1 引（yǐn）言

      整體葉輪指輪轂和（hé）葉片在同一金屬毛坯體上,現多采用鍛件毛坯多坐標數控（kòng）加工來成型[ 1] , 其典型的應用有渦輪式發動機、泵、徑流式渦輪和膨脹機等（děng）許多動力機械[ 2] 。從整體（tǐ）葉輪的結構特點也可以看出: 整體葉輪相鄰（lín）葉片的空間較小, 而且在徑向上隨著半徑的減小, 通道越來越窄。因此加工葉（yè）輪葉片曲麵時除了刀具與被加工葉片之間發生幹涉外,刀具極易與相鄰葉片發生幹涉[ 3] ; 加工整體葉輪時加工軌跡（jì）規劃的約束條件比較多, 自動生成無幹涉刀（dāo）位軌跡較困難[ 4] 。總的來說整體葉輪數控加（jiā）工難點比較多（duō）, 因此在多坐標數控機床上加工前（qián）通常都要經過仿真, 在（zài）此（cǐ）過程（chéng）中必須解決好整體葉輪（lún）數控加工中（zhōng）的過切、幹（gàn）涉與碰撞、降低生產成本、提高加工效率、優化工藝參數等一係列難題, 為真實數控加工做好技術準備。另外對於整體葉輪這樣複雜的三維曲麵手工編程根本無法實現, 必（bì）須借助於CAM軟件實現自動編程（chéng）。因此, 研究整體葉（yè）輪的數控仿真加工具有較高的（de）工程應用價值（zhí）。

      2 整（zhěng）體

      2. 1 結構特點（diǎn）分析與工藝流程製訂

      葉片空間曲麵形狀（zhuàng）較為複雜且剛性較差, 因此葉片加工是整個零件加工難點, 由於葉片之間的（de）間隔距（jù）離小, 而葉片的扭曲程（chéng）度決定了加工時刀具（jù）軸的擺動範圍（wéi）, 因此刀具必須在兩葉（yè）片之間的範圍內擺動, 刀具才不會與（yǔ）葉片發生幹（gàn）涉。

      根據葉輪的幾何（hé）結構特征和使用要求, 其基（jī）本（běn）加（jiā）工工藝流程為: 1. 在數控車床上車削加工毛坯的（de）基本形狀, 如圖1 所示; 2. 粗加（jiā）工葉輪流道曲麵; 3.粗加工（gōng）葉片曲麵; 4. 葉片精加工; 5. 葉輪流道（dào）精加工。

      2. 2 五坐標數控機（jī）床結構與選擇（zé）

      葉輪的毛坯外形（xíng）可通過數控車床車削成型, 而（ér）流道和葉片（piàn）的成型加工則必須在五軸（zhóu）聯動數控（kòng）機床上才能完成。由於本文（wén）中葉輪的尺寸不大（dà）, 重量較輕, 選用立（lì）式五軸加工中心（xīn）即可完成機床模（mó）擬（nǐ）加工仿真。

      2. 3 定位與夾（jiá）緊方案（àn）的確定

      文中加工的葉輪中心處（chù）有一圓孔可用於加工時的定位, 隻需（xū）將毛坯放入與之配合的心軸上, 即限製X、Y 方向的（de）移動自由度, 再用一環形（xíng）平麵與葉輪（lún）的底（dǐ）麵接觸即可限製（zhì）兩個（gè）轉動自由度和Z 方向的移動自由度（dù）, 最後用螺母壓緊工件即可實現零件的（de）裝夾（jiá）。

      2. 4 刀具的選擇（zé）與刀具半徑的確定（dìng）

      在使用多個刀具組合的加工過程中, 兩個不同刀具的無幹涉加工區域（yù）可能重疊。通常采用的方法是, 先用較大的刀具來高速加工其所有可能加工的區域, 較小的刀具則隨後被用（yòng）來加工（gōng）較大的刀具無法加工的（de）區域。這樣, 每把刀的有效加工區域（yù）就可能小於其原來可以無幹涉加工的曲麵。

      基於上述理（lǐ）論研究, 在進行粗加工過程中盡可能選（xuǎn）用大直徑球頭（tóu）銑刀（dāo）, 但是必須保（bǎo）證刀具直徑D小於葉片間最（zuì）小距離Lmin , Lmin的大小可以根據U G軟件的分析麵與麵之最小距離的功能測得, 且U GNX6. 0 可直接觀察所定刀具相（xiàng）關參數是否（fǒu）合適。在精（jīng）加工過程中（zhōng）, 應（yīng）在保證不過切的前提下盡可能選擇大直徑球（qiú）頭刀, 即保證刀具半徑R1 大於（yú）流道和葉片相接部分的（de）最（zuì）小圓角半徑Rmin, Rmin 的大小可以根據UG 軟（ruǎn）件的分析（xī）最小半徑功能測得, 同時為了（le）增加刀具剛度設定（dìng）精加工（gōng）球頭銑刀的（de）錐角為2b。UG NX6. 0 可直接（jiē）觀察所定刀具相關參數是否合適, 如圖2 所示。

      在單個葉片加工時, 為了保證（zhèng）刀具不與葉片表麵發生幹涉, 刀（dāo）具半徑應小於加工表（biǎo）麵凹處的最（zuì）小曲（qǔ）率半徑l/ kmax , kmax 為整個葉片表麵上凹處最大法曲率。

      3 基於UG NX6. 0 的整體葉輪數控加工仿真校驗與後置處理

      3. 1 整體（tǐ）葉（yè）輪數控加工路徑（jìng）規劃

      3. 1. 1 粗加工葉輪流道曲麵（miàn）和葉片曲麵

      通過可變輪廓銑程序控製驅動方法和（hé）刀具軸（zhóu）根據（jù）葉輪流道曲麵的加工要求創（chuàng）建多軸聯（lián）動粗加工程序。設（shè）定合適的（de）參數, 即（jí）可生成（chéng）的葉輪流道（dào）粗加工刀具軌跡如圖3a 所（suǒ）示。

      葉片（piàn）的粗加工創（chuàng）建類型、刀具、幾何體均與粗加工葉輪流道（dào）曲麵設置相同; 考慮到葉（yè）片曲麵空間（jiān）比較複雜, 提高加工效（xiào）率應允許（xǔ）刀具（jù）側刃參與切削, 因此/ 刀軸0 設置為側刃驅動體, 側刃加工側傾角為2b; 切削（xuē）參數設置（zhì）中/ 部件餘量偏置02mm, / 刀路數04 條, 留0. 2mm 的精加工餘量, 內外公差均為0. 02mm; 非切削（xuē）移動參（cān）數設置中/ 進刀（dāo）類型0為線性,長度為80%刀具, 其它設置與粗加工葉輪流道（dào）曲麵（miàn）設（shè）置相（xiàng）同; 主軸轉速為2000r pm, 切削進給速度為1500mmpm。其它相關（guān）參數選取係統默認值。生成的葉輪葉片粗加工刀具軌跡如圖3b 所示。

      3. 1. 2 精加工葉片曲麵和流道曲麵

      與葉片曲麵和流道曲麵的（de）粗加工（gōng）相比, 精加（jiā）工刀具的路（lù）徑（jìng）規劃一致, 隻需要修改相關（guān）參數即可, 因此先複製粗加工（gōng）創建的操作, 然後再修改有關參數和設置（zhì）, 生（shēng）成（chéng）的葉輪葉片和（hé）流道曲麵精加工刀具軌跡分別（bié）如圖4a 和圖4b。

      3. 1. 3 編輯加工程序, 獲得所有刀具軌跡

      單個（gè）葉片的多（duō）軸加工程序（xù）編製完（wán）成後, 可以利用UG 旋轉複（fù）製功（gōng）能生（shēng）成其餘葉片和流（liú）道的粗加（jiā）工和精加工程序, 此（cǐ）功能可大大縮短程序的編製時間。

      具體如下:

      a. 修改程序名稱。將前麵已經產生的（de）流道（dào）和葉片的粗加工共計四個程序重（chóng）新（xīn）命名, 名稱最好具有一定的次序規律, 便於編輯。修改程序名稱的（de）目的是為了（le）更好的管理程序, 不致於編（biān）輯後次序產生混亂。

      b. 利用UG 的/ 變換0命令繞ZC 旋轉產生其餘葉片和流道加工程序和（hé）刀具軌（guǐ）跡。旋轉變換獲得的剩餘流道和葉片的刀具軌跡分別如圖5a 和（hé）圖5b 所示。

      3. 2 程序模擬仿真

      對於已經生成的刀（dāo）具路徑, 可在圖形區中以線框（kuàng）形式或實體形式仿真刀具路徑, 以便於用戶直觀地（dì）觀察刀具的運動過程, 進而驗證各操作（zuò）參（cān）數定義的是否合（hé）理。刀具路徑驗證的可視化仿真是通過刀具（jù）軌跡和創建動態（tài）毛坯來實現的。

      利用U G NX6. 0 對已編寫的程序進行模擬仿真（zhēn）, 仿真加工2D 結果如圖6 所示。

      3. 3 NX/ POST 後（hòu）置處理

      刀具位置源文件( CLSF) 包含GOTO 點位和控製刀具運動的其（qí）他信（xìn）息, 需要經過後置處理( Postpro cessing) 才能生成NC 指令。U G NX6. 0 後置處理( NX POST ) 讀取NX 的內部刀具路徑, 生（shēng）成適合指定機床的NC 代碼, 研究成功得（dé）到整體葉輪（lún）流道、精粗加工和葉片粗加工NC 程序( 略) 。

      4 結論

      本文為整體葉輪的（de）仿真加工提供了一般方法和步驟。在充分做好（hǎo）整體葉輪數控加工工藝（yì）分析的基礎上, 提出五坐標機床（chuáng）、裝夾方（fāng）式、刀具幾何參（cān）數、切削用量（liàng）以及非切削移動參數的擬定原則並確定了數控加工仿真工（gōng）藝主要參數。基於上述分析的基礎上, 應用U G NX6. 0 進行整（zhěng）體葉輪的刀具軌跡仿（fǎng）真實驗, 解決了如（rú）刀具與葉片易發生幹涉等諸多難點,成功得到正確的（de）刀具軌跡仿真結果並輸出可用於真實五（wǔ）軸數控加工的NC 程序。