葉輪五軸加工的工藝分析及加工難度

葉輪葉盤作為動(dòng)力機(jī)械的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。葉輪葉片的形狀非常復(fù)雜，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響很大，設(shè)計(jì)開發(fā)周期長(zhǎng)，制造工作量大。葉輪五軸加工技術(shù)一直被認(rèn)為是制造業(yè)的一個(gè)重要課題。傳統(tǒng)的加工工藝采用分體加工方案，即葉片與輪轂分別采用不同的毛坯，分別加工成型后將葉片焊接在輪轂上。該方案不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且難以保證葉輪的性能指標(biāo)和精度要求。

如今，隨著高速銑削技術(shù)、多軸特別是五軸加工數(shù)控機(jī)床和CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，采用五軸聯(lián)動(dòng)加工數(shù)控機(jī)床進(jìn)行葉輪五軸加工，不僅可以保證刀具的球頭部分準(zhǔn)確切割工件，還可以利用其旋轉(zhuǎn)軸工作，避免刀體或刀桿部分與工件其他部分的干擾或過切，充分滿足葉輪零件的生產(chǎn)要求。

1.葉輪五軸加工工藝分析：

目前，葉輪的結(jié)構(gòu)可分為兩部分：輪轂曲面和葉片曲面。葉片包括覆蓋曲面、壓力曲面和吸力曲面。葉輪輪輪轂曲面由葉片中性面根部曲線和葉片中性面頂部曲線繞Z軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸Z的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面為子午線表面；中性表面是葉片壓力表面和吸力表面中間的曲面。

從葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，五軸葉輪加工過程中刀具軌跡規(guī)劃的約束條件較多，相鄰葉片空間較小，加工過程中容易產(chǎn)生碰撞干擾，難以自動(dòng)生成無干擾的刀具位置軌跡。

2.葉輪五軸加工難度如下：

a.葉輪五軸加工流道變窄，葉片較長(zhǎng)，剛度較低，屬于薄壁部件，在數(shù)控?cái)?shù)控加工過程中易變形。

b.流道最窄的葉片深度是刀具直徑的9倍以上，相鄰葉片空間非常窄。清角加工時(shí)，刀具直徑小，容易斷裂。切割深度的控制也是五軸數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)。

c.葉輪曲面為自由曲面(包括小葉片、窄流道)，葉片扭曲嚴(yán)重，加工時(shí)容易干擾。

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