整體葉輪的數(shù)控加工技術及應用研究

邱文軍 馮喜鳳 仝永平 牛少博 王偉

摘? 要：伴隨市場需求的改變，也開始有變化出現(xiàn)在整體葉輪形狀中。在逐漸提升了葉輪制造標準后，在某種程度上加大了整體葉輪加工難度。為了將整體葉輪加工效率提升，要求技術人員精準掌握加工技術以及應用要點，通過數(shù)控技術，加工整體葉輪，進而把符合市場需求的整體葉輪產(chǎn)品生產(chǎn)出來。

關鍵詞：整體葉輪;數(shù)控加工;技術應用

中圖分類號：TG659? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0155-02

隨著科技的發(fā)展，加速了機械加工技術的更新?lián)Q代，因此，將更高的要求拋向了技術方面。為了將成品加工的合格率提升，需要高度關注各個操作細節(jié)。把產(chǎn)品精度提升，防止不合格成品帶來的不良影響。在現(xiàn)代機械技術中出現(xiàn)了越來越多的不規(guī)則形狀零件，因此，只有提升加工技術，才能夠應對這些挑戰(zhàn)。

1 葉輪分析

各種產(chǎn)品的組成部件即為葉輪，主要涵蓋航空發(fā)動機、水輪機、汽輪機等產(chǎn)品。它可以完成氣液的加壓處理，轉換能量。葉片和輪盤等是葉輪的主要組成部分。從結構組成角度入手，它主要涵蓋閉式葉輪機、開式葉輪機以及半閉式葉輪機?？梢哉f，機械產(chǎn)品的性能會直接受到葉輪的影響，不但控制著機械工作效能，對機械的運行壽命也會產(chǎn)生影響。葉片加工時葉輪數(shù)控加工的難點，特別是航空中所應用的葉輪，它的葉片嚴重扭曲，通道較窄，因此，嚴格的要求著其加工精度，需要每個葉片都維持一致。此外，還應該在規(guī)定范圍內(nèi)控制表面粗糙度。加上葉輪材料質量的制約，因此，會加大整體葉輪的加工難度。

2 具體的加工技術分析

2.1 從規(guī)劃角度切入

規(guī)劃技術是整個葉輪數(shù)控加工中的重要技術，它一般是就刀具軌道而言的。在規(guī)劃以前的數(shù)控加工刀具軌道時，多數(shù)是從零部件的曲面參數(shù)以及幾何形態(tài)入手的。但是這種方法所生產(chǎn)的零部件應用率很低，對裁葉片的配置標準一般難以滿足，因為限制了葉根處，導致被加工部件和刀具容易碰撞到一起，這樣對葉輪部件的加工質量就會產(chǎn)生影響。而對于全新的整體葉輪加工而言，在規(guī)劃技術方面，主要選擇了參數(shù)映射技術，把刀具和葉片間的干涉減少，把刀具重新規(guī)劃出來，防止出現(xiàn)空行程刀具軌跡的情況。此外，由于葉片流線與刀具軌跡的方向可以保持相同，這樣使得葉輪部件加工效率得到了顯著提升。通過這項技術，可以把葉輪加工零件的質量有效提升。

2.2 重要技術分析

弄清零件的位置，并且采取有效的方法進行加工處理是整體葉輪數(shù)控加工中的重要技術內(nèi)容。需要哪些操作，對這些操作的前后順序怎樣確定出來等等。一般在加工操作時，我們可以按照以下步驟進行操作：科學的選擇工作器具，不頻發(fā)的切換工作器具，節(jié)約時間，所以，可以集中應用同一種工具。一般用直線數(shù)控機或者點位及完成平面孔系零件的加工。加工步驟確定時，主要控制好加工時間、加工精度以及成品率。一般用磨床或者數(shù)控車床加工旋轉體零件。在加工時，通常有較多的冗余存在于成品加工中，所以需要應用粗加工策略。一般利用低強度加工器具在數(shù)控車床上加工凹槽零件，所以，最好斜向操作，通常不會崩刃。

2.3 科學選擇刀具

在數(shù)控加工操作時，應該利用刀具軌道規(guī)劃技術加工整體葉輪。在此項操作前，應該選擇好刀具，詳細而言，就是按照毛坯材料、切削量、機床類型以及刀具剛性等選擇刀具。通常利用球頭銑刀完成精加工，通過平底銑刀完成粗加工。就整體性葉輪而言，需要按照葉輪零件的具體尺寸，選擇控制刀具尺寸。一般情況，利用所需刀具長度確定加工輪毅曲面。由于此操作要求控制好刀具長度，因此，應該把刀柄夾持余量流出來。在粗加工零件時，應該對大直徑的刀具進行選擇，從而便于快速去除材料。在精細化加工操作時，還應該按照加工曲面曲率，把球頭半徑確定出來，在對整體葉輪加工時，輪毅和葉片的也容易互相干涉，因此，應該在圓角曲面最小曲率半徑以下控制球頭半徑。

2.4 控制葉片變形

在數(shù)控加工整體葉輪時，為了避免出現(xiàn)葉片變形問題，還應該科學的選擇每個階段的切線參數(shù)。所以，在對目標函數(shù)進行創(chuàng)建時，需要不斷優(yōu)化目標，從而盡量控制葉片變形情況。基于相關優(yōu)化情況，可以有效的選擇切削參數(shù)。根據(jù)具體情況而言，在對葉片最小目標函數(shù)建立時，可以通過有限元法與直接建模法進行計算。不管何種方式，都應該按照切斜參數(shù)把切削公式建立起來，然后在零件模型上加載切削力。而通過分析瞬時加工情況，可以達到有效控制切削力的目的。然而，有較多的局限性存在于直接建模法中，因此，在復雜零件加工時不會應用這種方法。對應的，應用有限元建模法時，可以先把葉片有限元建模搭建起來，然后在模型上施加一定的力，基于此，利用有限元軟件求解計算，從而達到科學分析葉片變形的目的。

2.5 改造刀軸矢量技術

在加工葉輪時，因為葉片容易發(fā)生較大的扭曲，加上狹窄的通道，這樣容易有干涉情況出現(xiàn)在葉片與刀具之間。在利用CAM軟件對刀位軌跡進行規(guī)劃時，被加工葉片的曲面性質往往決定著刀軸矢量，而且，刀軸矢量在相鄰刀點位之間不均勻變化，導致快慢不均勻的情況出現(xiàn)在了數(shù)控機床工作臺中，導致切削力在加工時嚴重變化，如果問題不嚴重會造成被加工零件外表面質量啃傷或者降低，如果問題嚴重，會損壞刀具，造成零件難以被應用。所以，在規(guī)劃復雜通道零件刀位軌跡時，應該在非干涉區(qū)域中科學控制刀軸變化幅度以及刀軸矢量，從而將加工時機床的穩(wěn)固性提升，進而將零件外表面質量提升。

3 具體應用點探究

做好加工前的準備工作是整體葉輪數(shù)控加工時需要注意的。采取有效的措施預防可能出現(xiàn)的摩擦問題。加工人員科學調試數(shù)控加工機床，對內(nèi)部設定的參數(shù)進行細致核對，保證不存在問題。還應該把加工路線弄清楚，把固定緊葉輪的具體位置設置出來，防止有問題出現(xiàn)在加工過程中。如果需要調控葉輪位置以及路線，這樣應該事先交代明白，讓工作人員第一時間制定整理措施。在加工數(shù)控機床時，應該嚴格按照產(chǎn)品加工標準去做。因葉輪的不同用途，也會將一定的要求拋向整個葉輪加工效率。所以，要求加工人員把加工標準內(nèi)容弄清楚，控制好加工質量，為了把整體葉輪加工質量提升，需要定期培訓技術人員，保證他們可以熟知基本的操作流程及技術。在提升了數(shù)控加工自動化程度后，盡管工作人員工作任務不重，然而也嚴格的要求著他們的技術水平。為了保證葉輪片的切削精度以及彎曲度，要求工作人員可以從具體情況著手，就操作中所遇問題，科學的分析探究，制定處理方案。

4 結束語

總的來講，在對整體葉輪加工時，對葉輪的加工流程以及特征要準確的掌握，這樣才可以有效的選用數(shù)控加工關鍵技術，而通過這些技術加工葉輪時，可以獲得高精度的加工零件，進而把符合要求的零部件設計出來。所以，伴隨技術的成熟與發(fā)展，我們需要更多的掌握這方面的技術，努力增強零部件的數(shù)控加工質量與效率。

參考文獻：

[1]秦錄芳，孫濤，時四強，等.基于UG的整體葉輪數(shù)控加工仿真研究[J].組合機床與自動化加工技術，2015（11）：87-88.

[2]曹著明，王劉菲，朱? ，等.基于POWERMILL的航空整體葉輪五軸數(shù)控加工研究[J].機械設計與制造，2015（08）：253-255.

[3]石佩斐，郭鶴.復雜整體葉輪數(shù)控加工的關鍵技術[J].工藝與裝備，2015（07）：98-99.

[4]修春松，安魯陵，戚家亮.整體葉輪鼓形刀五坐標數(shù)控加工刀位軌跡生成[J].機械制造與自動化，2011（07）：76-77.

[5]劉辰，徐家文，趙建社，等.三元流閉式葉輪組合電加工技術研究Ⅲ——數(shù)控電火花精加工關鍵技術[J].航空學報，2010（08）：87-88.