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摘要：叶轮作为流体压缩机中的核心零件，其加工质量直接决定其寿命、工作效率、工作成本等，本文以hypermill作为构架研究数控加工解决方案。首先确定加工工艺过程和工艺参数，然后在hypermill软件中计算出刀具路径，经后处理成机床代码，加工出复合要求的零件。该方法有效的减少了刀具路径、节约加工成本、提高加工效率和加工精度。
关键词：hypermill 整体叶轮 多轴加工
五轴加工技术充分利用刀具的最佳切削点或通过进一步优化刀轴矢量角来进行切削，从而获得更高的切削效率和更好的表面质量。CAM技术是五轴数控加工中关键技术之一，以CAM技术加工高复杂性零件，解决普通三轴数控机床所不能解决或解决不好的加工难题。
1.整体叶轮五轴切削加工工艺分析与规划
叶轮是流体压缩机中的核心零件，流体压缩机的作用是将外界共给的机械功连续不断的使流体压缩并传输出去。流体经进流道管进入工作轮，因受到叶片的作用力而使压力升高，速度增加，因此对叶轮的要求有：一是流体流过叶轮的损失要小，即流体流过叶轮的效率要高；二是叶轮形式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围拓宽。工作轮如图1所示，包括流道面、吸力曲面，压力曲面和包裹面等。
1.1.整体叶轮叶片结构工艺分析
本文试制的整体叶轮有12片叶片，叶轮直径为D=200mm，叶轮高度H=125mm，轮毂直径D1=60mm，叶片厚度最薄处t=1.2mm，相邻叶片问最小问距为 lmin=16.65mm。由于叶轮气动性的需要常加工为变圆角过渡，圆角最小处仅有2mm。材料选定为LD30（6061）铝合金。可以分析出叶轮加攻难点为：
1.1.1.叶片之间有大量的材料需要去除。为了式叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这是普通三轴加工无法完成的。
1.1.2.流道变窄，叶片相对较长，叶片属于薄壁类零件，刚度低，加工过程中极易变形。
1.1.3.相邻叶片空间极小，在清角精加工时刀具直径小，刀具及极易折断；叶片采用大扭转角，扭曲严重，加工过程中极易出现干涉，加工难度大。
1.2.叶轮加工工艺过程
在五轴加工中心上，通过人工干预复合可以实现车铣一体化加工，故加工毛坯选用棒料，根据工件几何尺寸要求，毛坯棒料直径为 210mm。长180mm。根据图纸要求，遵循保证加工效率和加工精度原则，把叶轮加工划分为车削和五轴加工两个阶段，本文主要以五轴加工为主，车削不在赘述。五轴加工主有以下几道工序：
1.2.1.叶轮粗加工：对叶轮进行开粗，使用大刀具快速除去叶片之间的多余材
料，为下一步加工做准备。
1.2.2.叶片半精加工：半精加工主要是为了平滑粗加工留下的粗糙表面，去除
多余材料，生成加工余量比较均匀的表面，为精加工做准备。
1.2.3.流道及叶片精加工：精加工主要为了获得要求的加工精度和表面质量。
粗加工留下的流道面可以直接进行精加工。
1.3.叶轮加工工艺参数确定
1.4.加工设备及加工软件
本叶轮加工运用德玛吉机床厂生产的DMU-50加工中心，机床控制系统为Heidenhain iTNC 530，机床各参数如表2所示。此机床系统功能强大，搭载了奔腾处理器，运算速度极快，同时支持高速加工。
在刀路计算方面采用了最先进的解决方案——HyperMILL，HyperMILL具有专业的叶轮加工模块，轻松的实现了智能化操作，参数设置极其简单，同时配有完整的刀具干涉检查及干涉避让功能，极大地为用户缩短了程序开发时间。
2. 叶轮五轴加工
2.1.叶轮五轴加工刀具轨迹生成
此叶轮五轴加工部分的刀路在HyperMILL软件中编写生成，在Solidworks中建好模型后转入HyperMILL加工环境，通过对加工参数、加工工法、刀具等参数的设定，可以由HyperMILL自动生成刀具轨迹。叶轮加工刀具轨迹生成过程和加工工法见表3所示。
2.2.后处理数控加工程序
在HyperMILL中运算生成的刀具路径包含了加工工艺和加工参数等所有信息，但不能被机床直接调用，因此需要专用的后处理工具将刀路文件后处理成机床能识别的数控代码，根据Heidenhain iTNC 530数控系统的个指令参数，在Hyperpost后处理构造器中建立DMU-50专用后处理工具，并将刀路文件转换成机床代码，如图2所示。
2.3.仿真加工检验
现实的生产过程中必须要保证后处理生成的数控程序是完全符合要求的，因此在加工前需对程序进行校验，本文基于VERICUT仿真检验功能，构造了DMU-50机床加工模型，利用数控代码成功驱动机床完成叶轮零件的加工。加工后的零件如图3所示。
3. 结语
叶轮作为流体压缩机的核心零件， 其工作环境压力极高，因此对制造水平要求也非常高。叶轮的制造质量直接决定其工作性能，为了要制造出复合要求的叶轮，不仅要有良好的制造设备，更要有合理的制造方法和良好的制造工艺作保证。
参考文献：
[1] 杨胜群.VERICUT7.0中文版数控加工仿真技术.北京：清华大学出版社，2010
[2] 王晋伟.叶轮整体铣削过程研究.铁道机车车辆，2003，23（增刊）
[3] HEIDENHAIN.User’s manual for format.Germany：HEI·DENHAIN.2002（5）：281—297
[4] 周利平.数控技术基础[M].成都：西南交通大学出版社，2011.10
署名单位
通讯地址 四川省成都 市金牛区金周路999号西华大学 邮编职务 学生 性别 男 手机 13679019680 固话
关键词：hypermill 整体叶轮 多轴加工
五轴加工技术充分利用刀具的最佳切削点或通过进一步优化刀轴矢量角来进行切削，从而获得更高的切削效率和更好的表面质量。CAM技术是五轴数控加工中关键技术之一，以CAM技术加工高复杂性零件，解决普通三轴数控机床所不能解决或解决不好的加工难题。
1.整体叶轮五轴切削加工工艺分析与规划
叶轮是流体压缩机中的核心零件，流体压缩机的作用是将外界共给的机械功连续不断的使流体压缩并传输出去。流体经进流道管进入工作轮，因受到叶片的作用力而使压力升高，速度增加，因此对叶轮的要求有：一是流体流过叶轮的损失要小，即流体流过叶轮的效率要高；二是叶轮形式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围拓宽。工作轮如图1所示，包括流道面、吸力曲面，压力曲面和包裹面等。
1.1.整体叶轮叶片结构工艺分析
本文试制的整体叶轮有12片叶片，叶轮直径为D=200mm，叶轮高度H=125mm，轮毂直径D1=60mm，叶片厚度最薄处t=1.2mm，相邻叶片问最小问距为 lmin=16.65mm。由于叶轮气动性的需要常加工为变圆角过渡，圆角最小处仅有2mm。材料选定为LD30（6061）铝合金。可以分析出叶轮加攻难点为：
1.1.1.叶片之间有大量的材料需要去除。为了式叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这是普通三轴加工无法完成的。
1.1.2.流道变窄，叶片相对较长，叶片属于薄壁类零件，刚度低，加工过程中极易变形。
1.1.3.相邻叶片空间极小，在清角精加工时刀具直径小，刀具及极易折断；叶片采用大扭转角，扭曲严重，加工过程中极易出现干涉，加工难度大。
1.2.叶轮加工工艺过程
在五轴加工中心上，通过人工干预复合可以实现车铣一体化加工，故加工毛坯选用棒料，根据工件几何尺寸要求，毛坯棒料直径为 210mm。长180mm。根据图纸要求，遵循保证加工效率和加工精度原则，把叶轮加工划分为车削和五轴加工两个阶段，本文主要以五轴加工为主，车削不在赘述。五轴加工主有以下几道工序：
1.2.1.叶轮粗加工：对叶轮进行开粗，使用大刀具快速除去叶片之间的多余材
料，为下一步加工做准备。
1.2.2.叶片半精加工：半精加工主要是为了平滑粗加工留下的粗糙表面，去除
多余材料，生成加工余量比较均匀的表面，为精加工做准备。
1.2.3.流道及叶片精加工：精加工主要为了获得要求的加工精度和表面质量。
粗加工留下的流道面可以直接进行精加工。
1.3.叶轮加工工艺参数确定
1.4.加工设备及加工软件
本叶轮加工运用德玛吉机床厂生产的DMU-50加工中心，机床控制系统为Heidenhain iTNC 530，机床各参数如表2所示。此机床系统功能强大，搭载了奔腾处理器，运算速度极快，同时支持高速加工。
在刀路计算方面采用了最先进的解决方案——HyperMILL，HyperMILL具有专业的叶轮加工模块，轻松的实现了智能化操作，参数设置极其简单，同时配有完整的刀具干涉检查及干涉避让功能，极大地为用户缩短了程序开发时间。
2. 叶轮五轴加工
2.1.叶轮五轴加工刀具轨迹生成
此叶轮五轴加工部分的刀路在HyperMILL软件中编写生成，在Solidworks中建好模型后转入HyperMILL加工环境，通过对加工参数、加工工法、刀具等参数的设定，可以由HyperMILL自动生成刀具轨迹。叶轮加工刀具轨迹生成过程和加工工法见表3所示。
2.2.后处理数控加工程序
在HyperMILL中运算生成的刀具路径包含了加工工艺和加工参数等所有信息，但不能被机床直接调用，因此需要专用的后处理工具将刀路文件后处理成机床能识别的数控代码，根据Heidenhain iTNC 530数控系统的个指令参数，在Hyperpost后处理构造器中建立DMU-50专用后处理工具，并将刀路文件转换成机床代码，如图2所示。
2.3.仿真加工检验
现实的生产过程中必须要保证后处理生成的数控程序是完全符合要求的，因此在加工前需对程序进行校验，本文基于VERICUT仿真检验功能，构造了DMU-50机床加工模型，利用数控代码成功驱动机床完成叶轮零件的加工。加工后的零件如图3所示。
3. 结语
叶轮作为流体压缩机的核心零件， 其工作环境压力极高，因此对制造水平要求也非常高。叶轮的制造质量直接决定其工作性能，为了要制造出复合要求的叶轮，不仅要有良好的制造设备，更要有合理的制造方法和良好的制造工艺作保证。
参考文献：
[1] 杨胜群.VERICUT7.0中文版数控加工仿真技术.北京：清华大学出版社，2010
[2] 王晋伟.叶轮整体铣削过程研究.铁道机车车辆，2003，23（增刊）
[3] HEIDENHAIN.User’s manual for format.Germany：HEI·DENHAIN.2002（5）：281—297
[4] 周利平.数控技术基础[M].成都：西南交通大学出版社，2011.10
署名单位
通讯地址 四川省成都 市金牛区金周路999号西华大学 邮编职务 学生 性别 男 手机 13679019680 固话