航空噴氣發(fā)動機葉輪的五軸加工方法及參數(shù)的改進與研究

葉衛(wèi)文 趙利平（廣東科技學院）

航空噴氣發(fā)動機葉輪的五軸加工方法及參數(shù)的改進與研究

葉衛(wèi)文 趙利平
（廣東科技學院）

航空工業(yè)作為一個國家綜合實力的象征,在航空零部件當中，航空噴氣發(fā)動機是飛機的主要動力部件，而噴氣發(fā)動機的主件就是葉輪、葉片。航空發(fā)動機的制造技術(shù)高低已成為一個國家科技實力的標準，所以葉輪、葉片的制造加工技術(shù)的研究,對各類型飛機、軍事裝備、汽車、船只和民用設(shè)備等等有著重要的研究價值,并且對經(jīng)濟和國防有著重要的戰(zhàn)略意義。

葉輪的重點和難點；參數(shù)設(shè)定；加工實列

一、前言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，機床產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展，在高速高精高效化方面也得到了較大的提高，同時也向著無人化方向發(fā)展。在制造加工方面，實現(xiàn)高速和多軸化，以減小工序、人為錯誤等，朝著自動化方向發(fā)展，即工件在一臺多軸數(shù)控機床上實現(xiàn)一次裝夾后，通過自動換刀、多軸旋轉(zhuǎn)、自動裝夾工件、磨、鉆、銑、鏜、鉸、攻牙等，完成多個制造工藝和復雜曲面的加工（一步到位）。讓每一件加工工件成為一件藝術(shù)品。

我國目前跟國外多軸數(shù)控機床對比，加工制造等水平還有一定的差距.例如:機床的穩(wěn)定性、剛性、精度、無人化、復合化、多軸及加工工藝等等。

在德國，政府非常重視機床工業(yè)的發(fā)展 ,在多方面都大力支持。特別講究事實求是,堅持以人為本,師徒合作,不斷學習進取,定期開設(shè)技術(shù)交流會互相學習，互想提高，每當有一些關(guān)建和重大的技術(shù)難題時，還有專門的機構(gòu)進行技術(shù)研討會。

二、葉輪、葉片

葉輪、葉片作為航空噴氣發(fā)動機的重要零部件，五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心系統(tǒng)是解決潛艇螺旋槳、飛機發(fā)動機葉片、船用螺旋槳、輪船轉(zhuǎn)子、汽車發(fā)動機曲軸等等加工制造的唯一方法。

由于葉輪、葉片零部件大多是薄壁葉片型,剛性很差,大多為鋁合金材質(zhì),通常只有在高轉(zhuǎn)速切削和切削力小的情況下,才能對這些凹型壁進行加工。葉輪表面光滑度要求為Ra=1.6μm，葉片曲面的曲率變化較大，輪廓精度要求達到0.05mm以內(nèi)。在葉輪的特殊外型上分析，葉片風道從小變大，非常容易發(fā)生刀具與葉片碰撞，需要機床C軸具有較大的搖擺范圍以及合理的參數(shù)設(shè)置，以有利于刀具在很小的風道空間中避免撞刀。葉片低部間距約8.3mm，圓角R3mm，葉片長度為38mm，為了能快速的削除余量，需要選擇合適的刀具進行加工。由于葉片厚度較薄為2mm，最厚的部位也僅3mm，葉片扭曲較大。加工過程中葉片容易發(fā)生變型，嚴重情況下可能出現(xiàn)葉片破損，造成工件加工失敗。在加工過程中還要避免刀具高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的振動.

三、葉輪的編程與加工模擬

運用MASTERCAM X6軟件進行摸擬數(shù)控機床加工，葉輪在摸擬過程可以提前發(fā)現(xiàn)是否加工有錯，對加工過程中產(chǎn)生的過切、撞刀、擺動等問題進行優(yōu)化修改，從而將事故發(fā)生率降低至最低，保障機床和人員的安全。最終提高葉片、葉輪的加工成功率和產(chǎn)量。

在MASTERCAM X6軟件的幫助下,先對葉片進行數(shù)學建模,并跟據(jù)空氣動力學原理設(shè)計出合理的排風槽。葉片設(shè)計完成后進行數(shù)控編程,制定出合理的加工工藝：即1.對毛坯進行整體式曲面粗加工挖槽2.對開完粗加工的工件進行平面銑削3.對工件外形進行2D精加工4.利用葉片專家功能對葉片排風槽進行粗加工5.利用葉片專家功能對葉片進行精加工6.最利用葉片專家功能對葉片根部進行精加工并且在葉片之間留0.02MM余量，防止碰傷葉片7.在數(shù)控機床工作臺上安裝好毛坯并且設(shè)置好毛坯零點8.根據(jù)編寫好的程序安裝加工刀具9.所用的刀具必須注意安裝長度是否跟程序一致10.利用MASTERCAM X6進行最后仿真切削,確認無誤11.通過后處理出數(shù)控機床運行的程序并輸入數(shù)控系統(tǒng)。進行葉片、葉輪的加工。

O0001 ( PROGRAM - 葉片加工 )

N110 ( DATE - 11-04-16 TIME - 22:33 )

N120 G21

N130 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N140 G0 G28 G91 Z0.

N150 ( TOOL - 3 DIA. OFF. - 0 LEN. - 0 DIA. - 10. )

N160 T3 M6

N170 G0 G54 G90 X-1.476 Y14.056 C-64.525 A-70. S10000 M3

N180 G43 H0 Z48.07

N190 Z35.004

略...................

四、實際加工過程和結(jié)果

在實際的加工過程中發(fā)現(xiàn)如下幾個問題。①刀具極容易與工作臺發(fā)生碰撞，故在編程上限定C軸工作范圍為正負80°，以保證機床與工件之間的安全。②計算公差對葉輪的表面光潔度有著明顯的變化，如公差范圍在0.03mm以上的，表面光潔度明顯變差。③由于葉片的厚度比較溥，參數(shù)取用高轉(zhuǎn)速較低的進給速度，以保正葉片不變型。葉輪的加工時間大約為1小時完成。

利用MASTERCAM X6進行摸擬五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工,后處理出數(shù)控加工程序，對葉輪進行了實際的試切加工,并最終完成了葉輪、葉片的加工具有一定的指導和研究價值。

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1007-6344（2016）04-0337-01

葉衛(wèi)文，1981出生，男，漢族，籍貫廣東，單位廣東科技學院，學歷本科，職務(wù)教師，職稱助教、高級技師，研究方向數(shù)控技術(shù)及制造專業(yè)