整體葉輪葉片較（jiào）薄, 而且葉片曲麵形狀複雜, 要得到符合要求的加工精度和表麵質（zhì）量難度較大, 需要在數控加工工藝和葉片曲麵的描述及曲（qǔ）線插補算法上（shàng）進行規劃和（hé）選擇"目前一般的C N C 係統隻具備直線和圓弧（hú）插補能力, 係（xì）統控製機床加工樣條曲線時（shí）,必須將樣條曲線以直（zhí）線（xiàn）段或圓弧段逼近（jìn）的方式進行, 這樣不（bú）僅程序量大! 加工效率低, 而且還將損失一定的加工精度, 使葉片曲麵（miàn）的加（jiā）工質量難以保證" 非均勻有理B樣條(N on一U nifo rm R ational B -Splin e , N U R B S )曲線插補技術的出現（xiàn）和應用將有效彌補傳統C N C 直線和圓（yuán）弧插補在曲線!曲麵加工中（zhōng）的不足1.2"基於N U R B S 的葉片曲（qǔ）麵（miàn）構建N U R B S 是曲線的節點不等間距, 並采用有（yǒu）理式（shì）表達的B 樣條曲線, 具有樣條曲線(Spline )和B ezier 曲線的優點, 對於非有（yǒu）理形式很容易推廣到（dào）有理形式[2] "N U R B S 曲線為標準（zhǔn）解析形狀及自由（yóu）曲線和（hé）曲麵提（tí）供了統一（yī）精確的數學表達式, 可通（tōng）過自由參數權係數控製曲線或曲麵形狀"。

      葉片曲麵采用非可展直紋麵（miàn）描述, 由一條直母線兩端分別沿（yán）兩條導（dǎo）線（xiàn）運（yùn）動（dòng）構成" 在利用N U R B S 方法構造兩條導線時, 采用3 次N U R B S 曲線進（jìn）行構造, 其曲線方（fāng）程為:

是葉頂線和（hé）葉根線控（kòng）製頂（dǐng）點的分量坐（zuò）標, 式(3 ) !式(4) 可以擬合出二階連續的N U R B S 空間（jiān）曲線作為直紋麵擬合導線, 在U G 軟件中, 將連接葉頂線和葉（yè）根（gēn）線對應點的直線沿線掃略, 生成非可展直紋（wén）麵葉片, 通過與輪（lún）毅和輪緣（yuán）曲麵進行布爾（ěr）運算得到葉輪造型結構如圖1 所示"。

      2 整體葉輪數控加（jiā）工工藝規劃

      2 .1 加工方法選擇（zé）與理論誤差分析

      葉輪葉片（piàn）的描述采（cǎi）用的是N U R B S 曲線, 所擬合（hé）出的葉片曲麵為非可展直紋（wén）麵"對於非可展直紋麵, 必須用四軸（zhóu）以上聯（lián）動的數控機床才能將其加工出來川,最理想的方（fāng）式是采用N U R B S 插補進行（háng）五軸側銑加工（gōng）, 但由於設備和成本限製, 本（běn）文利用配（pèi）備有（yǒu）N U R B S曲線插補能力的F A N U C 16 一M C 係統的四（sì）軸（zhóu）聯動加工中心（xīn）, 采用四軸聯動側銑方式加工非可展直紋麵整體（tǐ）葉輪"。

      對（duì）於非可展直紋麵, 由於每條直母線上各點法矢都不同,所以（yǐ）利（lì）用側銑進行加工時, 不能滿足任（rèn）意刀位上刀具軸線的所有（yǒu）點都位於直母線上對應點的曲麵法（fǎ）矢方（fāng）向上, 從而產生理論誤差[4] "理論誤差產生的原因如圖2 所示, 以圓柱銑（xǐ）刀為例（lì）, 在切削（xuē）過程中, 當刀具運動到某一刀位時, 作（zuò）一平麵與（yǔ）刀具軸線（xiàn）垂（chuí）直, O 點為刀具軸線在該平麵上的投影, 葉頂線和葉根線在此麵（miàn）上的投影為A A -和B 羅, 刀具與被加工表麵的切觸線投影為一個點T , N , 為A A .線與刀具切觸點的法矢,從為刀刀-線與刀具切觸點的法矢"。

      2. 2 葉輪製造工藝過程

      為了保證加工質量（liàng）, 提高經濟性和可行（háng）性（xìng）, 要遵循（xún）工（gōng）序集中!基準先行!先粗後精（jīng）!先主後次!分麵加工的工藝原則, 所以（yǐ）將整（zhěng）體葉輪的加工劃分為3 個階段:開槽粗加工!葉片精加工!輪（lún）毅精加工" 和許多複雜零件一樣葉輪的製造也要經過毛坯製造! 加工準備和數控加工的（de）過程, 在完成（chéng）粗加工和精加工之後（hòu）對葉輪進行必要的測量, 以保證（zhèng）加（jiā）工出合格（gé）的（de）葉輪（lún）"葉輪的主要製造工藝過程如圖3 所示"。

      合理設計工裝夾具不僅（jǐn）使葉輪夾緊可（kě）靠, 減小受力變形, 同時簡（jiǎn）化（huà）工藝, 保證加（jiā）工質量" 而工裝夾具設計的第一步就是選擇合適的定位基準" 定位基準的選擇要考慮（lǜ）到基準重合的原則, 由於（yú）建模時的（de）坐標係原點在輪毅側麵（miàn）, 同時考慮實際設備（bèi）第四（sì）軸的回轉中心為X 軸, 所以選定輪毅側麵和回轉軸線為葉輪定位基準"同時為保證夾（jiá）具有足夠的剛性來防止變（biàn）形（xíng）與振動,采用芯軸（zhóu）螺母加頂尖的方式（shì）進行裝夾"。

      2 .4 加工刀具選擇（zé）及加工參數確定

      考慮到（dào）葉輪加工路線為開槽!葉片精加工!輪毅精加工, 按（àn）照粗精分開的原則應（yīng）選用兩把以上的刀具, 同時為了避免多把刀具所帶來的尺寸（cùn）和精度誤差, 選擇（zé）兩把刀具進行加工" 最適用於鋁合（hé）金加工的刀具是金剛石刀具（jù）, 但其價格昂貴, 考慮到加工成本, 選擇硬質（zhì）合金塗層（céng）刀具, 既可保（bǎo）證加工質量, 又降低（dī）了成本"此外, 刀具尺寸應滿足直徑D 小於兩葉片之間槽道的最小寬度IF :, 即:

      式中:R d為葉根圓半徑, m m ;t"為葉片厚度, m m ;N 為葉輪葉片個數"。

      參考被加工葉輪（lún）尺寸, 刀具直徑要求小於10 m m ,切削刃大於（yú）葉片槽道的深度32 ~ , 所以開槽粗加工選擇中8x4 0 圓柱立銑（xǐ）刀;葉（yè）片（piàn）!輪毅精加工（gōng）選（xuǎn）擇中6o sx35 牛（niú）鼻（bí）銑刀, 刀具（jù）切削用量如表1 "。

      3 基於N U R B S 插補的加（jiā）工路徑規劃為了保證整體葉輪的（de）加工質量, 在進行刀具路徑規劃時主要（yào）考（kǎo）慮避免幹涉!切削變形小!加工（gōng）路徑最短等（děng）因素"。

      如圖1 所示, 為分別采用插銑圖1 (a) 和行切圖1 (b) 的刀具路（lù）徑, 在插（chā）銑方式中刀具的切（qiē）削環境惡劣,葉片主要受Z 向（xiàng）分力,變形嚴重且難以（yǐ）保證加工（gōng）質（zhì）量"而采用行切方式, 刀具沿葉片的曲麵流線（xiàn）進行切削, 雖然葉片受三個方向上的切削力作用, 但相比插銑中的Z 向分力要小得多, 同時刀具（jù）不易磨損, 葉片的表麵質量好（hǎo）"。

      在U G C A M 模塊中對整體葉輪葉片進行加工（gōng）路（lù）徑規劃（huá）, 采用行（háng）切方式, 在機床控製運動（dòng）輸出選（xuǎn）項（xiàng）框中選擇N U R B S 輸出"通過U G 提供的機床仿（fǎng）真功能實現數控加工刀（dāo）位文件的仿真, 這種方式修（xiū）改方便, 且對葉片所有曲麵數控加工刀位文（wén）件的（de）仿（fǎng）真都（dōu）是在C A M 軟件中進行, 能夠針對加工過程中出現的碰撞和幹涉及時地進行修改, 如圖4 所示（shì）"。

      4 整體葉輪加工實現

      由於葉片（piàn）均勻（yún）分布（bù）在輪（lún）毅上且（qiě）葉片曲麵相（xiàng）同（tóng）, 采用（yòng）分片側銑的方式進（jìn）行加工, 其（qí）基（jī）本思想是隻對其中一個葉片進行刀具路徑規劃（huá）生成N C 加工程序, 其（qí）他葉片通過（guò）分度程序調用葉片加工程序（xù）實現加工[3] " 通（tōng）過對加工過程的控製以及程序邏輯的合理設計實現了整體葉輪的（de）四軸（zhóu）數控加工（gōng）, 通（tōng）過檢測完全滿足設計要求（qiú）, 如圖5 所（suǒ）示"。

      5 結論

      本文在分析非均勻有理B 樣條(N U R B S) 曲線插（chā）補技術在曲麵加工方麵優越性的基礎上, 選擇N U R B S曲線對整體葉輪的葉片進行擬合" 對整體葉輪的加工工藝進行規劃, 完成（chéng）了加工基準的選擇!工裝夾具的設（shè）計!刀具的選擇以及切削（xuē）參數的優化, 並利用U G C A M的N U R B S 曲線插補功能對整體葉輪加工路徑進行（háng）規劃! 模擬仿真和後處理生（shēng）成N C 程序, 實現了基於N U R B S 插補的整體葉輪數控加工"。