引言

隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了NX、Pro/E、CATIA等成熟的商用軟件，這些軟件的出現(xiàn)為工業(yè)界解決葉輪、葉片的設(shè)計(jì)和加工問題提供了很好的工具。作為國(guó)產(chǎn)軟件，CAXA制造工程師經(jīng)過多年的發(fā)展和升級(jí)，已適應(yīng)了企業(yè)生產(chǎn)的需求，廣泛應(yīng)用于汽車、軍工、航空航天技術(shù)中。CAXA制造工程師在增加了多軸加工模塊以后，成為了一套方便而又簡(jiǎn)單的多軸加工軟件，特別是使葉輪、葉片的模塊化加工更加方便、快捷、易學(xué)。

1 葉輪的典型結(jié)構(gòu)

葉輪是離心式壓縮機(jī)中惟一對(duì)氣流作功的元件，是轉(zhuǎn)子上最主要的部件。離心式葉輪主要有閉式葉輪半開式葉輪和雙面進(jìn)氣葉輪三種，一般由輪盤、輪蓋和葉片等零件組成（見圖1）。

圖1 葉輪結(jié)構(gòu)

氣體在葉輪葉片的作用下，隨葉片作高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及氣體在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)使氣體通過葉輪時(shí)的壓力得到提高。葉輪主要應(yīng)用在化工及石油化工工藝、動(dòng)力工程、制冷工程和氣體分離、氣體輸送等領(lǐng)域。對(duì)葉輪的基本要求是：(1)能給出較大的能量源；(2)氣體流過葉輪的損失要小，即氣體流經(jīng)過葉輪的效率要高；(3)氣體流出葉輪時(shí)各參數(shù)合宜，氣體流過后面固定元件時(shí)的流動(dòng)損失較小；(4)葉輪型式能使整機(jī)性能曲線的穩(wěn)定工況區(qū)及高效區(qū)范圍較寬(見圖2)。

圖2 加工葉輪

2 葉輪加工工藝準(zhǔn)備

2.1 機(jī)床準(zhǔn)備

該機(jī)床采用MIKRON UCP 800立式五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心，雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其系統(tǒng)為Heidenhain iTNC 530，數(shù)控機(jī)床主要參數(shù)如表1所示：

圖3 雙轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸加工中心結(jié)構(gòu)示意圖

表1 MIKRON UCP 800主要參數(shù)

2.2 刀具刀柄選

該刀具采用HSK中空式高速刀柄。由于葉片的高度小于20mm，葉片問的間距大于20mm，所以我們可選擇刀刃長(zhǎng)20mm、直徑φ10mm的R2圓鼻刀進(jìn)行粗加工；選擇刀刃長(zhǎng)20mm、直徑φ4mm的R1的圓鼻刀進(jìn)行精加工，并采用整體硬質(zhì)合金涂層刀具。

2.3 工裝準(zhǔn)備

工件要安全可靠，體積小、質(zhì)量輕，以減小加工時(shí)的慣性力矩對(duì)工件加工精度的影響。另外，工件上網(wǎng)裝卸要簡(jiǎn)潔方便。為了解決干涉和碰撞問題，本例自制了裝夾工具，零件安裝在夾具的上表面，通過底面和中心孔定位(見圖4)。

圖4 夾具圖

2.4 測(cè)量準(zhǔn)備

對(duì)于葉輪這樣的復(fù)雜型面，手工方法無法確定其精度，因此我們主要采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行型面數(shù)據(jù)檢測(cè)，并把采集到的數(shù)據(jù)與幾何建模實(shí)體進(jìn)行比較，以此檢測(cè)加工精度。

3 葉輪加工工藝過程

3.1 工藝過程1

該過程以棒料為毛坯，操作人員通過數(shù)控車床加工出外形和孔（見圖5）。

圖5 加工出外形和孔

3.2 工藝過程2

該過程采用MIKRON UCP 800立式五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心，利用CAXA制造工程師的葉輪加工模塊分別設(shè)置葉輪初加工、流道精加工、葉片精加工的加工參數(shù)，如圖6、7、8所示。生成的刀具路徑如圖9所示，加工工序表如表2所示。

圖6 葉輪粗加工參數(shù)表

圖7 流道精加工參數(shù)表

圖8 葉片精加工參數(shù)表

圖10 流道精加工軌跡

圖11 葉片精加工軌跡

表2 工藝過程工序表

4 CAXA制造工程師葉輪加工軌跡仿真與后置處理

CAXA制造工程師對(duì)多軸加工只提供了線框仿真，無實(shí)體仿真。在CAXA制造工程師后置處理器的構(gòu)造中，我們根據(jù)機(jī)床的特性設(shè)定好機(jī)床的坐標(biāo)參數(shù)與旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)Heidenhain iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)的各命令功能設(shè)置編輯后置處理器。經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和對(duì)Heidenhain iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)命令的翻譯，它可把加工得到的刀軌文件轉(zhuǎn)換成符合MIKRONUCP 800 NC機(jī)床的NC代碼。

結(jié)束語

五軸葉輪加工中最大的難點(diǎn)是解決“干涉”，防止撞刀和過切問題，特別是在確定裝夾方案上需要操作人員考慮周全。另外，編制使用機(jī)床的后置處理文件也是五軸葉輪加工中難點(diǎn)，不同軟件和不同機(jī)床都有相應(yīng)的后置處理文件，而后者生成使用機(jī)床的代碼。