作為透平機(jī)械的關(guān)鍵部件，整體式葉輪廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，其加工技術(shù)一直是透平制造業(yè)中的一個(gè)重要課題。從整體式葉輪的幾何結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程可以看出，加工整體式葉輪肘，加工軌跡規(guī)劃的約束條件比較多，相鄰的葉片之間空間較小，加工時(shí)極易產(chǎn)生碰撞干涉，自動(dòng)生成無(wú)干涉加工軌跡比較困難。因此，在加工葉輪的過(guò)程中不僅要保證葉片表面的加工軌跡，還要滿(mǎn)足幾何準(zhǔn)確性的要求，而且由于葉片厚度的限制，要在實(shí)際加工中注意軌跡規(guī)劃以保證力日工的質(zhì)量。

　　英國(guó)DELCAM公司的PowerMILL軟件，在航空航天工業(yè)五軸加工中已有多年應(yīng)用歷史，其技術(shù)與服務(wù)己很成熟，以其功能強(qiáng)大及易操作性的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、船舶、內(nèi)燃機(jī)、家用電器、輕工產(chǎn)品等行業(yè)。

　　五軸加工的優(yōu)點(diǎn)

　　五軸加工的主要優(yōu)點(diǎn)是僅需一次裝夾定位即能完成復(fù)雜形體零件的全部加工，可以節(jié)省大量的加工時(shí)間。PowerMILL定位五軸加工時(shí)，主軸固定在一系列方向進(jìn)行加工。此外，PowerMILL還提供了連續(xù)五軸加工的功能，允許運(yùn)用多種加工策略和全系列的切削刀具，在復(fù)雜曲面、實(shí)體和三角形模型上產(chǎn)生連續(xù)五軸刀具路徑，而且全部刀具路徑部經(jīng)過(guò)過(guò)切檢查和機(jī)床仿真，從而保證了人員及設(shè)備的安全。

　　圖1 高爾夫球籽式進(jìn)退刀工藝

　　五軸加工是高科技加工的重要體現(xiàn)，在軟件技術(shù)、機(jī)床技術(shù)、刀具技術(shù)快速發(fā)展的今天，隨著設(shè)備價(jià)格的大幅下降，五軸技術(shù)逐步進(jìn)入企業(yè)。PowcrMILI新增的自動(dòng)避免碰撞功能使自動(dòng)五軸編程成均現(xiàn)實(shí)，使用此功能，PowerMILL可以按照編程人員設(shè)定的碰撞間隙自動(dòng)調(diào)整刀軸，在三軸加工不到的部位自動(dòng)避讓刀軸，在三軸不會(huì)產(chǎn)生碰撞的部位又自動(dòng)恢復(fù)三軸加工狀態(tài)，這樣可以保證用盡可能短的刀具進(jìn)行加工，不但提高了加工的剛性，而且增大了加工范圍。

　　PowerMILL在葉輪加工中的應(yīng)用

　　目前國(guó)內(nèi)外在葉輪制造方面都有很大的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)大多數(shù)葉輪的生產(chǎn)廠家在復(fù)雜葉輪制造技術(shù)方面同國(guó)外相比還有一定的差距。本文就使用 PowerMILL7.0對(duì)葉輪進(jìn)行力II工軌跡規(guī)劃作一說(shuō)明，其基本加工工藝流程的制訂以葉輪的幾何結(jié)構(gòu)特征和使用要求為依據(jù)，具體內(nèi)容包括:

　　1準(zhǔn)備毛坯

　　材料為鍛鋁件，經(jīng)車(chē)削加工制成回轉(zhuǎn)體的基本形狀，可以減少數(shù)控加工的時(shí)間。

　　2刀具

　　從粗加工到最終的精加工均采用不同規(guī)格的球頭刀或錐度球頭刀，本例中采用R6，R3球頭刀和R2全錐3°的錐度球銑刀。

　　3加工工藝安排

　　(1)裝夾:采用芯軸裝夾定位，也可以考慮在毛坯上制出鍵槽進(jìn)行輔助定位，并制作適應(yīng)芯軸定位裝夾的專(zhuān)用工裝;

　　(2)找正:打表找正或采用尋邊器。

　　圖2 五軸自動(dòng)避讓編程

　　4 粗加工流道部分

　　(1)采用3+2定位五軸加工，盡量減少聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，提高加工的穩(wěn)定性。采用三維區(qū)域請(qǐng)除策略，粗加工留余量O.5mm，下切為3mm，主軸轉(zhuǎn)速 8OOOr/min，進(jìn)給速度為1200mm/min。采用賽車(chē)道加工，光順余量，下切方式為螺旋，充分發(fā)揮高速加工的效率。

　　(2)在流道較窄的地方，采用3+2定位五軸加工，也可考慮采用五鈾聯(lián)動(dòng)方式加工，好處是可以給后續(xù)的加工留下更均勻的余量，缺點(diǎn)是聯(lián)動(dòng)時(shí)切削不如定位五軸穩(wěn)定。

　　5 粗加工葉片

　　選取要粗加工的葉片，PowerMILL會(huì)自動(dòng)判斷刀軸方向，自動(dòng)避讓旁邊的葉片干涉。

　　6 進(jìn)行合理的人工時(shí)效

　　可做去應(yīng)力時(shí)效處理，這樣可以改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能，以改善工件的內(nèi)在質(zhì)量。

　　7 二次粗加工

　　半精加工流道部分，采用五軸聯(lián)動(dòng)加工，留余量O.2mm，給精加工留更均勻的余量，保證后續(xù)加工切削穩(wěn)定，在此加工中，采用曲面投影策略。

　　8 半精加工葉片

　　使用SWARF加工方式，刀軸為自動(dòng)判斷，留O.15mm余量，給精加工留更均勻的余量，保證后續(xù)加工切削穩(wěn)定。

　　9 精加工流道

　　采用曲面投影方式，要注意曲面的經(jīng)緯線(xiàn)分布及曲面的投影質(zhì)量，這將直接影響刀具路徑的質(zhì)量和加工的表面質(zhì)量。

　　圖3 五軸碰撞仿真

　　10 精加工葉片

　　葉片精加工可采用SWARF加工方式，也可采用曲面投影方式。在本例中，由于葉片的由而是用直紋面構(gòu)成的，用SWARF加工方式比較方便。

　　完成所有的程序后，可以先做一次機(jī)床仿真，檢查編制的程序是否有過(guò)切、碰撞的情況，把所有可能會(huì)出現(xiàn)的意外情況杜絕在上機(jī)加工之前，以保證人員和設(shè)備的安全，然后作NC程序輸出。

　　難點(diǎn)分析和解決方法

　　1 制作薄壁件

　　由于口|片很薄，在半精加工和精加工時(shí)盡量采用逐層切削的方式，甚至可以先加工葉尖位置，保證加工時(shí)葉片還有足夠的強(qiáng)度，然后再對(duì)葉片進(jìn)行加工。如果2個(gè)相鄰葉片之間有足夠的空間，在加工過(guò)程中可以考慮留階梯狀余量，比如把葉片等分成3段，上段留O.5mm余量，中段留1mm余量，下段留1.5mm余量，這樣可以保證加工葉片七部時(shí)底部始終有足夠的強(qiáng)度支持，雖然這樣將大大加大編程的復(fù)雜程度和編程時(shí)間，但可以提高加工的質(zhì)量。

　　2 根部加工安全問(wèn)題

　　PowerMILL通過(guò)曲線(xiàn)的刀軸控制方式來(lái)保證情根時(shí)刀具路徑是順著葉片根部前行的?？梢蕴峁┝慵倪^(guò)切檢查、刀柄刀桿的碰撞檢查以及機(jī)床的加工仿真和碰撞檢查功能，保證加工過(guò)程的安全性。

　　數(shù)控加工的發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，五軸和高速加工必將成為主流。現(xiàn)在，越來(lái)越多的廠家采用五軸機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品的加工，這一方面可以提高加工效率，縮短生產(chǎn)時(shí)間; 另一方面可以提高葉片的加工質(zhì)量，減少鉗工的工作量。而高速五軸機(jī)床能否發(fā)揮官應(yīng)有的效益，CAM軟件的選擇非常重要，在五軸及高速鏡削加工領(lǐng)域可供選擇的眾多CAM加工軟件中，PowerMILL無(wú)疑是更專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)品。