整体叶轮的数控加工技术及应用研究

邱文军 冯喜凤 仝永平 牛少博 王伟

摘  要：伴随市场需求的改变，也开始有变化出现在整体叶轮形状中。在逐渐提升了叶轮制造标准后，在某种程度上加大了整体叶轮加工难度。为了将整体叶轮加工效率提升，要求技术人员精准掌握加工技术以及应用要点，通过数控技术，加工整体叶轮，进而把符合市场需求的整体叶轮产品生产出来。

关键词：整体叶轮;数控加工;技术应用

中图分类号：TG659         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0155-02

随着科技的发展，加速了机械加工技术的更新换代，因此，将更高的要求抛向了技术方面。为了将成品加工的合格率提升，需要高度关注各个操作细节。把产品精度提升，防止不合格成品带来的不良影响。在现代机械技术中出现了越来越多的不规则形状零件，因此，只有提升加工技术，才能够应对这些挑战。

1 叶轮分析

各种产品的组成部件即为叶轮，主要涵盖航空发动机、水轮机、汽轮机等产品。它可以完成气液的加压处理，转换能量。叶片和轮盘等是叶轮的主要组成部分。从结构组成角度入手，它主要涵盖闭式叶轮机、开式叶轮机以及半闭式叶轮机。可以说，机械产品的性能会直接受到叶轮的影响，不但控制着机械工作效能，对机械的运行寿命也会产生影响。叶片加工时叶轮数控加工的难点，特别是航空中所应用的叶轮，它的叶片严重扭曲，通道较窄，因此，严格的要求着其加工精度，需要每个叶片都维持一致。此外，还应该在规定范围内控制表面粗糙度。加上叶轮材料质量的制约，因此，会加大整体叶轮的加工难度。

2 具体的加工技术分析

2.1 从规划角度切入

规划技术是整个叶轮数控加工中的重要技术，它一般是就刀具轨道而言的。在规划以前的数控加工刀具轨道时，多数是从零部件的曲面参数以及几何形态入手的。但是这种方法所生产的零部件应用率很低，对裁叶片的配置标准一般难以满足，因为限制了叶根处，导致被加工部件和刀具容易碰撞到一起，这样对叶轮部件的加工质量就会产生影响。而对于全新的整体叶轮加工而言，在规划技术方面，主要选择了参数映射技术，把刀具和叶片间的干涉减少，把刀具重新规划出来，防止出现空行程刀具轨迹的情况。此外，由于叶片流线与刀具轨迹的方向可以保持相同，这样使得叶轮部件加工效率得到了显著提升。通过这项技术，可以把叶轮加工零件的质量有效提升。

2.2 重要技术分析

弄清零件的位置，并且采取有效的方法進行加工处理是整体叶轮数控加工中的重要技术内容。需要哪些操作，对这些操作的前后顺序怎样确定出来等等。一般在加工操作时，我们可以按照以下步骤进行操作：科学的选择工作器具，不频发的切换工作器具，节约时间，所以，可以集中应用同一种工具。一般用直线数控机或者点位及完成平面孔系零件的加工。加工步骤确定时，主要控制好加工时间、加工精度以及成品率。一般用磨床或者数控车床加工旋转体零件。在加工时，通常有较多的冗余存在于成品加工中，所以需要应用粗加工策略。一般利用低强度加工器具在数控车床上加工凹槽零件，所以，最好斜向操作，通常不会崩刃。

2.3 科学选择刀具

在数控加工操作时，应该利用刀具轨道规划技术加工整体叶轮。在此项操作前，应该选择好刀具，详细而言，就是按照毛坯材料、切削量、机床类型以及刀具刚性等选择刀具。通常利用球头铣刀完成精加工，通过平底铣刀完成粗加工。就整体性叶轮而言，需要按照叶轮零件的具体尺寸，选择控制刀具尺寸。一般情况，利用所需刀具长度确定加工轮毅曲面。由于此操作要求控制好刀具长度，因此，应该把刀柄夹持余量流出来。在粗加工零件时，应该对大直径的刀具进行选择，从而便于快速去除材料。在精细化加工操作时，还应该按照加工曲面曲率，把球头半径确定出来，在对整体叶轮加工时，轮毅和叶片的也容易互相干涉，因此，应该在圆角曲面最小曲率半径以下控制球头半径。

2.4 控制叶片变形

在数控加工整体叶轮时，为了避免出现叶片变形问题，还应该科学的选择每个阶段的切线参数。所以，在对目标函数进行创建时，需要不断优化目标，从而尽量控制叶片变形情况。基于相关优化情况，可以有效的选择切削参数。根据具体情况而言，在对叶片最小目标函数建立时，可以通过有限元法与直接建模法进行计算。不管何种方式，都应该按照切斜参数把切削公式建立起来，然后在零件模型上加载切削力。而通过分析瞬时加工情况，可以达到有效控制切削力的目的。然而，有较多的局限性存在于直接建模法中，因此，在复杂零件加工时不会应用这种方法。对应的，应用有限元建模法时，可以先把叶片有限元建模搭建起来，然后在模型上施加一定的力，基于此，利用有限元软件求解计算，从而达到科学分析叶片变形的目的。

2.5 改造刀轴矢量技术

在加工叶轮时，因为叶片容易发生较大的扭曲，加上狭窄的通道，这样容易有干涉情况出现在叶片与刀具之间。在利用CAM软件对刀位轨迹进行规划时，被加工叶片的曲面性质往往决定着刀轴矢量，而且，刀轴矢量在相邻刀点位之间不均匀变化，导致快慢不均匀的情况出现在了数控机床工作台中，导致切削力在加工时严重变化，如果问题不严重会造成被加工零件外表面质量啃伤或者降低，如果问题严重，会损坏刀具，造成零件难以被应用。所以，在规划复杂通道零件刀位轨迹时，应该在非干涉区域中科学控制刀轴变化幅度以及刀轴矢量，从而将加工时机床的稳固性提升，进而将零件外表面质量提升。

3 具体应用点探究

做好加工前的准备工作是整体叶轮数控加工时需要注意的。采取有效的措施预防可能出现的摩擦问题。加工人员科学调试数控加工机床，对内部设定的参数进行细致核对，保证不存在问题。还应该把加工路线弄清楚，把固定紧叶轮的具体位置设置出来，防止有问题出现在加工过程中。如果需要调控叶轮位置以及路线，这样应该事先交代明白，让工作人员第一时间制定整理措施。在加工数控机床时，应该严格按照产品加工标准去做。因叶轮的不同用途，也会将一定的要求抛向整个叶轮加工效率。所以，要求加工人员把加工标准内容弄清楚，控制好加工质量，为了把整体叶轮加工质量提升，需要定期培训技术人员，保证他们可以熟知基本的操作流程及技术。在提升了数控加工自动化程度后，尽管工作人员工作任务不重，然而也严格的要求着他们的技术水平。为了保证叶轮片的切削精度以及弯曲度，要求工作人员可以从具体情况着手，就操作中所遇问题，科学的分析探究，制定处理方案。

4 结束语

总的来讲，在对整体叶轮加工时，对叶轮的加工流程以及特征要准确的掌握，这样才可以有效的选用数控加工关键技术，而通过这些技术加工叶轮时，可以获得高精度的加工零件，进而把符合要求的零部件设计出来。所以，伴随技术的成熟与发展，我们需要更多的掌握这方面的技术，努力增强零部件的数控加工质量与效率。

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