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（qiú）的加工精度（dù）和表麵質量難度較大, 需要在數控加工工藝和葉片曲麵的描述及曲線插補算法上進（jìn）行規劃和選擇"目前一般的C N C 係統隻具備直線和圓弧插補能力, 係統控製機床加（jiā）工樣條曲線（xiàn）時（shí）,必須將（jiāng）樣條曲線以直線段或圓弧段逼近的方式進行, 這樣不僅程序量（liàng）大! 加工（gōng）效率低, 而且還將損失一定的加工精度, 使葉片曲麵的加工質量難以保證" 非均勻有理B樣條（tiáo）(N on一U nifo rm R ational B -Splin e , N U R B S )曲（qǔ）線插補技術的出現和應用將有效彌補傳統C N C 直線和圓弧插補在曲線!曲麵加工中的不足1.2"基於N U R B S 的葉片曲麵（miàn）構建（jiàn）N U R B S 是曲線的節點不等間距, 並采用有理式表達（dá）的B 樣條曲線, 具有樣條曲線(Spline )和B ezier 曲線的優點, 對於（yú）非有理形式很容易推廣到有理形式[2] "N U R B S 曲線為標（biāo）準解析形狀及自由曲線和曲麵提供了統一精確的數學表達式, 可通過自由參數權係數控製（zhì）曲線或曲麵形狀"。

      葉片曲麵采用非可展（zhǎn）直紋麵描述, 由一條直母線兩端分別沿兩條（tiáo）導線運動構成" 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（xiàn）方程為:

是葉頂線和葉根線控製頂點（diǎn）的分量坐標, 式(3 ) !式(4) 可以擬合出（chū）二階連（lián）續的N U R B S 空間曲線作為直紋麵擬合導線（xiàn）, 在U G 軟件中, 將連接葉頂線和葉根線對應點的直線沿線掃略, 生成非可展直紋麵葉片, 通過與輪毅和輪（lún）緣曲麵進（jìn）行布爾運算得到葉輪造型結構如圖1 所示"。

      2 整（zhěng）體葉輪數控加工工藝規劃

      2 .1 加（jiā）工方（fāng）法（fǎ）選擇與理論誤差分析（xī）

      葉輪葉片的描述采用的是N U R B S 曲線, 所擬合（hé）出的葉片曲麵為非可展直紋麵"對於非可展（zhǎn）直紋麵, 必須用四軸以上聯動的數控（kòng）機床才（cái）能將其加工出來川,最理想的方式是采用N U R B S 插補進（jìn）行五軸側銑加工, 但由於設備和成本限製, 本文利用配備有N U R B S曲線插補能力的F A N U C 16 一M C 係統的四軸聯動加工（gōng）中心, 采用四軸聯動側銑方式加工非可展直紋麵整體葉輪"。

      對於非可展直紋麵, 由於每條直（zhí）母線（xiàn）上各點（diǎn）法矢都不同,所以利用側銑進行加工時, 不能滿足任意刀位上刀具軸線的所有點都位於直母線上對（duì）應點的曲（qǔ）麵法矢方向上, 從而產（chǎn）生理論誤差[4] "理論誤差產生的原因如圖2 所示, 以圓柱銑刀為例, 在切削過程中, 當刀具（jù）運動（dòng）到某一刀位時, 作一平麵與刀具軸線垂直, O 點為刀具軸線在該平麵（miàn）上的投影, 葉頂線和葉（yè）根線在（zài）此麵上的投影為（wéi）A A -和B 羅, 刀具與被加工表麵的（de）切觸線投影（yǐng）為一個點T , N , 為A A .線與刀具切（qiē）觸點（diǎn）的（de）法矢,從為刀刀（dāo）-線與（yǔ）刀具切觸點的法矢"。

      2. 2 葉輪製（zhì）造工藝過程

      為了保證（zhèng）加工質量, 提高經濟性和可行性, 要遵循工序集中!基準先（xiān）行!先（xiān）粗後精!先主後次!分麵加工的工藝原則, 所以將整體葉輪的加工（gōng）劃分為3 個階段:開（kāi）槽粗加工!葉片精加工!輪毅精（jīng）加工" 和許多複（fù）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過程, 在完成（chéng）粗加工和（hé）精加工之後對葉輪進行必（bì）要的測量, 以保證加工出合格（gé）的（de）葉輪"葉輪的主要製造工藝過程如圖3 所示"。

      合理設計工（gōng）裝夾具（jù）不僅使葉輪夾緊（jǐn）可靠（kào）, 減小受力變形, 同時簡（jiǎn）化工藝, 保證加工質量" 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（xuǎn）擇要考慮到基準重合（hé）的原則, 由於建模（mó）時的坐標係原點在輪毅側麵, 同時考（kǎo）慮實際設備第四軸的回轉中心（xīn）為X 軸, 所以選定輪毅側麵和回轉軸線為葉輪定（dìng）位基準"同時為保證夾具有足夠的剛性來防止（zhǐ）變形與振動,采（cǎi）用芯軸螺母加頂（dǐng）尖的方式進行裝夾"。

      2 .4 加工刀具選擇（zé）及加工參數確定

      考慮到葉輪加工路線為開槽!葉片精加工（gōng）!輪毅（yì）精加工（gōng）, 按照粗精分開的原則應選用兩（liǎng）把以上的刀具, 同時為了避（bì）免多把刀具所帶來的（de）尺寸和精度誤差（chà）, 選擇兩把刀具進行（háng）加工（gōng）" 最適用於鋁合金加（jiā）工的刀（dāo）具是金剛石刀具, 但其價格昂貴, 考慮到加（jiā）工成本, 選擇硬質（zhì）合金（jīn）塗層刀具, 既可保證加工質量, 又降低了成本"此外, 刀具尺寸應滿足直徑D 小於兩葉片之（zhī）間槽（cáo）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（piàn）個數"。

      參考（kǎo）被加工葉輪（lún）尺寸, 刀具（jù）直（zhí）徑要求小於10 m m ,切削刃大於葉片槽道的深（shēn）度32 ~ , 所以開槽粗加工選擇中8x4 0 圓柱（zhù）立銑刀;葉片!輪毅精加工選擇中6o sx35 牛鼻銑刀, 刀具切削用量如表1 "。

      3 基於N U R B S 插補的加工路（lù）徑（jìng）規劃為了保證整體葉輪的加工質量, 在進行刀具路（lù）徑規劃（huá）時主要考慮避免（miǎn）幹涉!切削變形小!加工（gōng）路徑（jìng）最短等因素"。

      如圖1 所示, 為分別采用插銑（xǐ）圖（tú）1 (a) 和行切（qiē）圖（tú）1 (b) 的刀具路徑, 在插銑方式中刀具的切削環境惡劣,葉片主要受Z 向分力（lì）,變形嚴重且難以保證加工質量"而采用行切方式（shì）, 刀具沿葉片的曲麵流線進行切削, 雖然葉片受三個方向上的（de）切削力作用, 但（dàn）相比插銑中的Z 向分力要小得多, 同時（shí）刀具（jù）不易（yì）磨損, 葉片的表麵（miàn）質量（liàng）好"。

      在U G C A M 模塊中對整體葉輪葉片進行加工路徑規劃, 采用行切方式, 在（zài）機床控製運動輸出選項框（kuàng）中選擇N U R B S 輸出"通過U G 提供的機床（chuáng）仿真功能實現數控加工刀位文件的仿真, 這種方（fāng）式修改方便, 且對葉片所（suǒ）有曲麵數控加工刀位（wèi）文件的仿真都是在C A M 軟件中進行, 能夠針對加工過程中出（chū）現（xiàn）的碰撞和（hé）幹涉及時地進行修改, 如圖4 所示"。

      4 整體葉輪加工（gōng）實現

      由於葉片（piàn）均勻分布在輪毅上且（qiě）葉片曲（qǔ）麵相同, 采用分片側銑（xǐ）的方式進行加工, 其基本思想是隻（zhī）對其中一個葉（yè）片進行刀具路徑規劃生成N C 加工程序, 其他葉片通過分度程序調用葉片加工程序實現加工[3] " 通過對加工過程的控製以及程序邏（luó）輯（jí）的合理設（shè）計（jì）實現了整體（tǐ）葉輪的四軸數控加工, 通過檢測完全滿（mǎn）足設計要求, 如圖5 所示"。

      5 結論

      本文在分析非均勻有理B 樣條(N U R B S) 曲線插補技術在曲麵加工方麵優越性的基礎上（shàng）, 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, 完成了加工基準的選擇（zé）!工裝夾具的設計（jì）!刀具的選擇以及切削參（cān）數的（de）優化, 並利用U G C A M的（de）N U R B S 曲線插補功能對（duì）整體葉輪加工路徑進行規劃（huá）! 模擬仿真和後處理生成N C 程序, 實（shí）現了基於N U R B S 插補的整體葉輪數控加工"。