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整體葉輪（lún）的數控加工（gōng）工藝研究與實施

2020-4-2 來源：蘇州工業職業技術學院作者：高睿傑高崇顧濤

摘（zhāi）要：根據整體（tǐ）葉輪（lún）的零件圖樣（yàng），文中分析了葉輪結構，確定葉輪的加工內容和加工要求。設計了葉輪加工工藝路線，選用合適的毛坯、刀具和夾具，編製了葉輪的（de）五軸銑削程序，完成了葉輪加工，闡述了葉輪類零件（jiàn）的一般加工過程。

關鍵詞：葉輪；刀具；加工工藝

0 引言

整體葉輪是離心式空氣壓縮（suō）機（jī）中的核心零件，其作（zuò）用是將電動機的機械能轉化為（wéi）空氣動能，提高輸出空氣的壓力。整體（tǐ）葉輪結構複雜，加工難度大，尤其（qí）是加工葉片和流道時，容易產生幹涉，流道寬度比較小，無法使用大直徑刀具，加工效率低。

圖1 葉輪（lún）零件圖

1、圖樣分析

本文所（suǒ）研究整體葉輪零件圖樣如圖1所示，該葉輪為半開（kāi）放式整體葉輪，葉片數量為17，是某離心式空氣壓（yā）縮機的核心零件，葉（yè）輪三維（wéi）結構如（rú）圖2所示。該葉輪結構比較複雜，葉片扭曲程度比較（jiào）高，主要（yào）有葉片、流道、圓角、孔等特征。葉輪的主要加工難點為葉片麵、流道麵和葉根圓角，此位置加工時容易產生幹涉，並且隻能（néng）采用小刀（dāo）具加工，效率低，葉輪內孔尺寸要求以及內孔與（yǔ）葉（yè）輪外輪廓的同軸度要求都（dōu）比較高，零件主要加工內容如表1所示。

2 、製定工藝路線

該葉輪分4次裝夾，毛坯選用圓柱棒料，第1次裝夾采用三爪夾盤夾持，完（wán）成葉輪打孔和粗車；第2次裝夾采用

圖2 葉輪三（sān）維模型

表1 加工（gōng）內容

三爪夾盤夾（jiá）持（chí），完成葉輪底麵台（tái）階圓、台階孔（kǒng）精（jīng）車；第3次裝夾采用三爪夾盤（pán）和軟（ruǎn）爪夾（jiá）持，完成葉輪孔和輪轂的精車；第4次裝（zhuāng）夾（jiá）采用專（zhuān）用夾具夾持，完成葉輪銑削加（jiā）工。工藝路線製定如下：1）備料。0Cr17Ni4Cu4Nb棒料，尺寸為220 mm×95 mm。2）打孔。在數控車床上用三爪夾盤（pán）夾持，打孔（kǒng）直徑為16 mm，深度貫（guàn）通。3）粗車。粗車葉輪輪轂（gū）麵，留2 mm精車餘量。4）精車葉輪底麵。在數控車床上零件掉頭，用三爪夾盤夾持，精車（chē）葉輪底麵（miàn）台階外圓（yuán）和台階孔。5）精車葉輪（lún）包履麵。在數控車床上用三爪夾盤和軟爪夾持。葉輪底麵台階外圓，精（jīng）車內（nèi）孔和（hé）輪轂麵。6）葉輪粗銑。在五軸（zhóu）聯動（dòng）加工中心上用專用夾具夾持，粗銑葉輪，流道方（fāng）向和葉片方向各（gè）留0.5 mm精銑餘量。7）粗銑葉片前緣。粗（cū）銑葉片前緣，留0.5mm精銑餘量。8）葉片半精加工。半精加工葉片，葉（yè）片方向留0.2 mm精（jīng）銑餘量，流道方向留0.5 mm精銑餘量。9）流道半精加工。半精加工流道，流（liú）道方向留0.2 mm精（jīng）銑餘量，葉片方向留0.5 mm精銑餘量。10）葉片精加工。精加（jiā）工葉片至零件（jiàn）圖樣要求。11）流道精加工。精（jīng）加工流道至零件（jiàn）圖樣要求。12）葉根圓角精加工。精（jīng）加工葉根圓角至零件圖樣要（yào）求。

3 、毛坯（pī）選用

該葉輪材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料屬於馬氏體沉澱硬（yìng）化不鏽鋼，具有高強度（dù）、高硬度和抗腐蝕等特性，廣泛應用於製造（zào）軸類、汽輪機部件、航天渦輪機葉片等場（chǎng）合。0Cr17Ni4Cu4Nb由（yóu）於硬度高，不容易（yì）斷屑等特點，切削性比較差，尺寸精度不容（róng）易控製。根（gēn）據（jù）零件（jiàn）尺寸和機床性能，並考慮零件裝夾要求，選用直徑為220 mm，高度為95 mm的棒料。

4 、夾具選用

該（gāi）葉輪分4次裝夾，打孔粗車時，以毛坯作為基（jī）準，選用三爪夾盤裝夾（jiá），工件軸向伸（shēn）出量為85 mm，裝夾簡圖（tú）如圖3所示。車削葉（yè）輪底麵時，采用已經（jīng）粗車（chē）完畢台階外圓作為定位基準，三爪夾盤裝夾，裝夾（jiá）示（shì）意圖如圖4所（suǒ）示。車削包履麵時，以已（yǐ）加工完畢的葉（yè）輪底麵台階圓為基準，選用三爪夾盤和軟爪裝夾（jiá），裝夾示意圖如圖5所（suǒ）示。葉（yè）輪銑削時，以葉輪底麵和（hé）葉輪軸孔作為定位基準，使用專用夾（jiá）具裝夾，裝夾（jiá）示意圖如圖6所示。

5 、刀具和切（qiē）削用量選用

葉輪銑（xǐ）削時，由（yóu）於流道窄，隻能使用直徑較小的刀具，為了提高刀具剛性，盡量采用帶有錐度的銑刀。選用山高刀具係統，查（chá）閱山高刀具手冊（cè），選用刀具（jù）和切削用量如表2所示。

表2 刀具列表

6 、葉輪（lún）編程與加工

本（běn）文所涉葉輪加工分車削和銑削兩種加工方（fāng）式，其中車削加工較為簡單，此處不再贅述。葉輪銑削屬於五（wǔ）軸聯動銑削加工，程序複雜編程困難。NX軟件自8.0版本後（hòu）就提供了專門（mén）的葉輪加（jiā）工模塊，本文使用NX10.0軟件的葉輪加工模塊，編製葉輪加工軌跡，如圖7所示，並通（tōng）過後處（chù）理得到葉輪加（jiā）工程序。

圖7 葉輪加工刀具軌跡

選（xuǎn）用（yòng）德瑪吉DMU65monoBLOCK五軸聯動加工中心作為該葉輪加工設備。DMU65為AC軸搖（yáo）籃結（jié）構，配備海德漢530係統，具有很好的工藝能力（lì）和加工精度。將車削好的葉輪毛（máo）坯安裝在夾具上，並調整葉輪毛坯回（huí）轉軸線與機床C軸回轉軸（zhóu）線同軸，裝調好所有刀具，使用（yòng）經過後

處理得到的加工程序，完成該（gāi）葉輪加（jiā）工，總（zǒng）加工時間為7.2h，加（jiā）工過程如圖（tú）8所示。

圖8 葉（yè）輪（lún）加工

7、結語

本文以某（mǒu）企業離心式空氣壓縮（suō）機葉輪為（wéi）研究對象，通過對葉輪結構以及零（líng）件圖樣的（de）分析，確定該葉輪的加工（gōng）內容和加工要求。根據葉輪加工特點設計了葉輪的加工工藝（yì）路線，設計了葉輪加工的裝夾方式，選用了葉（yè）輪（lún）加工刀具和切削參數。使用NX軟件編製了葉輪的（de）加工程序，完成了葉輪加工。本文完整地闡述了葉輪的加工過程，對葉輪製造具有普遍的借鑒意義。

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