【正文】 等。國(guó)內(nèi)所用的機(jī)床大多是引進(jìn)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。Starrag公司提供的五軸、四軸葉輪葉片加工機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5萬轉(zhuǎn)/分。使用硬質(zhì)合金刀具加工不銹鋼普遍切削速度為150米/分。目前多數(shù)廠家采用通用CAD/CAM的商用軟件編制葉輪的數(shù)控加工程序。采用這些軟件編程有不便之處，由于通用軟件并非針對(duì)某一種零件設(shè)計(jì)，所以其功能繁多、界面復(fù)雜。也有部分工廠未采用通用軟件，而是針對(duì)某一葉輪編制了專用程序，但現(xiàn)在情況多是使用面窄，使用性能也較差。航天機(jī)電集團(tuán)三院某所的加工轉(zhuǎn)子的軟件也是在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上改編的。但一些先進(jìn)的多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠商(如STARRAG)及專業(yè)的葉輪加工工廠(如美國(guó)的NREC)都推出了專用于葉輪的數(shù)控加工軟件包，如MAX5，MAXAB，STARRAG程序等。這是因?yàn)閷Ｓ密浖纳a(chǎn)廠商通常都有多年的葉輪加工和數(shù)控編程的經(jīng)驗(yàn)，軟件中針對(duì)不同特征的葉輪設(shè)計(jì)了刀具路徑模板。這些都是通用軟件所不具備的。作為專用軟件，界面更為簡(jiǎn)潔、重點(diǎn)突出，利于設(shè)計(jì)人員掌握。一般只提供刀具尺寸表、轉(zhuǎn)速表、進(jìn)給率表等，而缺乏推薦的切削刀具與切削量，更沒有如何減少加工變形的指南。但國(guó)外索價(jià)昂貴。整體葉輪采用了整體式結(jié)構(gòu)，并帶有復(fù)雜型面的扭曲葉片，因此增大了對(duì)葉片型面的加工和檢測(cè)難度，目前一般利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或?qū)Ｓ脺y(cè)量樣板來測(cè)量來檢測(cè)整體葉輪的葉片型面誤差。本文所需解決的問題：曲面的確定，航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪模型的建立，航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪數(shù)控加工仿真結(jié)果，利用UG軟件生成NC加工程序。生成的加工程序時(shí)，選擇某一種數(shù)控加工系統(tǒng)進(jìn)行后處理，生成加工的刀位文件。數(shù)控加工一直是整體葉輪加工的難題，本文主要是仿真四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，使得通過后置處理的數(shù)控程序能夠應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中去。但在整體葉輪加工的實(shí)用化方面做得還不夠，要真正加工出符合要求的零件，在工藝方面還有許多要完善的地方，如夾具的設(shè)計(jì)。整體葉輪的葉片曲面一直以來都是加工中的難點(diǎn)，通過此次的設(shè)計(jì)，經(jīng)后置處理應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上的程序代碼，加工后的葉片的葉盆型面精度可達(dá) 。2 葉輪的加工工藝分析在本實(shí)例中，需要對(duì)整體葉輪的流道、葉片和圓角主要曲面進(jìn)行加工，如下圖所示。為了使葉輪滿足氣動(dòng)性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結(jié)構(gòu)，這給葉輪的加工提出了更高的要求。(1)加工槽道變窄，葉片相對(duì)較長(zhǎng)，剛度較低，屬于薄壁類零件，加工過程極易變形(2)槽道最窄處葉片深度超過刀具直徑的8倍以上，相鄰葉片空間極小，在清角加工時(shí)刀具直徑較小，刀具容易折斷，切削深度的控制也是加工的關(guān)鍵技術(shù)。有些葉輪由于有副葉片，為了避免干涉，要分段加工曲面，因此，保證加工表面的一致性也有困難。在對(duì)葉輪進(jìn)行加工前，必須對(duì)葉輪毛坯進(jìn)行探傷檢查。精度一般集中在葉片表面、輪轂的表面和葉根表面。另外葉身的表面紋理力求一致，一致的流水線是最好的紋理表面，但這樣又限制了走刀方向，從而在一定程度上限制了加工的刀具軌跡。在進(jìn)行UG編程時(shí)可利用葉片、流道等關(guān)于葉輪旋轉(zhuǎn)軸的對(duì)稱性的加工表面，可采用對(duì)某一元素的加工來完成對(duì)相同加工內(nèi)容不同位置的操作，如本設(shè)計(jì)就應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)陣列加工的操作。葉輪輪轂面及葉片分別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)而成。中性面是處于葉片壓力面和吸力面中間位置的曲面。因此三軸機(jī)床根本無法加工出整體式葉輪，四軸機(jī)床業(yè)很難達(dá)到要求，所以加工整體式葉輪必須要用五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床才能滿足加工要求。本文采用采用立式五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心，數(shù)控機(jī)床主要參數(shù)X軸行程900mm，Y軸行程600mm，Z軸行程550mm，A軸旋轉(zhuǎn)范圍0176。B軸擺動(dòng)范圍90176。刀庫容量40把刀位，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS 840D。用以確定零件上點(diǎn)、線、面間的相互位置關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同，又分為定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。用加工過的表面作定位基準(zhǔn)，則稱為精基準(zhǔn)。采用基準(zhǔn)重合原則可以避免由定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差（基準(zhǔn)不重合誤差）。這樣既可保證各加工表面問的相互位置精度，避免或減少困基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而引起的誤差，而且簡(jiǎn)化了夾具的設(shè)計(jì)與制造工作，降低了成本，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。(4）互為基準(zhǔn)原則 為使各加工表面之間具有較高的位置精度，或?yàn)槭辜庸け砻婢哂芯鶆虻募庸び嗔?，可采取兩個(gè)加工表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的方法，稱為互為基準(zhǔn)原則。同時(shí)，定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的接觸面積，以承受較大的切削力。具體可按下列原則選擇：（1）非加工表面原則 為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應(yīng)選不加工面為粗基準(zhǔn)。（3）重要表面原則 為保證重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇重要加工面為粗基準(zhǔn)。（5）便于工件裝夾原則 作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整光滑，沒有飛邊、冒口、澆口或其他缺陷，以便使工件定位準(zhǔn)確、夾緊可靠。為安裝方便，毛坯上專門鑄出工藝搭子，也是典型的輔助基準(zhǔn)，加工完畢后應(yīng)將其從零件上切除。遵照以上原則本設(shè)計(jì)中，就該整體葉輪而言，其基準(zhǔn)可以通過數(shù)控車床的加工獲得良好的表面后變成隨后葉輪的加工基準(zhǔn)。所以本設(shè)計(jì)采用HSK高速刀柄，由于加工時(shí)葉片的紋理要求所使用的刀具切削刃長(zhǎng)度應(yīng)大于70mm，刀具總長(zhǎng)度應(yīng)大于120mm，并采用整體硬質(zhì)合金涂層刀具。 c)粗加工基準(zhǔn)選取應(yīng)結(jié)合后續(xù)工序的定位要求，有利于提高加工精度；精加工工序定位基準(zhǔn)應(yīng)是巳加工表面，使定位準(zhǔn)確、加工精度高；d)選擇的定位基準(zhǔn)必須使工件定位、夾緊方便，加工時(shí)穩(wěn)定可靠。(8)用四爪夾葉輪外徑或后口環(huán)，以流道中心或前后蓋板流道面作軸向找正基準(zhǔn)及葉輪進(jìn)口直徑作徑向找正后夾緊，粗車葉輪進(jìn)口端口環(huán)留精車余量12mm，及前板面，本工序保證葉輪流道的相對(duì)位置。由于這不是本文研究重點(diǎn)所以就不多做研究。劃分工序的主要依據(jù)是工作地是否變動(dòng)和工作是否連續(xù)。（2）基準(zhǔn)面先加工原則。（4）減少換刀次數(shù)的原則。工序劃分原則：（1）按所用刀具劃分。表面較多。加工程序的編制和檢查難度較大等情況。常用這種方法劃分。的工件，加工完成后就能達(dá)到待檢。精加工中完成的那一。 （4）按加工部位劃分以完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序，對(duì)于加工表面多爾復(fù)雜的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)《如內(nèi)型，外形，曲面和平面等》劃分成多道工序。工序1的具體內(nèi)容如表1所示。工序2的具體內(nèi)容如表2所示。表2 工序2加工方式ZLEVEL_FOLLOW_CORE刀具規(guī)格Φ16R2圓鼻刀刀具材料硬質(zhì)合金主軸轉(zhuǎn)速6000r/min加工余量1進(jìn)給速度3500mm/min曲面精度切削寬度8mm切削深度1工藝分析：開粗時(shí)，注意使用上道工序的毛胚跟蹤功能用φ12R6球頭刀半精加工。生成的刀具路徑和加工仿真如圖圖10所示。工序4的具體內(nèi)容如表4 工序4 加工方式ZLEVEL_FOLLOW_CORE刀具規(guī)格Φ12R6球頭尖刀刀具材料硬質(zhì)合金主軸轉(zhuǎn)速6000r/min加工余量進(jìn)給速度2500mm/min曲面精度切削寬度4mm切削深度工藝分析：使用球頭刀時(shí)參加切削刃不宜過長(zhǎng)，避免產(chǎn)生包刀現(xiàn)象用φ10R5球頭刀除流道殘料加工。表5 工序5加工方式ZLEVEL_FOLLOW_CORE刀具規(guī)格Φ10R5球頭刀刀具材料硬質(zhì)合金主軸轉(zhuǎn)速6000r/min加工余量0進(jìn)給速度2500mm/min曲面精度切削寬度切削深度8工藝分析：注意刀具切削工件時(shí)的切削應(yīng)力對(duì)工件精度的影響用φ10R5球頭刀清根加工。表6 工序6加工方式VARIABLE_CONTOUR刀具規(guī)格Φ16R2圓鼻刀刀具材料硬質(zhì)合金主軸轉(zhuǎn)速10000r/min加工余量0mm進(jìn)給速度4500mm/min曲面精度切削寬度切削深度60mm工藝分析：注意刀具切削工件時(shí)的切削應(yīng)力對(duì)工件精度的影響多刀具清角加工。把采集到的數(shù)據(jù)與幾何建模實(shí)體進(jìn)行比較來檢測(cè)加工精度。此外，一些通用的CAD/CAM軟件，如UG、CATIA、Delcam等也可用于整體葉輪的加工，本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是UG NX通用編程軟件。葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜：種類繁多。精確的幾何實(shí)體造型是葉輪數(shù)控加工的必要前提。許多不斷成熟起來的CAO/CAM軟件為高精度的葉輪造型提供了有力的支持，比如Siemens PLMU6 NX是一款集CAD/CAM/CAE于一體的工程軟件，它具有較強(qiáng)的曲面造型和數(shù)控加工編程功能，并且提供了應(yīng)用開發(fā)模塊，為用戶提供二次開發(fā)接口，給復(fù)雜曲面的數(shù)控加工帶來了很大的方便。整體葉輪的實(shí)體造型主要包括創(chuàng)建葉片實(shí)體和輪轂實(shí)體兩部分。目前，一般先創(chuàng)建截面線，再采用通過截面線(through curve引的方法進(jìn)行葉片的曲面造型。可見，整體葉輪造型的關(guān)鍵是葉片實(shí)體的造型。葉輪的設(shè)計(jì)圖樣提供了葉片五個(gè)截面的數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)(如圖21)及前(后)緣處圓弧所在圓的圓心和直徑(如圖22)。圖21葉片五截面數(shù)據(jù)圖22前（后）球截面線處的圖和控制（1）在