1 引言

      整體葉輪指輪轂和葉片在（zài）同一金（jīn）屬毛坯體上,現多采用鍛件毛坯多坐標數控加（jiā）工（gōng）來成型[ 1] , 其典型的應用有渦（wō）輪式發動機、泵、徑流式渦輪和膨脹機等（děng）許多動力機械[ 2] 。從整體葉輪的結構特點也（yě）可以看出: 整體葉輪相鄰葉片的空間較小, 而（ér）且（qiě）在徑向上隨著半徑的減小, 通道（dào）越（yuè）來越窄。因此加工葉輪葉片曲麵時除了刀具與被加（jiā）工葉片（piàn）之間發（fā）生幹涉外,刀具極易與相鄰葉片發生幹涉[ 3] ; 加工整體葉輪（lún）時加工軌跡規劃的約束條（tiáo）件比較多, 自動生（shēng）成無幹涉刀位軌跡較困難（nán）[ 4] 。總的來說整（zhěng）體葉輪數控加工難點比較多, 因此在多坐標數控（kòng）機床上加工前通常都（dōu）要經過仿真（zhēn）, 在此過程中必須解決好整體葉輪數控加工中的過切、幹涉與碰撞、降低生產成本、提（tí）高加工效（xiào）率、優化（huà）工藝（yì）參數等一係列難（nán）題, 為真實數控（kòng）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（shǒu）工編程根本無法實現, 必須借助於CAM軟件實現自動編程。因此, 研究整體葉輪的數控仿真加工具有較高的工程應用價值。

      2 整體

      2. 1 結構特點分析與工藝流程製訂

      葉片空間（jiān）曲麵形狀較為複雜且剛性較差, 因此葉片加工是整（zhěng）個零（líng）件加工難點, 由於葉片之間的間隔距離小, 而葉片（piàn）的扭曲程度（dù）決定了加工時刀具軸的擺（bǎi）動範（fàn）圍, 因此刀具必須在兩葉片之間的（de）範圍內擺（bǎi）動, 刀具才不會與（yǔ）葉片發生幹涉。

      根據葉輪的幾何結構特征和使用要求（qiú）, 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, 如（rú）圖1 所示; 2. 粗加工葉輪（lún）流道曲（qǔ）麵; 3.粗加工葉片曲麵; 4. 葉片精加工; 5. 葉輪（lún）流道精（jīng）加工。

      2. 2 五坐標數控機（jī）床（chuáng）結構與選擇

      葉輪（lún）的毛坯外形可（kě）通過數控（kòng）車床車削（xuē）成型, 而流道和葉片的成型加工則必須在五軸聯動（dòng）數（shù）控機床上才能完（wán）成。由於本文中葉輪的尺寸不大, 重量較（jiào）輕, 選用立式五軸加工中心即可完成機床（chuáng）模擬加工仿真。

      2. 3 定位與夾緊方案的確定

      文中加工的葉輪中心（xīn）處有一圓孔可用於加工時的定位, 隻需將毛坯放入與（yǔ）之配合（hé）的心軸（zhóu）上, 即限製X、Y 方（fāng）向的移動自由度（dù）, 再用一環形平麵與葉（yè）輪的底麵接觸即可限製兩個轉動自由度和Z 方向的移動自（zì）由度, 最後用螺母壓緊工件即可實現零件的裝夾。

      2. 4 刀具的選擇與（yǔ）刀具半徑的確定

      在使用（yòng）多個刀（dāo）具組合（hé）的加（jiā）工過程中, 兩（liǎng）個不（bú）同刀具的無幹涉加工區域可能重疊。通（tōng）常采（cǎi）用的方法是, 先用較大的刀具來高（gāo）速加工其所有可能（néng）加工的區域（yù）, 較（jiào）小的刀具則隨（suí）後被用來加工較大的刀具無法加工的區域。這樣, 每把刀的有效加（jiā）工區域就可能小（xiǎo）於其原來可以無幹涉加工的曲麵。

      基（jī）於上述理論研究, 在進行粗加工過程中（zhōng）盡可能選用大直徑球頭銑刀, 但是必須保（bǎo）證刀具直徑D小於葉片間最小距離Lmin , Lmin的大小可以根據U G軟件的分析麵與麵（miàn）之最（zuì）小距離的功能測得（dé）, 且U GNX6. 0 可（kě）直接觀察所定刀具相關參數是否合適。在（zài）精加（jiā）工過程（chéng）中, 應在保證不過切的前提（tí）下盡可能選擇大直徑球頭刀（dāo）, 即（jí）保證刀具（jù）半（bàn）徑R1 大於流（liú）道和葉片相接部分的（de）最小圓（yuán）角半徑Rmin, Rmin 的大小可以根據UG 軟件的分析最小半徑功能（néng）測（cè）得, 同時為了（le）增加刀具剛度設定精加工球頭銑（xǐ）刀的錐角為2b。UG NX6. 0 可直接觀察所定刀具相關參數是否合適, 如圖2 所示。

      在（zài）單個葉片加工時, 為了保證刀具不與葉片表麵發生幹（gàn）涉, 刀具（jù）半徑應小於加（jiā）工表麵凹處的最小（xiǎo）曲率半徑l/ kmax , kmax 為整個葉片表麵上凹處最大法曲率。

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

      3. 1 整體葉輪數控加工路徑（jìng）規劃

      3. 1. 1 粗加工葉輪流道曲（qǔ）麵和（hé）葉片曲（qǔ）麵

      通過可變輪廓（kuò）銑程序（xù）控製（zhì）驅動方法和刀具軸根（gēn）據葉輪流道曲麵的加工要求創建多（duō）軸聯動粗加（jiā）工程序。設定合適的參（cān）數（shù）, 即可生（shēng）成的葉輪流道粗加（jiā）工刀具軌跡如（rú）圖3a 所示。

      葉片的粗加工創（chuàng）建類型、刀具、幾（jǐ）何體均與粗加工葉輪流道（dào）曲麵設置相同; 考慮到葉片曲麵空間比較複雜, 提高加工（gōng）效率應允（yǔn）許刀具側刃參與（yǔ）切削, 因此/ 刀軸0 設置為側刃驅（qū）動體, 側刃加工側傾（qīng）角為2b; 切削參數設置中/ 部件餘量偏置02mm, / 刀路數04 條（tiáo）, 留0. 2mm 的精加工餘量, 內外公差均（jun1）為0. 02mm; 非切削移（yí）動參數設置中（zhōng）/ 進（jìn）刀類型0為線性,長度（dù）為80%刀具, 其它（tā）設置與（yǔ）粗加工葉輪流道曲麵設置相同; 主（zhǔ）軸轉速為2000r pm, 切削進（jìn）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（jì）如（rú）圖3b 所示。

      3. 1. 2 精加工葉片（piàn）曲麵（miàn）和流道曲麵

      與葉片曲麵和流道曲麵的粗加（jiā）工相比, 精加工刀具的路（lù）徑規劃一致, 隻（zhī）需要修改相關參數即（jí）可, 因此先複製粗加工創建的操作, 然後再（zài）修改有關（guān）參數和設置, 生成的（de）葉輪葉（yè）片和流道曲麵（miàn）精加工刀具軌跡分別如圖4a 和圖4b。

      3. 1. 3 編輯加工程序, 獲得所有刀具軌跡（jì）

      單（dān）個葉片的多軸加工程序編製完成（chéng）後, 可以（yǐ）利用UG 旋轉複（fù）製功能生成其餘葉片和（hé）流（liú）道的（de）粗加工（gōng）和精加工程序, 此功能可大大縮短（duǎn）程序的編製時間。

      具體如下:

      a. 修改程序名稱。將前麵已經產生的流道和葉片的粗加工共計四個程序重新命名, 名稱最好具有（yǒu）一定（dìng）的次序（xù）規（guī）律, 便於編輯。修改程（chéng）序名稱（chēng）的目的是為了更好的管理（lǐ）程序, 不致於編輯後次序產生混亂（luàn）。

      b. 利用UG 的/ 變換0命令繞ZC 旋轉產生其餘葉片和（hé）流道加工（gōng）程序和刀具（jù）軌跡。旋轉變換獲得的剩餘流道（dào）和葉片的刀（dāo）具（jù）軌跡分別如圖5a 和圖5b 所示。

      3. 2 程序（xù）模擬仿真

      對（duì）於（yú）已經生成的刀具路徑, 可在（zài）圖形區中以線（xiàn）框形式或實體形式仿真刀具路徑, 以便於用戶直觀（guān）地觀察刀具的運（yùn）動過程, 進而驗證各操（cāo）作參數（shù）定義的是否合理。刀（dāo）具路徑（jìng）驗證的可視化（huà）仿（fǎng）真是通過刀具軌跡和創建（jiàn）動（dòng）態毛坯來實現的。

      利用U G NX6. 0 對已編寫的程序進（jìn）行模擬仿真, 仿真加工2D 結果如圖6 所示。

      3. 3 NX/ POST 後（hòu）置（zhì）處理

      刀具位置源文件( CLSF) 包含GOTO 點（diǎn）位和控製刀具運動的其他信息, 需要經過後（hòu）置處理( Postpro cessing) 才能生成NC 指令。U G NX6. 0 後置處（chù）理( NX POST ) 讀取NX 的內部刀具路徑, 生成適（shì）合（hé）指定機床（chuáng）的NC 代碼, 研（yán）究成功得到整體葉輪流道、精粗加工和葉片粗（cū）加工NC 程（chéng）序( 略) 。

      4 結論

      本文為整體葉輪的仿真加工提供了一般方法和步驟。在充分做好整體葉輪數（shù）控加工工藝分析的基礎上, 提出五坐標機床（chuáng）、裝夾方式、刀具幾何（hé）參數、切削（xuē）用量以及非切削移動（dòng）參數的擬定原則並確（què）定了數控加工仿真工藝主要參數。基於上述分析的基礎（chǔ）上, 應用U G NX6. 0 進行整體（tǐ）葉輪的（de）刀具軌跡仿真實驗, 解決了如刀具（jù）與葉片易發生幹涉等諸（zhū）多難點,成功得到（dào）正確的刀具軌跡仿真結果並輸出可用於真實五軸數（shù）控加工的NC 程序。