复杂整体叶轮数控加工关键技术研究

鲁　力

（湖南省汽车技师学院，邵阳 422000）

复杂整体叶轮数控加工关键技术研究

鲁力

（湖南省汽车技师学院，邵阳 422000）

随着科学技术的发展，国内的数控加工技术水平也在不断提升。基于这种认识，本文对复杂整体叶轮的数控加工特点及流程展开分析，然后对其数控加工关键技术展开研究，从而为关注这一话题的人们提供相关参考。

复杂整体叶轮数控加工关键技术

现实生活中，整体叶轮装置在各行各业中都得到了应用。而在航空发动机等复杂的机械设备中，整体叶轮装置的构造也较为复杂，且这些装置都对数控加工有着较高的精度要求。为满足这些零部件的加工要求，编程人员通常会使用一些数控加工关键技术进行零部件加工设计。因此，有必要对复杂整体叶轮数控加工关键技术展开研究，从而为有关研究的开展提供一些指导。

1　复杂整体叶轮的数控加工特点及流程

1.1加工特点

对复杂整体叶轮进行数控加工，需要采取数字信息控制技术和相应的数控加工方法实现对结构复杂、精度要求高、型号产量少和零件种类多样的整体叶轮的自动化和高效化加工。所以，从加工特点上看，该种零部件的加工具有高精度和高速的特点。在加工叶轮的过程中，由于叶片较薄，所以较容易出现刀变形的问题，从而影响加工质量。同时，由于整体叶轮的叶片具有较大的扭曲度，所以其刀轴矢量计算较为复杂。此外，整体叶轮的叶片间隔较小，且叶高较大，因此也将给数控加工带来一定的困难。为克服这些问题，在加工复杂整体叶轮的过程中，需要提前确定数控加工方案，并且进行详细的加工零件和叶轮图纸的绘制。在此基础上，还要明确叶轮的数控加工流程，即了解具体工作分工及加工顺序，确定加工器具、加工工作衔接方式和叶轮的位置［1］。此外，还要对叶轮数控加工的允许误差进行确定，并指挥机床上的技术工作。

1.2加工流程

从加工流程上看，复杂整体叶轮数控加工与非复杂整体叶轮的加工大致相同。首先，需要进行零件加工设计图稿的绘制，然后按照绘制的零件图进行零件结构、几何形状、材质、精度要求和大小的分析，以便为零部件的数控加工奠定基础。其次，需要明确复杂整体叶轮的数控加工原则和内容，然后进行加工过程的设计。具体来讲，就是需要做好机床和加工零件所需器具的挑选，并且使零件加工位置和装夹位置得到确定。同时，还要确定加工的顺序和步骤，并且明确器具的使用方法。此外，还要完成加工技术文件的填写，然后对加工程序进行校验。完成实际操作总结后可以发现，如果按照之前设计进行复杂整体叶轮的数控加工将存在较多加工缺陷［2］。因此，编程人员在零件的实际加工过程中，还要加强现场指导，以便帮助操作人员理解程序的具体步骤。

2　复杂整体叶轮的数控加工关键技术

2.1刀具的选择

在数控加工过程中，需要使用刀具轨道规划技术进行复杂整体叶轮的加工。而在此之前，需要做好刀具的选择。具体来讲，就是根据机床类型、刀具刚性、允许切削用量和毛坯材料等内容进行刀具的选择。一般情况下，可以使用平底立铣刀进行粗加工，并且使用球头铣刀进行精加工。针对复杂整体叶轮，还要根据叶轮零件尺寸做好刀具尺寸的选择。在刀长方面，需要对加工轮毂曲面时所需刀具长度进行确定。因为此时需要的刀具最长，需要流出刀柄夹持的余量。在对零件进行粗加工时，应该选择直径大的刀具，以便迅速进行材料的去除。在精加工的过程中，还要根据加工曲面曲率确定球头半径。在加工复杂整体叶轮时，叶片与轮毂之间的叶根圆角容易发生干涉，所以应该确保球头半径不大于该圆角曲面的最小曲率半径。

2.2刀具轨道规划技术

根据部件几何形态及曲率参数进行刀具轨道的规划，容易使加工出的部件难以与裁剪叶片匹配。之所以会出现该种问题，是由于其在叶根处出现了干涉，以至刀具和加工部件产生了碰撞。为改善该种情况，需要采取参数映射的方式避免刀具轨迹出现空行程，并且使其与叶片流线方向保持一致。所以，采取该技术可改善零件的加工质量［3］。此外，针对刀轴矢量计算，还要使用线性插值计算方法进行刀轴矢量生成改造，以免刀具与加工部件出现碰撞，继而进一步提高加工质量。

（1）粗加工刀具轨迹计算。在对叶片进行粗加工时，叶片扭曲程度、叶轮结构形式和流道深度都会对流道可加工性产生影响。所以，叶片粗加工需要采取简单的走刀方式，并且尽可能高效率地去除材料。考虑这些问题，可以采取直纹面驱动方式进行粗加工，以免在叶片前后缘位置留下过多余量。而在计算刀具轨迹时，可以根据叶片曲面偏置确定粗加工驱动面，所以其刀具轨迹就是直纹面的一条准线。该条准线通常靠近轮毂，可以根据刀轴干涉碰撞情况确定其矢量。具体来讲，就是沿着该准线给定数个关键刀轴矢量的位置，然后根据干涉碰撞情况在这些位置分别进行关键刀轴矢量的设置。而使用平滑刀轴矢量生成法进行刀轴矢量的插值计算，则能够得到刀具的轨迹。

（2）精加工刀具轨迹计算。在对复杂整体叶轮的叶片进行精加工的过程中，可以使用螺旋铣削加工方法。使用该方法，需要使刀身相对叶片做环绕动作，所以将产生光滑连续的螺旋线加工轨迹。在计算该轨迹的过程中，需要从参数域上将其看成是独立的刀轨，然后对其行距和走刀步长进行计算［4］。在计算切削行距时，可以使用等参数增量计算方法。使用该方法，需要对重新映射规范化的参数进行分析和计算，而得到的参数增量需要确保上下两条刀具轨迹之间的残留高度不超过加工误差。根据得到的参数比例变化，则能够进行螺旋刀轨刀步长的计算。

2.3叶片变形控制技术

在对复杂整体叶轮进行数控加工的过程中，为防止叶片变形问题的出现，还要做好各个阶段的切线参数选择。为此，在建立目标函数的过程中，需要实现目标的优化，以便实现叶片变形最小化。根据优化结果，则能够进行恰当的切削参数选择。就目前来看，在建立以叶片变形最小为优化目标的函数时，可以采取两种计算方法，即直接建模法和有限元建模法。无论采取哪种方法，都要根据切削参数建立切削力公式，然后将计算得到的切削力加载在零件模型上。而通过对瞬时加工状态进行分析，则能够对切削力进行有效控制。但是，使用直接建模法将产生较多的局限性，所以一般不用于加工复杂零件。而使用有限元建模法，可以先建立叶片的有限元模型，然后将力加载于模型［5］。在此基础上，通过利用有限元软件计算求解，就能够对叶片的变形情况展开分析。

3　结论

总之，在加工复杂整体叶轮的过程中，还要了解叶轮的数控加工特点和流程，才能够较好地进行数控加工关键技术的选用。而使用这些技术进行叶轮的加工，将能得到加工精度较高的零部件，从而使零部件的设计制造满足相关需求。因此，相信随着相关技术的发展，复杂整体叶轮的数控加工关键技术将能得到更好的应用，从而进一步提升零部件的数控加工效率和质量。

［1］刘辰，徐家文，赵建社，等.三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅲ——数控电火花精加工关键技术［J］.航空学报，2010，（6）：1299-1304.

［2］王福元，徐家文.整体叶轮分步法数控电解加工工艺与关键技术［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2010，（8）：72-77.

［3］安鲁陵，戚家亮，修春松.整体叶轮高效数控加工编程技术［J］.航空制造技术，2010，（21）：44-47.

［4］曾锋，杨忠高，王平.整体叶轮的五轴数控编程的关键技术［J］.制造业自动化，2012，（2）：29-32.

［5］郭凯，刘献礼，程耀楠，等.开式整体叶轮加工关键工艺技术研究［J］.航空精密制造技术，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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