引言

整体叶轮是航空、航天、航海发起机的关键部件，其零件的重要资料是钛合金和高温合金，钛合金叶轮 多用于航空发起机的冷端部门（电扇和压气机等），而高温合金叶轮重要利用在热端部门（涡轮机等）[1] 。这类叶轮状态复杂、叶片较薄，加工耗时长、效能低，因而加工成本高。所以，改进钛合金整体叶轮的加 工工艺，提高加工效能和加工质量、降低加工成本是极度有必要性的。

1、整体钛合金叶轮数控加工工艺分析

某发起机整体钛合金叶轮如图1所示。叶轮直径为180mm，叶片长度为42mm、厚度为2mm，叶轮上叶片与 叶片之间的最幼距离仅有4.5mm。由于该叶轮的叶片长而薄，曲面扭曲大及叶片间距幼，若是直接选取Powermill的叶盘编程
？榈囊杜糖蚨细Ｐ屠创旨庸，固然能够实现叶轮的五轴联动粗加工，做到 余量均匀，加工轨迹平缓［2]，但是由于叶片与叶片之间的最幼距离只有4.5mm，只能选用直径4mm的刀具开 粗加工，显然，对于钛合金类难加工资料这样开粗效能很低，并且细长刀具刚性差，容易折断。因而，叶轮 加工效能的提高重要是粗加工效能的提高，由于只能使用球头刀进行加工，这就存在加工效能低的情况。

图 １　 整体钛合金叶轮

经过屡次切削尝试批注，选取“3＋2”定轴加工来实现叶轮的粗加工，同时选用较大直径的圆角铣刀和 锥度铣刀在加工效能上比五轴联动开粗会有很大的提升空间。

对于通常的叶轮流路，若是叶片的曲率不是很大，往往两个视向的定轴开粗就能够实现叶轮流路的粗加 工，但是本叶轮的叶片曲面扭曲过大，二次定轴开粗不能有效地去除残料，必要思考通过三次定轴开粗来完 成流路的粗加工。以三个齐全可能断根流路毛坯视角别离界说三个分歧的工作坐标系，而后以三个分歧坐标 的Ｚ向矢量来界说三个定轴开粗刀路的刀轴矢量［3]
？质迪趾，选取Powermill的叶轮
？榻 行轮毂和叶片的精加工。综上所述，造订的整体钛合金叶轮数控加工工艺规划如表1所示。

2、叶轮数控加工编程过程

2.1　编程筹备

顺利进行法式编写前必要对加工零件进行一些必要的筹备工作，如设置加工坐标系、成立毛坯、成立加 工刀具等。

2.1.1　成立毛坯

为削减叶轮的加工功夫，毛坯能够先在数控车床上加工到位，五轴加工只是加工流路中的资料，所以可 以在数控车床上把叶轮的端面、台阶面、子午面（套面）等先加工出来，如图2（ａ）所示。凭据“3＋2” 定轴开粗加工工艺，流路槽的开粗是逐个开粗，因而编程时只必要创建一个流路的毛坯即可，如图2（ｂ） 、图2（ｃ）所示。

图 ２　 叶轮毛坯

创建的毛坯在ＮＸ软件中设置好后导出，在Powermill中通过“三角形模型”打开毛坯，具体 操作步骤如下：单击工具栏上“毛坯”按钮，系统弹出“毛坯”对话框，选择“三角形”毛坯，指定打开毛 坯蹊径输入毛坯。

2.1.2　刀具选用

数控加工的刀具不仅必要刚性好、精度高，并且要求尺寸不变，耐用度高，断屑和排屑机能好，同时要 求装置调整方便，以满够数控机床高效能的要求［4]。结合本叶轮的加工要求，粗加工时选取D10R2的圆 角刀片式铣刀，二、三次开粗和精加工时为了提高刀具的强度，选取R3T3、R2T3锥度铣刀，如图3所示 。

图 ３　 选用刀具

编程时必要凭据现实刀具尺寸和刀柄的尺寸设置刀具和夹持，能力保障编写的刀轨能用于现实加工。

2.2　“3＋2”定轴开粗

零件的粗加工是要尽快地去掉有余的资料，由于本叶轮的曲面扭曲大，叶片间距幼，若是选取五轴联动 开粗，则可用刀具的直径最大为4mm，开粗效能低，机床旋转轴的摆动幅度大，机床不变性差，振动大，加 剧了刀具磨损，缩短了刀具使用寿命。因而，选取“3＋2”定轴方式开粗，削减旋转轴的活动，效能大大提 高。经过度析和屡次验证，需三次开粗能力去掉有余的资料，第一次开粗选用D10R2的刀具去掉宽敞部位 较多的资料并增长到残留模型作为下一次开粗的毛坯
；而后用R3T3的锥度铣刀变换定向角度第二次开粗， 同样将其增长到残留模型
；由于叶片与叶片之间最幼距离只有4.5mm，还必要用R2T3的锥度铣刀进行第三 次开粗，设置参数为：Tolerances（公差）0.1，Z轴下刀选取斜向进刀，勾选Profile Smoothing（概括光顺），Corner Radius（拐角半径TDU）0.1，SmoothingAllowance（光顺余量）15％左右。三次开粗加工的参数设置和刀路轨迹以及加工成效如 图4～图６所示。

图４第一次开粗

图５第二次开粗

图６第三次开粗

经过上面步骤，就能够实现一个流路的开粗，其余流路的开粗能够通过上面刀轨的变换来实现开粗，即 刀轨旋转40°就加工下一个流路。这种步骤开粗刀轨看起来有点乱，但是加工效能很高，经现实加工验证， 这种开粗步骤比五轴联动开粗节约了70min左右，大大提高了出产效能，耽搁了刀具的使用寿命，从而节约 了成本，拥有很高实用价值。

2.3　叶轮精加工

经过三次粗加工后，根基上去除了有余的资料，接下来就能够直接用Powermill的叶轮
？楸 程
Ｋ伎嫉酱旨庸ち粝碌挠嗔坎痪，选取分层法精加工叶片，同时对一个流路的三个叶片（左叶片、右叶 片和分流叶片）分层加工，这样能够削减刀具侧刃与不均匀毛坯资料的碰撞，保障加工的不变性。所以，精 加工时吓酌R3T3的刀具对叶片上部精加工（如图7（ａ）所示），加工不到的地位再用R2T3刀具加工（ 如图7（ｂ）所示），最后进行叶片清根加工（如图8（ａ）所示）和轮毂（流路）精加工（如图8（ｂ）所 示）。

图 ７　 叶片精加工

图 ８　 叶片清根加工和轮毂精加工

3、后置处置和Vericut仿真切削验证

利用Vericut仿真软件进行仿真切削验证，确认法式代码无误后将法式拷贝到数控机床进行现实 加工。利用Powermill软件后处置文件把已经编写好的刀路轨迹天生数控机床加工法式代码。在Vericut软件中构建好G996RT五轴加工中心仿真模型，活动链树形图和虚构机床模型如图9、图10所示。调入法式代码，设置好刀具、坐标系等参数后进行仿真，仿真了局如图11所示。实现后对仿真了局（切削模型）进行对比分析，查抄零件有无过怯注欠切等情况，若是对比分析了局不梦想，则必要调整或更换数控加工法式，直至切削模型与设计原型一致［5]。

图 ９　 活动链树形图 图 １０　 虚构机床模型

图１１仿真了局

4、实现语

本文分析了整体钛合金叶轮在五轴机床加工过程，为了降低加工成本，提高加工效能和零件质量，提出 一种全新的粗加工工艺规程，即以分歧的角度，屡次选取“3＋2”定轴方式开粗去除大部门的资料，解决了 五轴数控机床加工用度高的问题，选取分层法实现了整体钛合金叶轮在五轴机床上高转速、高进给地加工。

现实加工批注，该工艺规划能高效能、高质量地实现整体钛合金叶轮的数控加工［６]。

参考文件：

[1]　GF阿奇夏米尔集团.钛合金叶轮加工中高机能五轴联动加工中心的利用[J].国防造作技术， 2011（5）：18－20.

[2]　汤琪华.叶轮逆向设计及若何提高数控加工效能[J].风机技术，200９（5）：48－51.

[3]　刘建鑫.关式整体叶盘五轴数控加工技术的钻研[D].西安：西京学院，201６：15－21.

[4]　陈天河.刀具选择与切削用量在数控加工中简直定[J].中国科技信息，2005（24Ａ）：1６９.

[5]　刘建元，李炳.数控加工仿真软件在数控讲授中的钻研与利用[J].数字技术与利用，2011（4）： 4－5

[6]　潘世晓.MIKRON高机能五轴联动加工中心在钛合金叶轮加工上的利用[J].航空造作技术， 2011（13）：９5－９7.