引言

隨著CAD/CAM技術的發展，市場上出現了NX、Pro/E、CATIA等成熟的商用軟件，這些軟件的出現為工業界解決葉輪、葉片的設計和加工問題提供了很好的工具。作為國產軟件，CAXA制造工程師經過多年的發展和升級，已適應了企業生產的需求，廣泛應用于汽車、軍工、航空航天技術中。CAXA制造工程師在增加了多軸加工模塊以后，成為了一套方便而又簡單的多軸加工軟件，特別是使葉輪、葉片的模塊化加工更加方便、快捷、易學。

1 葉輪的典型結構

葉輪是離心式壓縮機中惟一對氣流作功的元件，是轉子上最主要的部件。離心式葉輪主要有閉式葉輪半開式葉輪和雙面進氣葉輪三種，一般由輪盤、輪蓋和葉片等零件組成（見圖1）。

圖1 葉輪結構

氣體在葉輪葉片的作用下，隨葉片作高速旋轉。旋轉離心力的作用以及氣體在葉輪里的擴壓流動使氣體通過葉輪時的壓力得到提高。葉輪主要應用在化工及石油化工工藝、動力工程、制冷工程和氣體分離、氣體輸送等領域。對葉輪的基本要求是：(1)能給出較大的能量源；(2)氣體流過葉輪的損失要小，即氣體流經過葉輪的效率要高；(3)氣體流出葉輪時各參數合宜，氣體流過后面固定元件時的流動損失較小；(4)葉輪型式能使整機性能曲線的穩定工況區及高效區范圍較寬(見圖2)。

圖2 加工葉輪

2 葉輪加工工藝準備

2.1 機床準備

該機床采用MIKRON UCP 800立式五軸聯動高速加工中心，雙轉臺結構如圖3所示，其系統為Heidenhain iTNC 530，數控機床主要參數如表1所示：

圖3 雙轉臺式五軸加工中心結構示意圖

表1 MIKRON UCP 800主要參數

2.2 刀具刀柄選

該刀具采用HSK中空式高速刀柄。由于葉片的高度小于20mm，葉片問的間距大于20mm，所以我們可選擇刀刃長20mm、直徑φ10mm的R2圓鼻刀進行粗加工；選擇刀刃長20mm、直徑φ4mm的R1的圓鼻刀進行精加工，并采用整體硬質合金涂層刀具。

2.3 工裝準備

工件要安全可靠，體積小、質量輕，以減小加工時的慣性力矩對工件加工精度的影響。另外，工件上網裝卸要簡潔方便。為了解決干涉和碰撞問題，本例自制了裝夾工具，零件安裝在夾具的上表面，通過底面和中心孔定位(見圖4)。

圖4 夾具圖

2.4 測量準備

對于葉輪這樣的復雜型面，手工方法無法確定其精度，因此我們主要采用三坐標測量機進行型面數據檢測，并把采集到的數據與幾何建模實體進行比較，以此檢測加工精度。

3 葉輪加工工藝過程

3.1 工藝過程1

該過程以棒料為毛坯，操作人員通過數控車床加工出外形和孔（見圖5）。

圖5 加工出外形和孔

3.2 工藝過程2

該過程采用MIKRON UCP 800立式五軸聯動高速加工中心，利用CAXA制造工程師的葉輪加工模塊分別設置葉輪初加工、流道精加工、葉片精加工的加工參數，如圖6、7、8所示。生成的刀具路徑如圖9所示，加工工序表如表2所示。

圖6 葉輪粗加工參數表

圖7 流道精加工參數表

圖8 葉片精加工參數表

圖10 流道精加工軌跡

圖11 葉片精加工軌跡

表2 工藝過程工序表

4 CAXA制造工程師葉輪加工軌跡仿真與后置處理

CAXA制造工程師對多軸加工只提供了線框仿真，無實體仿真。在CAXA制造工程師后置處理器的構造中，我們根據機床的特性設定好機床的坐標參數與旋轉軸，根據Heidenhain iTNC 530數控系統的各命令功能設置編輯后置處理器。經過數據轉換和對Heidenhain iTNC 530數控系統命令的翻譯，它可把加工得到的刀軌文件轉換成符合MIKRONUCP 800 NC機床的NC代碼。

結束語

五軸葉輪加工中最大的難點是解決“干涉”，防止撞刀和過切問題，特別是在確定裝夾方案上需要操作人員考慮周全。另外，編制使用機床的后置處理文件也是五軸葉輪加工中難點，不同軟件和不同機床都有相應的后置處理文件，而后者生成使用機床的代碼。