整體葉輪葉片較薄, 而且葉片曲麵形狀複雜, 要得（dé）到符合（hé）要求的加工精度和表麵質量難度較大, 需（xū）要在數控加工工（gōng）藝和葉片曲麵的描述及（jí）曲線插補算法上進行規劃和選（xuǎn）擇"目前一般的C N C 係統隻具備直線和圓弧（hú）插補能力, 係統控製機床（chuáng）加工樣條曲線時,必須將樣條曲線以直（zhí）線段或圓弧段（duàn）逼近的方式進行, 這樣不僅程序量大! 加工效率低, 而且還將損失一定的加工精度, 使（shǐ）葉（yè）片曲麵的加工質量難以保證" 非均勻有理B樣條(N on一U nifo rm R ational B -Splin e , N U R B S )曲線（xiàn）插補技術的出現和（hé）應用將有（yǒu）效彌補傳（chuán）統C N C 直線和圓弧（hú）插補在曲線!曲麵加工中的不足1.2"基於N U R B S 的葉片曲麵構建N U R B S 是曲線的節點不等間距, 並采用有理式（shì）表達的B 樣（yàng）條曲線, 具有樣條曲線(Spline )和B ezier 曲線的優點, 對（duì）於（yú）非有理形式很容易推廣到有理形式[2] "N U R B S 曲（qǔ）線為標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（zì）由參數權係數控製曲線（xiàn）或曲麵形狀"。

      葉片曲麵采用非可展直紋麵描述, 由一條直母線（xiàn）兩端分別沿兩條導線運動構成" 在利用N U R B S 方（fāng）法構造兩條導線時, 采用（yòng）3 次N U R B S 曲線進行（háng）構造, 其曲（qǔ）線方程為:

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

      2 整體葉輪數控加工（gōng）工藝規劃

      2 .1 加工（gōng）方法選擇與理論誤（wù）差分析

      葉輪葉（yè）片的描述采用的是N U R B S 曲線, 所擬合出的葉片曲麵為非可展直（zhí）紋麵"對於非可展直紋麵, 必須（xū）用四軸以（yǐ）上聯動（dòng）的數控機床才能將其加工出來川,最理想的方式是采（cǎi）用N U R B S 插補（bǔ）進行五軸側銑加工, 但由於設備和成本限製（zhì）, 本文（wén）利用配備有N U R B S曲線插補能力（lì）的F A N U C 16 一M C 係統的四軸聯動加工中（zhōng）心, 采用四軸聯動（dòng）側（cè）銑方式加工非可（kě）展直紋（wén）麵整體（tǐ）葉輪"。

      對於非可展直紋麵, 由於每條直母線上各點法矢都不同,所以利用（yòng）側銑進行（háng）加工時, 不能滿足（zú）任意刀位上刀具軸線的所有點都位於直母線上對應點的曲麵法矢方向上, 從而產生理論誤差[4] "理論誤差產生的原因（yīn）如圖2 所示, 以圓柱銑（xǐ）刀為例, 在切削過程（chéng）中, 當刀具運（yùn）動到某一刀位時, 作一平麵與刀具軸線垂（chuí）直, O 點為刀具軸線在（zài）該平麵上的投影, 葉頂線和葉根線在此麵上的投影為A A -和B 羅, 刀具與被加工表麵的（de）切觸線投影為一個點T , N , 為A A .線與刀具切觸點的法矢,從為刀刀-線與（yǔ）刀具切觸點的法矢"。

      2. 2 葉輪製造工藝過程

      為了保證加工質量, 提高（gāo）經濟性（xìng）和可行（háng）性, 要遵循工序集中!基（jī）準先行!先粗後精!先主後（hòu）次!分（fèn）麵加（jiā）工的工藝原則, 所（suǒ）以將整體葉輪的加工劃分為（wéi）3 個階段:開（kāi）槽粗加工!葉片精加工!輪毅精加工" 和許多複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（gōng）的過程, 在完成（chéng）粗加工和精加工之後對葉輪進行（háng）必要的測量, 以（yǐ）保證加工出合格的葉輪"葉輪的主要製造工藝過程如（rú）圖3 所示"。

      合理設（shè）計工裝夾具不僅使葉輪夾緊可靠, 減小受（shòu）力變形, 同時簡化工藝（yì）, 保證加工質量" 而工裝（zhuāng）夾具（jù）設計的第一步（bù）就是選擇合適的定位基準" 定位基準的選擇要考慮（lǜ）到基準重（chóng）合的原則, 由於建模時的坐標係原點在（zài）輪（lún）毅側麵, 同時（shí）考慮實際設備第四軸的回轉中心為X 軸, 所（suǒ）以選定輪毅側麵和回轉軸線為葉輪定位基準"同（tóng）時為保證夾具有足夠的剛性來防止變形與振動,采用芯軸螺母加（jiā）頂尖的方式（shì）進行裝夾"。

      2 .4 加工刀具選（xuǎn）擇及加工參數確定（dìng）

      考慮到葉輪加工路線為開（kāi）槽（cáo）!葉片（piàn）精加工!輪毅精加工, 按照粗精分（fèn）開的原則應選用兩把以上的刀具, 同時為了避免多把刀具所帶來的尺寸和精度誤差, 選擇兩把（bǎ）刀具進行加工" 最適用於鋁合金加工的刀具（jù）是金剛石（shí）刀具, 但其價格（gé）昂貴, 考（kǎo）慮到加工成本, 選擇硬質合金塗層刀具, 既可保證加工質量, 又（yòu）降低了成本"此外, 刀具尺寸應（yīng）滿足（zú）直徑D 小於兩葉片之間槽道（dào）的最（zuì）小寬（kuān）度IF :, 即:

      式中（zhōng）:R d為葉根圓半徑, m m ;t"為葉片厚度, m m ;N 為葉輪葉片個數"。

      參考被加工（gōng）葉輪（lún）尺寸, 刀（dāo）具直徑要求小於10 m m ,切削刃大於（yú）葉片槽道的深度32 ~ , 所以（yǐ）開（kāi）槽粗加工選擇（zé）中8x4 0 圓柱立銑刀;葉片!輪毅精加工選擇中6o sx35 牛鼻銑刀, 刀（dāo）具切削（xuē）用量如表1 "。

      3 基於N U R B S 插補（bǔ）的加工路徑規劃為了保證整（zhěng）體葉輪的加工質量, 在進行刀具路徑規劃時（shí）主要（yào）考慮避免幹涉!切削變形小!加工路徑最短等因（yīn）素"。

      如圖（tú）1 所示, 為分別采用插銑（xǐ）圖1 (a) 和行切（qiē）圖1 (b) 的刀（dāo）具路（lù）徑, 在插銑方式中刀具的切削環境惡劣,葉片主（zhǔ）要受Z 向分力（lì）,變形嚴重且難以保證加工質量"而采用（yòng）行（háng）切方式, 刀（dāo）具（jù）沿葉片的曲（qǔ）麵流線（xiàn）進行切削, 雖（suī）然葉片受三個方向上的切削力（lì）作用（yòng）, 但相比插銑中的Z 向（xiàng）分力要小得多, 同時刀具不（bú）易磨損, 葉（yè）片（piàn）的表麵質量好"。

      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（yòng）行切方（fāng）式, 在機床控製運動輸（shū）出選項框（kuàng）中選擇N U R B S 輸出"通過U G 提供的（de）機床仿真功能（néng）實現數控（kòng）加（jiā）工刀位文件的仿真, 這種方（fāng）式修改方（fāng）便, 且對葉片所有曲麵數控加工刀位文件的仿真都是在C A M 軟件（jiàn）中進行, 能夠針對加工過（guò）程中出現的碰撞和幹涉（shè）及（jí）時地進行修改, 如圖4 所示（shì）"。

      4 整體葉輪加工實現（xiàn）

      由於葉片均勻分布在輪毅上且葉片曲麵相同, 采用分片側銑的方式（shì）進行加工, 其（qí）基（jī）本思想是（shì）隻對其中（zhōng）一個葉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（xù）邏輯的合理設計實現了整體葉（yè）輪的四軸數控加工, 通過檢測完全滿（mǎn）足設計要求, 如圖（tú）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（jì）術在曲麵加工方麵（miàn）優越性的基礎上, 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（gōng）工藝進行規劃, 完成了加工基準的選擇!工裝夾具的設計!刀具的（de）選（xuǎn）擇以（yǐ）及切削參數的優化, 並利用U G C A M的N U R B S 曲（qǔ）線插補（bǔ）功（gōng）能對（duì）整（zhěng）體（tǐ）葉（yè）輪加工路徑進行規劃! 模擬（nǐ）仿真和後處理生成N C 程序, 實現了基於N U R B S 插補的整體葉輪數控加工"。