只是用更小的刀具來進行加工，提高葉片的光潔度。取Vc=125m/min，fz=0.04，Z=3

代入公式n=1000VcπD

算得轉速n=120000/min，Vf=nZfz，Vf=1000mm/min。

切削過程中刀的進給量設為刀具自身直徑的30%。

3.2.3 葉片精加工

在之前加工的基礎上，通過對葉片的精加工從而使得葉輪達到最終的要求成果。

取Vc=125m/min，fz=0.04，Z=3

代入公式n=1000VcπD

算得轉速n=10000/min，Vf=nZfz，Vf=800mm/min

完成參數設置后導入三維進行仿真截圖，將葉輪參數通過后置處理程序直接導入生成數控加工軟件進行現場加工，通過現場加工情況所示，葉輪表面平滑，葉片完整，且加工精度符合產品要求。

4 總結

本文依靠UG三維軟件對影響葉輪精度加工因素進行分析，從刀具選用、毛坯材料、設計參數等方面提出葉輪加工因素的可行性，從而保證其加工精度。

參考文獻：

[1]胡憶溈主編.實用帶壓密封夾具圖集[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2]朱耀祥主編.組合夾具-組裝，應用，理論[M].北京：機械工業出版社，1990.

[3]洪如瑾主編.UG NX2 CAD快速入門指導[M].北京：清華大學出版社，2004.