解決D100葉輪加工中干涉過切問題的對(duì)策

陳志榮

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣州 510450）

1 存在的問題

采用四軸數(shù)控機(jī)床（如圖1 所示）加工TWLQ-100 型渦輪氣體流量計(jì)的核心部件D100 葉輪，難度較大，需要設(shè)計(jì)專用夾具（如圖2 所示）。

圖1 加工葉輪的四軸數(shù)控機(jī)床

圖2 加工葉輪的專用夾具

D100 葉輪的基本參數(shù)如下：葉片材料為硬鋁（LY11），葉片數(shù)為20 片，葉片高度18.5 mm，葉片厚度為1 mm，葉根圓直徑為φ63 mm，葉頂圓直徑為φ100 mm，分度圓直徑為φ82 mm，螺旋升角為45°，葉片旋向?yàn)樽笮?/p>

經(jīng)分析，將其加工工藝流程確定為如圖3 所示的7大步驟，包括：開槽粗加工→葉片精加工→輪轂精加工。

圖3 加工葉輪的工藝流程

但加工過程中出現(xiàn)了以下兩種典型的干涉過切問題：1）如圖4（a）所示，刀具與葉片之間的過切；2）如圖4（b）所示，刀套與葉頂之間的干涉。

圖4 兩種干涉過切

干涉過切是一個(gè)致命性的問題，一旦出現(xiàn)，成品合格率幾乎為零，所以解決干涉過切問題是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。而且，為保證葉輪的質(zhì)量和使用要求，在仿真加工與碰撞干涉檢查（步驟5）工序中就要解決干涉過切問題。

2 原因分析

造成干涉過切問題的主要原因有以下3 點(diǎn)：1）葉片間寬小，留給刀具的空間小，如圖5（a）所示；2）葉片呈螺旋形，進(jìn)一步減小了刀具的空間，如圖5（b）所示；3）刀具直徑不能太小，否則會(huì)降低刀具剛性，容易造成斷刀。

圖5 造成干涉過切的部分原因

正是這些矛盾，客觀上留給刀具的空間小，而又要求刀具的直徑不能太小，才導(dǎo)致了干涉過切問題。解決這一問題可以從刀具材料、刀具直徑、刀具長(zhǎng)度3 個(gè)方面入手。

3 解決方案

3.1 合理選擇刀具材料以保證刀具剛性

由于葉片間寬小，要保證不過切不干涉，就要求刀具的直徑不能太大，同時(shí)又要保證刀具剛性，因此在選擇刀具材料時(shí)要充分考慮這個(gè)因素。由于高速鋼刀具剛性不足，金剛石刀具價(jià)格昂貴，而選擇硬質(zhì)合金涂層刀具，不但可以滿足剛性要求，保證加工質(zhì)量，而且價(jià)格較為合理。綜合以上因素，最終選擇硬質(zhì)合金涂層刀具。

3.2 合理選擇刀具直徑以避免刀具與葉片之間的過切

刀具直徑應(yīng)該小于兩葉片之間槽道的最小寬度Wt，即：

通過查閱相關(guān)資料，Wt的值可按下式估計(jì)：

式中：Rd為葉根圓半徑，mm；tP為葉片厚度，mm；N 為葉輪葉片個(gè)數(shù)。

根據(jù)已知條件，Rd=63/2=31.5 mm，tP=1 mm，N=20，代入式（2）計(jì)算得出：Wt=8.891 mm。因此，要求刀具直徑D≤8.891 mm。

3.3 合理選擇刀具長(zhǎng)度以避免刀套與葉頂之間的干涉

為避免刀套與葉頂發(fā)生干涉，要求刀具刃長(zhǎng)L 要大于葉片槽道的深度18.5 mm，即L≥18.5 mm。

因此，開槽粗加工選擇φ8×24 mm 的圓柱立銑刀，葉片、輪轂精加工選擇φ6R0.5×24 mm 的牛鼻銑刀。通過以上3 個(gè)步驟之后，把初步確定下來的刀具形狀尺寸輸入到仿真加工與碰撞干涉檢查（步驟5）是否會(huì)發(fā)生干涉過切，其流程經(jīng)過如圖6 所示。

圖6 葉輪仿真加工與碰撞干涉檢驗(yàn)

經(jīng)過反復(fù)計(jì)算、調(diào)整、檢驗(yàn)，最終得出了如圖7 所示刀具無干涉過切的效果。

圖7 刀具無干涉過切的效果

［1］陳志榮.解決D100 葉輪加工中切削變形的對(duì)策［J］.機(jī)械工程師，2012（3）：88-89.

［2］劉民杰，王金城，董慶運(yùn).基于NURBS 插補(bǔ)的整體葉輪數(shù)控加工［J］.機(jī)械制造，2011，49（562）：35-38.

［3］呂程輝.整體葉輪的五軸高速銑削加工工藝優(yōu)化［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.