1 引言

      整（zhěng）體葉輪指輪轂和（hé）葉片在同一金屬毛坯體（tǐ）上,現多采用（yòng）鍛件毛坯多（duō）坐標數控加工來成型[ 1] , 其典（diǎn）型（xíng）的應用有渦輪式發動機、泵（bèng）、徑流式渦輪（lún）和膨脹機等許（xǔ）多動力機械[ 2] 。從（cóng）整體葉輪的（de）結構特（tè）點也可（kě）以看出: 整體葉輪相鄰葉片的空間較小（xiǎo）, 而且在徑向（xiàng）上隨著半（bàn）徑的減小, 通道越來越窄。因此加工葉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（shēng）幹涉[ 3] ; 加工（gōng）整體葉輪時加工軌（guǐ）跡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（nán）[ 4] 。總的（de）來說整體葉（yè）輪數控加工難點比較多, 因此在多坐標數控機床上加工前通（tōng）常都要經過仿真（zhēn）, 在此過程（chéng）中必須解決好整（zhěng）體葉（yè）輪數控加工中的過切、幹涉與碰撞、降低（dī）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（gēn）本無法（fǎ）實現, 必須借助於CAM軟件實（shí）現自（zì）動編程。因此, 研究整體葉輪的數控（kòng）仿真加工具有（yǒu）較高的工程應用價值。

      2 整體

      2. 1 結構特點分析與（yǔ）工藝流程製訂

      葉片空間曲麵形狀（zhuàng）較為複雜（zá）且剛性較差, 因（yīn）此葉片加工是整個零（líng）件加工難點, 由於葉片（piàn）之間的（de）間隔距離（lí）小, 而葉片的扭曲程度決定了加工時刀具軸的擺動範圍, 因此刀具必（bì）須在兩葉片之間的範圍內擺動, 刀具才不會（huì）與葉片（piàn）發生幹（gàn）涉。

      根據葉輪的幾何結構特征和（hé）使用要求, 其基本加工工藝流程為: 1. 在數控車床上車削加工毛坯（pī）的基本形狀（zhuàng）, 如圖1 所示; 2. 粗加工葉輪流道曲麵; 3.粗加（jiā）工葉（yè）片曲麵; 4. 葉片精加（jiā）工; 5. 葉輪流道精（jīng）加工。

      2. 2 五坐標數控機床結構與選擇

      葉輪的毛坯（pī）外形可通過數控車床車削（xuē）成（chéng）型, 而流道和葉片（piàn）的成型加工則必（bì）須在五軸聯動數控機床上才能完成。由於本文中葉輪的尺寸（cùn）不大（dà）, 重量較輕, 選用立式五軸加工（gōng）中心（xīn）即可完成機床模（mó）擬加工仿真。

      2. 3 定位與夾緊方案的確定

      文中加工的葉輪（lún）中心處有一圓孔可用於加（jiā）工時的定位, 隻需將毛坯放入與之（zhī）配合的心軸上, 即限製X、Y 方向的移（yí）動自由度, 再（zài）用一（yī）環（huán）形平麵與葉輪的底（dǐ）麵接觸（chù）即可限製兩個轉動（dòng）自由（yóu）度和Z 方向的移動自由度, 最後用螺母壓緊工件（jiàn）即可實現零（líng）件的裝夾。

      2. 4 刀具的選擇與刀具半徑的確定

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

      基於上述理論（lùn）研究, 在（zài）進行粗加工過程中盡可（kě）能選（xuǎn）用大直徑球頭銑刀, 但是必須保證（zhèng）刀（dāo）具直徑D小於葉片（piàn）間最小距離Lmin , Lmin的大小（xiǎo）可以根據U G軟件的分析麵與麵之最小距離的（de）功能測得, 且U GNX6. 0 可直接觀察所定刀具相關參數是否合適。在精加工過程中, 應在保證不過切（qiē）的前提下盡可能選擇大直徑球頭刀, 即保證刀具半徑R1 大於流道和葉（yè）片相接部分的最小圓角半徑（jìng）Rmin, Rmin 的大小可以根據UG 軟件的（de）分析（xī）最小（xiǎo）半徑功能測（cè）得, 同時為了增加刀具剛度（dù）設定精加工球頭銑刀的錐角為2b。UG NX6. 0 可直接觀（guān）察所定刀具相關參數是否合適, 如圖2 所示。

      在單個（gè）葉片加工時, 為了保證刀具不與葉片表麵發生幹涉, 刀具半徑應（yīng）小於加工（gōng）表麵凹處的最小曲（qǔ）率半徑l/ kmax , kmax 為（wéi）整個（gè）葉片表麵上凹處最大法曲率（lǜ）。

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

      3. 1 整體葉輪數控加工路徑規劃

      3. 1. 1 粗加工葉輪流道曲麵和葉片曲麵

      通過可（kě）變輪廓銑程序控製驅動方法和（hé）刀具軸（zhóu）根據葉輪流道曲麵的加工要求創建多軸聯動粗加工程序（xù）。設定合適的參數, 即（jí）可生成（chéng）的（de）葉輪流（liú）道粗加工刀具軌跡（jì）如圖3a 所示。

      葉（yè）片的粗加工創（chuàng）建類型、刀（dāo）具、幾何體（tǐ）均（jun1）與粗加工（gōng）葉輪流道曲麵設置相同; 考慮到葉片曲麵空（kōng）間比較複雜, 提高加工（gōng）效率應允許刀具側刃參與切削, 因此/ 刀軸0 設置（zhì）為側刃驅動體, 側刃加工側傾（qīng）角為2b; 切削參（cān）數設置中（zhōng）/ 部件餘量（liàng）偏置02mm, / 刀路數04 條, 留0. 2mm 的精加工餘量, 內外公差均（jun1）為0. 02mm; 非切削移動參數設置中/ 進刀類型0為線（xiàn）性,長度為（wéi）80%刀具, 其它設置與粗（cū）加工葉輪（lún）流道曲麵設置相同; 主軸轉速為2000r pm, 切削進給速度為1500mmpm。其它相關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（yè）片曲麵和流道曲麵的粗加工相比, 精加工刀具的路徑（jìng）規劃一（yī）致, 隻需要修改（gǎi）相關參數即可, 因此先（xiān）複製粗加工創建的操作, 然後再修改有（yǒu）關（guān）參數和設（shè）置, 生成的（de）葉輪葉片（piàn）和流道曲麵精加工刀具軌（guǐ）跡（jì）分別如圖4a 和圖4b。

      3. 1. 3 編輯加工程（chéng）序, 獲得所（suǒ）有刀具軌跡（jì）

      單個（gè）葉片的多軸加工程（chéng）序編製完成後, 可以利用UG 旋轉複（fù）製功能生（shēng）成其餘葉片和流道的粗加工和精加工程序, 此功能可大（dà）大縮短程序的（de）編製時間。

      具體如下:

      a. 修（xiū）改程序名稱。將（jiāng）前麵已經產生的流道和（hé）葉片的粗加工共計四個程序重新命名, 名稱最（zuì）好具有一定的次序規律, 便於編輯。修（xiū）改程（chéng）序名稱的目的是為了更好的管理程序, 不致於編輯後次序產生混亂。

      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（chéng）序和刀具軌跡。旋轉變換獲得的剩餘流道和葉片的刀具軌跡分別如（rú）圖（tú）5a 和圖5b 所示。

      3. 2 程序模擬（nǐ）仿真（zhēn）

      對於已經生成的刀具路徑, 可（kě）在圖形（xíng）區（qū）中以線框（kuàng）形（xíng）式或實體形式仿真刀具（jù）路徑, 以便於用（yòng）戶直觀地觀察（chá）刀具的運動過程, 進（jìn）而驗證（zhèng）各操（cāo）作參數定義的是（shì）否合理。刀具路徑驗證的可視化仿（fǎng）真是通（tōng）過刀具軌跡和創建動態毛坯來實現的。

      利用U G NX6. 0 對已（yǐ）編（biān）寫的（de）程序進行模擬仿真, 仿真加工2D 結（jié）果（guǒ）如圖6 所示。

      3. 3 NX/ POST 後置處理

      刀具位置源文件( CLSF) 包含GOTO 點位（wèi）和控製（zhì）刀具運動的其他信息, 需（xū）要經過後置處理( Postpro cessing) 才能生（shēng）成NC 指令。U G NX6. 0 後置處（chù）理( NX POST ) 讀（dú）取NX 的內部刀具路徑, 生（shēng）成適合指定機床的（de）NC 代碼, 研（yán）究成功得到整（zhěng）體葉輪流道、精粗加工和（hé）葉片粗加工NC 程序( 略) 。

      4 結論

      本文為整體葉輪的仿真加工提（tí）供了一般方法和步驟。在充分做好整體葉輪數控（kòng）加工工藝分析的基礎上, 提出五坐標機床、裝夾（jiá）方式（shì）、刀具幾何參數、切削用量以及非切削移動參數的擬定原則並確定了數控加工仿（fǎng）真工藝主要（yào）參數。基於上述分析的基礎上, 應用U G NX6. 0 進行整體葉輪的刀具軌跡仿真實（shí）驗, 解決了如刀具與葉片（piàn）易發（fā）生幹涉（shè）等（děng）諸多難點（diǎn）,成功得到正確（què）的刀具（jù）軌跡（jì）仿真結果並輸出可用於真實五軸數（shù）控加工的NC 程序。