整体叶轮的五轴数控编程与加工叶轮又称工作轮，离心式压缩机中唯一对气流作功的元件，转子上的最主要部件一 般由轮盘、轮盖和叶片等零件组成气体在叶轮叶片的作用下，随叶片作高速旋转，气体 受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使它通过叶轮的压力得到提高对叶轮的基本要求是：1•能给出较大的能量源；2. 气体流过叶轮的损失要小，即气体流经过叶轮的效率要高；3. 气体流出叶轮时各参数合宜，使气体流过后面固定元件时的流动损失较小；4•叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽常分为闭式、半开式和开式叶轮叶轮的建模可分为轮毂曲面(Hub)以及叶片曲面(Blade)两部分，叶片又包含包覆曲面(Shr oudSurface)、压力曲面(Pressure Surface)和吸力曲面(Suction Surface)，如图1所示叶轮轮毂 面及叶轮盖分别由叶片中性面根部曲线和叶片中性面顶部曲线绕Z轴旋转而成;经过旋转轴 Z的设计基准面为子午面;中性面是处于叶片压力面和吸力面中间位置的曲面对于轮毂曲 面和包覆曲面，可分别由叶片根部曲线和叶片顶部曲线绕Z轴回转而成，故在整体叶轮的 建模过程之中，把叶片的建模放在轮毂曲面和包覆曲面建模之后。
隔1叶轮模型Idnairoi^oiTiiicn叶轮类零件构成的一般形式是若干组叶片均匀分布在轮毂的曲面上一组叶片中可能 只有一个叶片，也可能有若干个叶片前一种情况的叶片分布称为等长叶片，后一种的叶 片形式主要指含有小叶片，一般称为交错叶片本例的整体叶轮产品效果，如图2所示图2整体叶轮散果图一、整体叶轮结构加工工艺分析在本实例中，需要对整体叶轮的流道、叶片和圆角主要曲面进行加工，如图3所示图3整体叶轮加工內容 烏1另外，在叶片之间有大量的材料需要去除为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采 用大扭角、根部变圆角的结构，这给叶轮的加工提出了更高的要求根据本例具体情况加 工难点如下：(1) 加工槽道变窄，叶片相对较长，刚度较低，属于薄壁类零件，加工过程极易变形(2) 槽道最窄处叶片深度超过刀具直径的8倍以上，相邻叶片空间极小，在清角加工时 刀具直径较小，刀具容易折断，切削深度的控制也是加工的关键技术(3) 本例的整体叶轮曲面为自由曲面，流道窄，叶片扭曲比较严重，并且有明显的后仰 趋势，加工时极易产生干涉，加工难度较大有些叶轮由于有副叶片，为了避免干涉，要 分段加工曲面，因此，保证加工表面的一致性也有困难。
整体叶轮加工技术要求包括尺寸、形状、位置、表面粗糙度等几何方面的要求，也包 括机械、物理、化学性能的要求再对叶轮进行加工前，必须对叶轮毛坯进行探伤检查 叶轮叶片必须具有良好的表面质量精度一般集中在叶片表面、轮毂的表面和叶根表面， 表面粗糙度值应小于Ra0.8“m截面间的型面平滑过度，另外叶身的表面纹理力求一致，一致的流水线是最好的纹理表面，但这样又限制了走刀方向，从而在一定程度上限制了加 工的刀具轨迹整体叶轮在工作中为了防止振动并降低噪音，所以整体叶轮对动平衡性的要求很高， 因此在加工过程中要综合考虑叶轮的对称问题，在进行CAM编程时可利用叶片，流道等关 于叶轮旋转轴的对称性的加工表面，可采用对某一元素的加工来完成对相同加工内容不同 位置的操作，如本例应用了旋转阵列加工的操作另外，应尽可能减少由于装夹或换刀造 成的误差二、整体叶轮加工工艺准备1•机床准备:采用立式五轴联动高速加工中心，数控机床主要参数X轴行程900mm , Y 轴行程600mm,Z轴行程550mm,C轴旋转范围0°—360°,B轴摆动范围-90刀库容量40 刀位，数控系统为SIEMENS 840D如图4所示图4翁式五轴联动高速加工中心椁掘遵聽上黑2•刀具准备：采用HSK高速刀柄，由于加工时叶片的纹理要求所使用的刀具切削刃长 度应大于70mm,刀具总长度应大于120mm,并采用整体硬质合金涂层刀具。
3.工装准备：要求安全可靠，体积小、质量轻，以减小加工时的惯性力矩对工件加工精 度的影响另外，装卸工件要简洁方便4•测量准备：对于叶轮这样的复杂型面，手工方法无法确定精度，主要采用三坐标测量 机进行型面数据检测把采集到的数据与几何建模实体进行比较来检测加工精度5•编程软件的准备：目前，国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用加工软件，主要有 美国NREC公司的MAX-5、MAX-AB叶轮加工专用软件，瑞士 Starrag数控机床带有的整体叶轮加工模块，还有HyperMill等专用的加工软件此外，一些通用的CAD/CAM软件如 UG、CATIA、Delcam等也可用于整体叶轮的加工，本例应用的是UG NX通用编程软件三、整体叶轮的数控加工工艺过程工序1"6R2圆鼻刀粗加工工序1的具体内容如表1所示生成的刀具路径和加工仿真如图5、6所示加工方式 ZLEVEL_FOLLOW_CORE刀具规格列6E2匾鼻刀刀具材料硬质合金涂匿主釉转速r/min6000协工余星2. 5mmiS绩逵度mm/miit；^500曲面轻厘0.03mm诩削宽度mm12训削滦度mm2：工艺妾直分析:机床规格也』粗加工采用小负载快速加工的皴果较好・国e工序1刀具路径图 ffiel序1仿真鲁誌黨•赠工序2^16R2圆鼻刀开粗加工工序2的具体内容如表2所示。
生成的刀具路径和加工仿真如图7、8所示加工方式 ZLEVEL_FOLL OW_CORE刀具觊格^16F2咼羽刀刀具相料硬處合金涂层主軸转煙l-Zmia6000加工余量lrnm进绐速廈mm/min.5500曲面精度0. 03mm切副宽度mmB切削探度mm1工艺要点労祈殳开粗时，注蕙要使用上渣工序的毛坯跟踪功能“图8工序2仿真!◎ ° 丄丿丁 ittnrxvo.cftm.Gn工序3®12R6球头刀半精加工工序3的具体内容如表3所示生成的刀具路径和加工仿真如图9、10所示加工方式 ZLEVEL_F0LL0W_C0f?E刀具规構■M2R6球头刀口具材料硬质合全涂层主轴转速r/rrinEOOO加工余垦U. Erwi进给速離mm/min2500曲匝拮度0.02mm切削宽潼mm4切削深度mm"0.5工艺要査楚析:使用球头刀时，参加切削的刃不宜过桧'魁免产生包刀现象口圉9工序3刀具路径图翻工序推真胃邸itfn-t? VQ-Gom qcn工序4®12R6球头刀精加工工序4的具体内容如表4所示生成的刀具路径和加工仿真如图11、12所示加工方式 CONTOUK_AREA刀具规格古谑ES球头刀刀具材料硬质合金徐层主軸转速r/min10000加工余呈0进绐速窗mm/min450CT曲面蓿廃0. 005mm切削宽度mm1诃削障度mm□ . 5工艺要点分祈:建意对加工精度参数的调整-圄11工序4刀具路径團辭工序4仿真翩飆愿图13工序5刀具路径图- ■ . . »I - . 1. 71 .1 B _n J - .■ L .-工序5 01OR5球头刀除流道残料加工工序5的具体内容如表5所示。
生成的刀具路径和加工仿真如图13、14所示加工方式 VARIABLE_CONTOUK刀具规格■^lQRS 球头口R具材料硬质合金谕层主轴转遠r/mm8000加工余量□讲给速復mni/min3500単面精度C. OOSmtn切削宽泾mtn0 5切削裸度叩S工艺要点直析；注意叮具仍削工件时的切削应力对加工搭度的壷响o图空工序曲蠱劇観工序6©10R5球头刀清根加工工序6的具体内容如表6所示生成的刀具路径和加工仿真如图15、16所示加工方式 VARIABLE_CONTOU1?刀具规格◎ 1ER2園爲刀刀具対邸谨通合金棕层主轴转速r/min1000Dtill工余屋n进绘速度mtn/min4500曲面藉度0.005mm切削宽歴mm0.0£切削深度叭60工艺要点分析:对加工对象需要适当留有加工余量为消除切削力的誌阴匚nsE=> .图15工序&刃具路径图 图16工序6仿』f謚號遵賈冷工序7多刀具清角加工工序7的具体内容如表7所示生成的刀具路径和加工仿真如图17、18所示加工方式 VARIABLE_CONTOUI?刀旦规梏■MCIRS球头刀硬质合全涂辰刀具规格跖附球头刀刀眞材料硬质合金涂层刀具规格邮R3球头刀刀具材料硬质合金涂展刀具规格^12R2圆幕刀•刀具材料-硬质合金涂展主轴转速f/mln15C00加工余星0进给速度mm/min6000曲両洁廃0. 005mm切削宽建mm0. 01切削深度価6=0工艺要点分祈■:图17工序7刀具路径图 图18工序7四、整体叶轮的数控加工注意事项1.注意刀轴的方向，避免产生干涉。
同时注意在进刀和退刀的过程，尤其是在退刀时, 应沿设定的退刀方向退出工件型面，避免发生干涉，在对叶片的清角加工轨迹中，合理设 置的进/退刀方向和距离如图19所示逼13刀具轨迹中抑退刀设首；蕊疗盘密2.注意装夹位置合理，避免刀具与夹具碰撞3•在装夹时注意加工中心的行程，避免超行程。