復(fù)雜整體葉輪數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究

魯　力

（湖南省汽車技師學(xué)院，邵陽(yáng) 422000）

復(fù)雜整體葉輪數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究

魯力

（湖南省汽車技師學(xué)院，邵陽(yáng) 422000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工技術(shù)水平也在不斷提升?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工特點(diǎn)及流程展開(kāi)分析，然后對(duì)其數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，從而為關(guān)注這一話題的人們提供相關(guān)參考。

復(fù)雜整體葉輪數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)實(shí)生活中，整體葉輪裝置在各行各業(yè)中都得到了應(yīng)用。而在航空發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備中，整體葉輪裝置的構(gòu)造也較為復(fù)雜，且這些裝置都對(duì)數(shù)控加工有著較高的精度要求。為滿足這些零部件的加工要求，編程人員通常會(huì)使用一些數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行零部件加工設(shè)計(jì)。因此，有必要對(duì)復(fù)雜整體葉輪數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，從而為有關(guān)研究的開(kāi)展提供一些指導(dǎo)。

1　復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工特點(diǎn)及流程

1.1加工特點(diǎn)

對(duì)復(fù)雜整體葉輪進(jìn)行數(shù)控加工，需要采取數(shù)字信息控制技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)控加工方法實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、型號(hào)產(chǎn)量少和零件種類多樣的整體葉輪的自動(dòng)化和高效化加工。所以，從加工特點(diǎn)上看，該種零部件的加工具有高精度和高速的特點(diǎn)。在加工葉輪的過(guò)程中，由于葉片較薄，所以較容易出現(xiàn)刀變形的問(wèn)題，從而影響加工質(zhì)量。同時(shí)，由于整體葉輪的葉片具有較大的扭曲度，所以其刀軸矢量計(jì)算較為復(fù)雜。此外，整體葉輪的葉片間隔較小，且葉高較大，因此也將給數(shù)控加工帶來(lái)一定的困難。為克服這些問(wèn)題，在加工復(fù)雜整體葉輪的過(guò)程中，需要提前確定數(shù)控加工方案，并且進(jìn)行詳細(xì)的加工零件和葉輪圖紙的繪制。在此基礎(chǔ)上，還要明確葉輪的數(shù)控加工流程，即了解具體工作分工及加工順序，確定加工器具、加工工作銜接方式和葉輪的位置［1］。此外，還要對(duì)葉輪數(shù)控加工的允許誤差進(jìn)行確定，并指揮機(jī)床上的技術(shù)工作。

1.2加工流程

從加工流程上看，復(fù)雜整體葉輪數(shù)控加工與非復(fù)雜整體葉輪的加工大致相同。首先，需要進(jìn)行零件加工設(shè)計(jì)圖稿的繪制，然后按照繪制的零件圖進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)、幾何形狀、材質(zhì)、精度要求和大小的分析，以便為零部件的數(shù)控加工奠定基礎(chǔ)。其次，需要明確復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工原則和內(nèi)容，然后進(jìn)行加工過(guò)程的設(shè)計(jì)。具體來(lái)講，就是需要做好機(jī)床和加工零件所需器具的挑選，并且使零件加工位置和裝夾位置得到確定。同時(shí)，還要確定加工的順序和步驟，并且明確器具的使用方法。此外，還要完成加工技術(shù)文件的填寫，然后對(duì)加工程序進(jìn)行校驗(yàn)。完成實(shí)際操作總結(jié)后可以發(fā)現(xiàn)，如果按照之前設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工將存在較多加工缺陷［2］。因此，編程人員在零件的實(shí)際加工過(guò)程中，還要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，以便幫助操作人員理解程序的具體步驟。

2　復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)

2.1刀具的選擇

在數(shù)控加工過(guò)程中，需要使用刀具軌道規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜整體葉輪的加工。而在此之前，需要做好刀具的選擇。具體來(lái)講，就是根據(jù)機(jī)床類型、刀具剛性、允許切削用量和毛坯材料等內(nèi)容進(jìn)行刀具的選擇。一般情況下，可以使用平底立銑刀進(jìn)行粗加工，并且使用球頭銑刀進(jìn)行精加工。針對(duì)復(fù)雜整體葉輪，還要根據(jù)葉輪零件尺寸做好刀具尺寸的選擇。在刀長(zhǎng)方面，需要對(duì)加工輪轂曲面時(shí)所需刀具長(zhǎng)度進(jìn)行確定。因?yàn)榇藭r(shí)需要的刀具最長(zhǎng)，需要流出刀柄夾持的余量。在對(duì)零件進(jìn)行粗加工時(shí)，應(yīng)該選擇直徑大的刀具，以便迅速進(jìn)行材料的去除。在精加工的過(guò)程中，還要根據(jù)加工曲面曲率確定球頭半徑。在加工復(fù)雜整體葉輪時(shí)，葉片與輪轂之間的葉根圓角容易發(fā)生干涉，所以應(yīng)該確保球頭半徑不大于該圓角曲面的最小曲率半徑。

2.2刀具軌道規(guī)劃技術(shù)

根據(jù)部件幾何形態(tài)及曲率參數(shù)進(jìn)行刀具軌道的規(guī)劃，容易使加工出的部件難以與裁剪葉片匹配。之所以會(huì)出現(xiàn)該種問(wèn)題，是由于其在葉根處出現(xiàn)了干涉，以至刀具和加工部件產(chǎn)生了碰撞。為改善該種情況，需要采取參數(shù)映射的方式避免刀具軌跡出現(xiàn)空行程，并且使其與葉片流線方向保持一致。所以，采取該技術(shù)可改善零件的加工質(zhì)量［3］。此外，針對(duì)刀軸矢量計(jì)算，還要使用線性插值計(jì)算方法進(jìn)行刀軸矢量生成改造，以免刀具與加工部件出現(xiàn)碰撞，繼而進(jìn)一步提高加工質(zhì)量。

（1）粗加工刀具軌跡計(jì)算。在對(duì)葉片進(jìn)行粗加工時(shí)，葉片扭曲程度、葉輪結(jié)構(gòu)形式和流道深度都會(huì)對(duì)流道可加工性產(chǎn)生影響。所以，葉片粗加工需要采取簡(jiǎn)單的走刀方式，并且盡可能高效率地去除材料?？紤]這些問(wèn)題，可以采取直紋面驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行粗加工，以免在葉片前后緣位置留下過(guò)多余量。而在計(jì)算刀具軌跡時(shí)，可以根據(jù)葉片曲面偏置確定粗加工驅(qū)動(dòng)面，所以其刀具軌跡就是直紋面的一條準(zhǔn)線。該條準(zhǔn)線通?？拷嗇灒梢愿鶕?jù)刀軸干涉碰撞情況確定其矢量。具體來(lái)講，就是沿著該準(zhǔn)線給定數(shù)個(gè)關(guān)鍵刀軸矢量的位置，然后根據(jù)干涉碰撞情況在這些位置分別進(jìn)行關(guān)鍵刀軸矢量的設(shè)置。而使用平滑刀軸矢量生成法進(jìn)行刀軸矢量的插值計(jì)算，則能夠得到刀具的軌跡。

（2）精加工刀具軌跡計(jì)算。在對(duì)復(fù)雜整體葉輪的葉片進(jìn)行精加工的過(guò)程中，可以使用螺旋銑削加工方法。使用該方法，需要使刀身相對(duì)葉片做環(huán)繞動(dòng)作，所以將產(chǎn)生光滑連續(xù)的螺旋線加工軌跡。在計(jì)算該軌跡的過(guò)程中，需要從參數(shù)域上將其看成是獨(dú)立的刀軌，然后對(duì)其行距和走刀步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算［4］。在計(jì)算切削行距時(shí)，可以使用等參數(shù)增量計(jì)算方法。使用該方法，需要對(duì)重新映射規(guī)范化的參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，而得到的參數(shù)增量需要確保上下兩條刀具軌跡之間的殘留高度不超過(guò)加工誤差。根據(jù)得到的參數(shù)比例變化，則能夠進(jìn)行螺旋刀軌刀步長(zhǎng)的計(jì)算。

2.3葉片變形控制技術(shù)

在對(duì)復(fù)雜整體葉輪進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，為防止葉片變形問(wèn)題的出現(xiàn)，還要做好各個(gè)階段的切線參數(shù)選擇。為此，在建立目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的優(yōu)化，以便實(shí)現(xiàn)葉片變形最小化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，則能夠進(jìn)行恰當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)選擇。就目前來(lái)看，在建立以葉片變形最小為優(yōu)化目標(biāo)的函數(shù)時(shí)，可以采取兩種計(jì)算方法，即直接建模法和有限元建模法。無(wú)論采取哪種方法，都要根據(jù)切削參數(shù)建立切削力公式，然后將計(jì)算得到的切削力加載在零件模型上。而通過(guò)對(duì)瞬時(shí)加工狀態(tài)進(jìn)行分析，則能夠?qū)η邢髁M(jìn)行有效控制。但是，使用直接建模法將產(chǎn)生較多的局限性，所以一般不用于加工復(fù)雜零件。而使用有限元建模法，可以先建立葉片的有限元模型，然后將力加載于模型［5］。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)利用有限元軟件計(jì)算求解，就能夠?qū)θ~片的變形情況展開(kāi)分析。

3　結(jié)論

總之，在加工復(fù)雜整體葉輪的過(guò)程中，還要了解葉輪的數(shù)控加工特點(diǎn)和流程，才能夠較好地進(jìn)行數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的選用。而使用這些技術(shù)進(jìn)行葉輪的加工，將能得到加工精度較高的零部件，從而使零部件的設(shè)計(jì)制造滿足相關(guān)需求。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜整體葉輪的數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)將能得到更好的應(yīng)用，從而進(jìn)一步提升零部件的數(shù)控加工效率和質(zhì)量。

［1］劉辰，徐家文，趙建社，等.三元流閉式葉輪組合電加工技術(shù)研究Ⅲ——數(shù)控電火花精加工關(guān)鍵技術(shù)［J］.航空學(xué)報(bào)，2010，（6）：1299-1304.

［2］王福元，徐家文.整體葉輪分步法數(shù)控電解加工工藝與關(guān)鍵技術(shù)［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，（8）：72-77.

［3］安魯陵，戚家亮，修春松.整體葉輪高效數(shù)控加工編程技術(shù)［J］.航空制造技術(shù)，2010，（21）：44-47.

［4］曾鋒，楊忠高，王平.整體葉輪的五軸數(shù)控編程的關(guān)鍵技術(shù)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2012，（2）：29-32.

［5］郭凱，劉獻(xiàn)禮，程耀楠，等.開(kāi)式整體葉輪加工關(guān)鍵工藝技術(shù)研究［J］.航空精密制造技術(shù)，2012，（3）：34-36，40.

Research on Key Technology of NC Machining of Complex Integral Impeller

LU Li
（Hunan Institute of automobile technician，Shaoyang 422000）

With the development of science and technology，the level of domestic CNC machining technology is also constantly upgrading.Based on this understanding，this paper of a complex integral impeller NC machining characteristics and analyzes the process of and on the key technology of NC machining for launches the research，so as to focus on the topic of people to provide relevant reference.

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