【文章內(nèi)容簡介】 的加工方案。 3. 壓氣機(jī)葉輪毛坯的確定 葉輪材料的選擇 20 世紀(jì) 40 年代末， 7 系 鋁合金 （ AlZnMgCu）材料就已應(yīng)用于飛機(jī)制造業(yè)，以其超高強(qiáng)度變形、輕等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶等現(xiàn)代工業(yè)。鋅是 7 系 鋁合金 中的主要合金元素，加上鎂元素可使材料能受熱處理，達(dá)到非常高強(qiáng)度特性。 7075 是鋁合金中最優(yōu)良的產(chǎn)品的產(chǎn)品之一， 其特點(diǎn)有： 可熱處理的高強(qiáng)度鋁合金材料； 具有良好的機(jī)械性能，易于加工； 質(zhì)量輕，價格適中； 耐磨性好，抗腐蝕能力強(qiáng)； 非常適用于高壓結(jié)構(gòu)零件的高強(qiáng)度材料。代表用途有航空航天、模具加工、機(jī)械設(shè)備、工裝夾具，特別用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及其他要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)體。綜合分析葉輪的使用性能及材料特性，本文選用 7075 鋁合金作為葉輪材料。 7075 鋁合金機(jī)械性能分析 8 機(jī)械性能分析（ Typical Mechanical Properties） 鋁合金牌號 及狀態(tài) 拉伸強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 硬度 延伸率 (250℃ MPa) (250℃ MPa) 500kg 力10mm 球 (1/16in)厚度 ALLOYAND TEMPER Ultimate Tensile Strength Yield Tensile Strength Hardness Elongation 7075T651 572 503 160 11 葉輪毛坯的選擇 毛坯的選擇要從機(jī)械加工和毛坯制造兩方面綜合考慮，以求得最佳效果。確定毛坯包括選擇毛坯種類、尺寸及制造方法等內(nèi)容。常用毛坯的種類有鑄件、鍛件、壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。選擇毛坯種類的方法有：（ 1）根據(jù)圖紙要求的材料及機(jī)械性能選擇毛坯；（ 2）根據(jù)零件的功能選擇毛坯；（ 3）根據(jù)生產(chǎn)類型選擇毛坯；（ 4）根據(jù)具體生產(chǎn)條件選擇毛坯。選擇毛坯形狀和尺寸總的要求是毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機(jī)械加工的勞動量，如前所述，毛坯的形狀、尺寸越接近葉輪的設(shè)計造型，所消耗的材料和 加工工時越少，但過度追求形狀逼近會增加了制造毛坯的費(fèi)用。因此將葉輪物 理 性 能 分 析 （ Typical Physical Properties） 鋁合金牌號 及狀態(tài) 熱膨脹系數(shù) （ 20100℃）um/ 熔點(diǎn)范圍（℃） 電導(dǎo)率 20℃（ 68 176。 F ）（ %ACS） 電阻率20℃（ 68176。F） m ㎡ /m ALLOY AND TEMPER Average Coefficient Of Thermal Expansion Melting Range Electrical Conductivity Electrical Resistivity 7075T651 475635 33 9 的材料定位 7075 鋁合金鑄件 棒料。根據(jù)葉輪的幾何模型和加工過程中裝夾的需要，在普通車床上對棒料進(jìn)行預(yù)加工，預(yù)加工后部分尺寸到位，毛培如圖 4 所示。 圖 4 4. 壓氣機(jī)葉輪加工工藝路線設(shè)計 加工方法的選擇 加工壓氣機(jī)葉輪的關(guān)鍵和難點(diǎn)是葉片、流道及根部圓角的精加工。 精加工工序是壓氣機(jī)葉輪加工過程中最重要的環(huán)節(jié)，此工藝的合理與否，直接影響到整個零件的加工效率和成本，以及渦輪增壓器最終的產(chǎn)品性能。壓氣機(jī)葉輪加工，最常采 用的就是高速銑削，高速銑削機(jī)床的特點(diǎn)，采用主軸運(yùn)動結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載荷的平穩(wěn)，減小工作臺由于運(yùn)動的慣性，提高加工精度和效率。采用 UG 中的可變輪廓銑可以完成葉輪的曲面加工，但可變輪廓銑對于壓氣機(jī)葉輪的加工存在著許多的不足，如參數(shù)的設(shè)置過于復(fù)雜、驅(qū)動方式的多樣化不利于選擇、對刀軸的控制不是很穩(wěn)定等。 UG 中針對葉輪的加工，專門開發(fā)了葉輪加工模塊（ MILL_MULTI_BLADE），使用起來非常方便。 加工階段的劃分 葉輪需要加工的部分主要為頂部開闊區(qū)域、流道、葉片、根部圓角四 個部分。頂部開闊區(qū)域和葉片之間有大量的材料需要去除，但由于各個面的質(zhì)量要求有所不同，因此在安排工序時，為了保證加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)性和和加工可行性，要按照工序集成、基準(zhǔn)先行、先粗后精、先主后次和分面加工的工藝標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。 根據(jù)工藝原則的要求，將葉輪的加工劃分為三個階段：粗加工、半精加工和精加工。粗加工的目的是快速的切除葉輪各個表面大量的多余材料，分為頂部區(qū)域粗加工、流道開槽粗加工、葉片粗加工、根部圓角粗加工，加工出葉輪基本形狀。半精加工主要為了平滑 10 粗加工留下的粗糙表面，去除拐角處多余的材料，生成加工余量 比較均勻的表面，為精加工作好準(zhǔn)備，主要有葉片半精加工、流道半精加工。精加工階段包括葉片、流道、根部圓角的精加工，它主要保證葉輪尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度，是決定葉輪加工質(zhì)量的關(guān)鍵階段。 考慮到工序集成、基準(zhǔn)先行等原則， 本文 采用立式五軸數(shù)控高速銑削加工，因此可以將零件的粗、精加工放在同一臺機(jī)床上完成，提高加工效率，縮短加工時間，減少裝夾次數(shù)，有利于減少裝夾誤差，提高表面精度，保證葉輪的加工質(zhì)量。 5. 壓氣機(jī)葉輪的工藝設(shè)計 機(jī)床選擇 現(xiàn)如今，能夠完成整體葉輪加 工的機(jī)床很多，如九軸車銑加工中心、五軸加工中心。本文 采用米克朗公司的 HSM 400U 立式五軸聯(lián)動高速銑削加工中心，數(shù)控機(jī)床主要參數(shù) X軸行程 300mm ， Y 軸行程 180mm， Z 軸行程 300mm， C 軸旋轉(zhuǎn)范圍 0176。 — 360176。， B 軸擺動范圍 110176。 — 110176。， C 軸回轉(zhuǎn)直徑 180mm，主軸功率 15kw，主軸最高轉(zhuǎn)速 42021rpm，定位精度 ，重復(fù)定位精度 ， 刀庫容量 30 刀位，最大承重 100kg，數(shù)控系統(tǒng)為海德漢，如圖 5 所示。 圖 5 HSM 400U 定位基準(zhǔn)、夾緊方案 高速銑削對工裝要求，使用安全可靠、體積小、質(zhì)量輕、裝卸工件要簡潔方便，以減小加工時的慣性力矩對工件加工精度的影響。本文采用通用夾具：三爪卡盤。對毛培預(yù)處理后，葉輪平面基準(zhǔn)已經(jīng)到位，在葉輪下表面墊一塊表面光潔的墊塊，用探頭找平，并將此平面設(shè)置為 Z0。將葉輪平放在墊塊上， 然后用三爪 卡盤將葉輪緊夾牢，保證曲面部分全部露于三爪以上，使其在正確位置上保持不變，為了保證加工精度，葉輪的軸線必須與工 11 作臺的回轉(zhuǎn)中心保持一致，即 C 軸找正考毛培外圓圈正，并設(shè)為 Z0。最后Φ 的中心孔為基準(zhǔn)，設(shè)置加工坐標(biāo)系的 X0、 Y0，最后完成加工加工坐標(biāo)系的創(chuàng)建。用 M5 的螺釘從葉輪中心孔穿過，旋入墊塊中，然后將螺釘拉緊，入裝配示意圖所示。 裝配示意圖 刀具選擇 刀具材料對刀具的使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本都有很大影響，特別是對于曲面加工顯得尤為重要。 為提高流道開粗和流道半精 加工的效率，可以選用大直徑球頭銑刀，但也要注意兩葉片間的最小距離，防止刀具干涉其他葉片；在對流道和相鄰葉片的交接部分進(jìn)行清根時，選擇的刀具半徑小于流道和葉片相接部分的最小倒圓半徑。米克朗 HSM 400U 采用的是 HSK 高速刀柄，由于加工時葉片的紋理要求所使用的刀具切削刃長度應(yīng)大于 70mm，刀具總長度應(yīng)大于 120mm。 在數(shù)控機(jī)床中，從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、多樣 12 性、工藝性及現(xiàn)有的生產(chǎn)條件等各方面考慮，本文采用整體硬質(zhì)合金涂層刀具進(jìn)行加工。硬質(zhì)合金刀具綜合效果都優(yōu)于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石等。由于鎢系 硬質(zhì)合金 刀具的強(qiáng)度、韌性和 導(dǎo)熱性 較好，所以適于加工產(chǎn)生斷續(xù)切削的脆性材料脆性材料，如 鑄鐵 、有色金屬 及合金、 膠木 及其他 非金屬材料 。所以葉輪粗加工時可選用碳化鈦含量低的鎢系硬質(zhì)合金；精加工時選用碳化鈦含量高的鎢系硬質(zhì)合金。粗、半精、精加工時為復(fù)雜的不規(guī)則曲面，選用球頭 銑刀事半功倍， 其刀具頭部加圓弧有利于加工成型葉根過渡面及流道面。球頭銑刀選用錐形球頭銑刀，它有利于提高刀具的剛性，彎曲厲害的葉片可以采用鼓形刀加工。 進(jìn)給路線和工步順序的確定 加工前的準(zhǔn)備 一、 初始化環(huán)境創(chuàng)建 打開葉輪模型，單擊“開始”按鈕，在下拉菜單中選著【加工】命令，彈出“加工環(huán)境”對話框，然后在“ CAM 會話配置”中選擇“ cam_general”，在“要創(chuàng)建的 CAM 設(shè)置”中選擇“ mill_multi_blade”，單擊“確定”，完成初始化環(huán)境創(chuàng)建。 二、創(chuàng)建加工父及組 （ 1） 創(chuàng)建加工幾何組 創(chuàng)建加工坐標(biāo)系，加工坐標(biāo)系按照定位基準(zhǔn)、夾緊方案的敘述執(zhí)行。加工坐標(biāo)系、設(shè)計坐標(biāo)系、檢驗(yàn)坐標(biāo)系一致，如圖 6 所示。創(chuàng)建安全平面，以葉輪頂面為基準(zhǔn)偏置 50mm設(shè)為安全平面。創(chuàng)建部件幾何體（ WORKPIECE），選著葉輪為部件幾何體；創(chuàng)建毛培幾何體，毛培幾何體選擇車床預(yù)處理過的毛培，如圖 6 所示。 在 WORKPIECE 組下創(chuàng)建葉輪幾何體（ MULTI_BLADE_GEOM），選擇葉轂、包裹、葉片、葉根圓角和分流葉片，如圖 7 所示。 （ 2） 按工序表的要求創(chuàng)建刀具組，特別注意區(qū)分粗加工刀具 和精加工刀具的管理。 （ 3） 設(shè)置加工方法組設(shè)置粗加工（ MILL_ROUGH）、半精加工（ MILL_SEMI_FINISH）、精加工