整體葉輪的數控加工工藝研究與實施

高睿杰， 高崇， 顧濤

（蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州 215104）

整體葉輪的數控加工工藝研究與實施

高睿杰， 高崇， 顧濤

（蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州 215104）

根據整體葉輪的零件圖樣，文中分析了葉輪結構，確定葉輪的加工內容和加工要求。設計了葉輪加工工藝路線，選用合適的毛坯、刀具和夾具，編制了葉輪的五軸銑削程序，完成了葉輪加工，闡述了葉輪類零件的一般加工過程。

葉輪；刀具；加工工藝

0 引 言

整體葉輪是離心式空氣壓縮機中的核心零件，其作用是將電動機的機械能轉化為空氣動能，提高輸出空氣的壓力。整體葉輪結構復雜，加工難度大，尤其是加工葉片和流道時，容易產生干涉，流道寬度比較小，無法使用大直徑刀具，加工效率低。

1 圖樣分析

本文所研究整體葉輪零件圖樣如圖1所示，該葉輪為半開放式整體葉輪，葉片數量為17，是某離心式空氣壓縮機的核心零件，葉輪三維結構如圖2所示。該葉輪結構比較復雜，葉片扭曲程度比較高，主要有葉片、流道、圓角、孔等特征。葉輪的主要加工難點為葉片面、流道面和葉根圓角，此位置加工時容易產生干涉，并且只能采用小刀具加工，效率低，葉輪內孔尺寸要求以及內孔與葉輪外輪廓的同軸度要求都比較高，零件主要加工內容如表1所示。

圖1 葉輪零件圖

圖2 葉輪三維模型

表1 加工內容

2 制定工藝路線

該葉輪分4次裝夾，毛坯選用圓柱棒料，第1次裝夾采用三爪夾盤夾持，完成葉輪打孔和粗車；第2次裝夾采用三爪夾盤夾持，完成葉輪底面臺階圓、臺階孔精車；第3次裝夾采用三爪夾盤和軟爪夾持，完成葉輪孔和輪轂的精車；第4次裝夾采用專用夾具夾持，完成葉輪銑削加工。工藝路線制定如下：1）備料。0Cr17Ni4Cu4Nb棒料，尺寸為φ220 mm×95 mm。2）打孔。在數控車床上用三爪夾盤夾持，打孔直徑為16 mm，深度貫通。3）粗車。粗車葉輪輪轂面，留2 mm精車余量。4）精車葉輪底面。在數控車床上零件掉頭，用三爪夾盤夾持，精車葉輪底面臺階外圓和臺階孔。5）精車葉輪包履面。在數控車床上用三爪夾盤和軟爪夾持。葉輪底面臺階外圓，精車內孔和輪轂面。6）葉輪粗銑。在五軸聯動加工中心上用專用夾具夾持，粗銑葉輪，流道方向和葉片方向各留0.5 mm精銑余量。7）粗銑葉片前緣。粗銑葉片前緣，留0.5 mm精銑余量。8）葉片半精加工。半精加工葉片，葉片方向留0.2 mm精銑余量，流道方向留0.5 mm精銑余量。9）流道半精加工。半精加工流道，流道方向留0.2 mm精銑余量，葉片方向留0.5 mm精銑余量。10）葉片精加工。精加工葉片至零件圖樣要求。11）流道精加工。精加工流道至零件圖樣要求。12）葉根圓角精加工。精加工葉根圓角至零件圖樣要求。

3 毛坯選用

圖3 葉輪粗車裝夾示意圖

圖4 葉輪底面精車裝夾示意圖

圖5 葉輪包履面車削裝夾示意圖

圖6 葉輪銑削裝夾示意圖

該葉輪材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有高強度、高硬度和抗腐蝕等特性，廣泛應用于制造軸類、汽輪機部件、航天渦輪機葉片等場合。0Cr17Ni4Cu4Nb由于硬度高，不容易斷屑等特點，切削性比較差，尺寸精度不容易控制。根據零件尺寸和機床性能，并考慮零件裝夾要求，選用直徑為220 mm，高度為95 mm的棒料。

4 夾具選用

該葉輪分4次裝夾，打孔粗車時，以毛坯作為基準，選用三爪夾盤裝夾，工件軸向伸出量為85 mm，裝夾簡圖如圖3所示。車削葉輪底面時，采用已經粗車完畢臺階外圓作為定位基準，三爪夾盤裝夾，裝夾示意圖如圖4所示。車削包履面時，以已加工完畢的葉輪底面臺階圓為基準，選用三爪夾盤和軟爪裝夾，裝夾示意圖如圖5所示。葉輪銑削時，以葉輪底面和葉輪軸孔作為定位基準，使用專用夾具裝夾，裝夾示意圖如圖6所示。

表2 刀具列表

5 刀具和切削用量選用

葉輪銑削時，由于流道窄，只能使用直徑較小的刀具，為了提高刀具剛性，盡量采用帶有錐度的銑刀。選用山高刀具系統，查閱山高刀具手冊，選用刀具和切削用量如表2所示。

6 葉輪編程與加工

本文所涉葉輪加工分車削和銑削兩種加工方式，其中車削加工較為簡單，此處不再贅述。葉輪銑削屬于五軸聯動銑削加工，程序復雜編程困難。NX軟件自8.0版本后就提供了專門的葉輪加工模塊，本文使用NX10.0軟件的葉輪加工模塊，編制葉輪加工軌跡，如圖6所示，并通過后處理得到葉輪加工程序。

圖6 葉輪加工刀具軌跡

圖7 葉輪加工

選用德瑪吉DMU65monoBLOCK五軸聯動加工中心作為該葉輪加工設備。DMU65為AC軸搖籃結構，配備海德漢530系統，具有很好的工藝能力和加工精度。將車削好的葉輪毛坯安裝在夾具上，并調整葉輪毛坯回轉軸線與機床C軸回轉軸線同軸，裝調好所有刀具，使用經過后處理得到的加工程序，完成該葉輪加工，總加工時間為7.2 h，加工過程如圖7所示。

7 結語

本文以某企業離心式空氣壓縮機葉輪為研究對象，通過對葉輪結構以及零件圖樣的分析，確定該葉輪的加工內容和加工要求。根據葉輪加工特點設計了葉輪的加工工藝路線，設計了葉輪加工的裝夾方式，選用了葉輪加工刀具和切削參數。使用NX軟件編制了葉輪的加工程序，完成了葉輪加工。本文完整地闡述了葉輪的加工過程，對葉輪制造具有普遍的借鑒意義。

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Implementation and Research on Machining Process of Impeller

GAO Ruijie,GAO Chong,GU Tao
(Suzhou Institute ofIndustrial Technology,Suzhou 215104,China)

According to the draft of impeller,the impeller structure is analyzed,and the processing content and processing requirements of the impeller are determined.The impeller machining process is designed.The appropriate blank,cutting tool and fixture are selected.The five-axis milling program and the impeller machining are completed.This paper expounds the impeller parts machining process in general.

impeller;tool;machining process

TH 162;TG 659

A

1002－2333（2018）01－0069－03

江蘇高校品牌專業建設工程資助項目（PPZY2015B186）

（編輯黃 荻）

高睿杰（1995—），男，?？圃谧x，數控技術專業；

顧濤（1977—），男，碩士，講師，研究方向為現代制造技術。

2017-03-29