葉輪類零件是一類具有代表性且造型比較規(guī)范的、典型的通道類復雜零件，它在能源動力、航空航天、石油化工、冶金等行業(yè)中均有廣泛應用，如航空發(fā)動機上的整體葉輪、坦克發(fā)動機增壓器葉輪、水泵及壓縮機葉輪等。這類零件形狀特征明顯。工作型面的設(shè)計涉及到空氣動力學、流體力學等多個學科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面質(zhì)量對其性能參數(shù)都有很大影響。傳統(tǒng)的葉輪生產(chǎn)一般采用鑄造成型后修光的方法，但是隨著設(shè)計理論的發(fā)展，葉輪類零件工作面形狀日趨復雜，模具制造的難度比較大，工藝過程復雜，制造成本高，葉片精度難以保證，而且葉片的表面光潔度差，容易造成應力集中，產(chǎn)生氣蝕，葉輪的動平衡性能差。

　　整體式葉輪的加工是指輪廓和葉片在同一毛坯體上進行的整體加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪廓上的工藝方法，所以在加工中有很大的難度，被公認為機械加工的難點。五坐標機床功能強大、加工效率高、質(zhì)量好，受到制造業(yè)內(nèi)人士的青睞。

　　五軸聯(lián)動數(shù)控銑床雖然能很好地加工整體式葉輪，加工質(zhì)量也能滿足要求，但是加工工藝要涉及車床和銑床，工序分散，這樣就影響了葉片加工的質(zhì)量和加工效率?，F(xiàn)代車銑復合設(shè)備提高了工藝的有效性，由于零件在整個加工過程中的裝夾定位簡單、定位基準不變、粗加工手段多樣和排屑方便等優(yōu)點，加工的精度更容易獲得保證，同時大大縮短了生產(chǎn)過程鏈。車銑復合機床的發(fā)展，也對CAM軟件提出了更多的要求。復雜的車銑復合設(shè)備用傳統(tǒng)的手工編程是很難實現(xiàn)的，并且效率很低；很多傳統(tǒng)的以銑削為發(fā)展方向的CAM軟件也無法完成此類型的編程，而EdgeCAM軟件順應機床的發(fā)展形勢，支持多主軸、多刀塔的車銑復合設(shè)備。EdgeCAM提供了眾多智能的加工策略，從簡單的輪廓加工到復雜的曲面加工；從車削外形到車銑復合加工；從投影加工到殘料加工、清根加工、等粗糙度加工等數(shù)十種加工策略可供選擇。使得任何復雜零件的編程操作都游刃有余。無論是計算生成刀具路徑的速度還是刀具路徑優(yōu)化的手段，都處處體現(xiàn)出高效率的本質(zhì)。特別是隨著機械加工的發(fā)展，車銑復合加工的優(yōu)勢逐漸被人們所重視，在這一領(lǐng)域中，EdgeCAM的高級車銑模塊可以適應多軸車銑復合編程工作。

1 整體葉輪的分析

　　整體葉輪作為透平機械的關(guān)鍵零件，經(jīng)常運行于高轉(zhuǎn)度情況下，對制造水平的要求非常高，制造質(zhì)量對葉輪的性能有著重要的影響。為了獲得理想的動力學特性，整體葉輪葉片大都采用了大扭角、根部變圓角等結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點對于加工非常困難。同時，葉片曲面制造質(zhì)量要求非常高，葉輪葉片又比較薄，制造中會出現(xiàn)大量的工藝問題，因此要制造出滿足設(shè)計要求的葉輪，不僅要有良好的制造方法，還要有良好的工藝作保證。

　　1.1 圖樣分析

　　整體葉輪主要由葉片、輪轂兩部分組成，如圖1所示，其中葉片和輪轂交界處（即葉根），常加工為變圓角過渡。文中試加工的整體葉輪有10片葉片，葉輪直徑為200mm，葉輪高度120mm，出口葉片高度15mm，葉輪進口直徑114mm，進口葉片高度30mm，葉片厚度最薄處3mm，相鄰葉片間最小間距為18mm。

　　1.2 整體葉輪加工難點

　　為了使葉輪滿足氣動性能要求，葉輪常采用了大扭角，根部變圓角等結(jié)構(gòu)，這給葉輪的加工提出了更高的要求，整體葉輪加工難度如下：

　　(1)整體葉輪加工槽道變窄，而葉片相對較長，相對剛度低，是一種典型的薄壁類零件，加工過程中易發(fā)生變形，使得整體葉輪加工難度增加。

　　(2)在葉片距最窄處葉片深度30mm，相鄰葉片最小間距18mm，在小刀徑情況下，刀具剛性差，容易斷，控制切削深度也是關(guān)鍵。

　　(3)此葉輪曲面為自由曲面、流道窄、葉片有扭曲，并且有后仰的趨勢，加工時極易產(chǎn)生干涉，加工難度高。因此，為了加工合格的整體葉輪，必須綜合考慮此整體葉輪的葉片薄壁、大扭角、小刀徑的特點，為規(guī)劃出一套合理的加工方案做好準備。

2 整體葉輪的加工工藝方案

　　2.1 車銑復合加工機床

　　車銑復合加工設(shè)備應用的領(lǐng)域廣泛，除可以應用于某些產(chǎn)品的大批量加工場合之外，對于一些小批量或單件的生產(chǎn)，車銑復合加工設(shè)備也大有用武之地，因其具有至少一個旋轉(zhuǎn)軸的控制能力，使其應用范圍得以擴展，甚至可以替代多坐標聯(lián)動加工中心的工作。

　　車銑復合加工機床，可以通過雙刀架的同步操作來完成零件的多個工序加工，同一個工件由于有多種加工工序，在利用計算機輔助加工軟件完成零件編程的同時，可以通過工序的優(yōu)化，在加工條件允許的前提下，盡量使兩個刀架同時處于工作狀態(tài)，無疑可以有效地縮短加工時間。

　　車銑復合加工機床一般有普通的C&Y車銑設(shè)備和具有B軸功能的高端車銑設(shè)備，普通的C&Y車銑設(shè)備通過X，Y，C三軸聯(lián)動來完成型面的加工，對具有B軸功能的高端車銑設(shè)備來說，通過B軸擺角定位加工或者X，Y，Z，B和C五軸加工，可以獲得更好的加工表面質(zhì)量。

　　實驗所用機床是從日本馬扎克(MAZAK)公司進口的車銑復合加工機床INTECREX-1001V，它具有雙主軸雙刀架，X，Y，Z，B和C五軸可聯(lián)動。

　　2.2 確定整體葉輪加工工藝

　　針對數(shù)控加工工藝規(guī)劃的一般步驟，擬定出整體葉輪初步加工工藝方案，然后進行參數(shù)優(yōu)化，最后得到的加工工藝過程。

3 整體葉輪CAM及仿真

　　整體葉輪的幾何形狀比較復雜，流道狹窄、葉片薄且彎曲程度大，極易發(fā)生碰撞干涉，因此，其加工軌跡規(guī)劃的主要難點體現(xiàn)于流道開槽粗、精加工和葉片型面加工。

　　EdgeCAM提供了大量的多軸車銑復合加工的方法，其中包括C&Y車銑、B軸加工、雙刀塔加工、五軸聯(lián)動加工等方法。

　　3.1 葉輪基本回轉(zhuǎn)體車削加工

　　EdgeCAM提供了非常方便的雙刀塔加工。將棒料加工成過渡毛坯時，首先進入車削加工環(huán)境，用上刀架加工右端面；再將當前刀架切換至下刀架，進行雙刀架粗車外圓，上、下刀架加工的工序圖加工出過渡毛坯。 

　　3.2 葉輪流道開槽粗加工和精加工軌跡規(guī)劃

　　流道開槽粗加工過程去除主要加工余量，直接影響著精加工的效率和質(zhì)量，提高開粗加工的效率和質(zhì)量對整個葉輪的加工具有重要意義。葉輪流道部分的加工余量并不隨著葉輪型線均勻分布，切削過程中切削深度不斷變化，刀具受力變化較為劇烈，大大縮短了刀具壽命，降低了加工質(zhì)量，這需要合理規(guī)劃加工軌跡。流道開粗加工通常需分成若干層漸進開粗。根據(jù)葉片型面的向分割流道區(qū)域，可使粗加工的各層厚度比較均勻，加工過程穩(wěn)定。

　　EdgeCAM提供的多軸加工中的五軸加工，加工策略選用通過兩個曲面合成，這是加工兩個葉片之間底面最理想的加工方法；刀軸的控制選用指定曲線控制的方法，該方法最適合葉輪底面和葉根加工中的刀軸控制，可以讓刀軸始終位于一條指定的曲面上。圖5是一個流道槽的粗加工刀軌，再利用【編輯】【轉(zhuǎn)換】【旋轉(zhuǎn)纏繞】命令，來復制其他的流道槽的加工路徑。精加工采用同樣的加工方法。

　　3.3 葉片粗、精加工

　　根據(jù)葉片曲面是關(guān)于葉輪中心軸的非可展直紋面這一特點，為滿足葉片表面粗糙度的要求，葉片表面采用側(cè)刃順銑一次成形法。這里采用五軸側(cè)刃銑的加工方法，沿著葉片的方向順銑，對葉盆、進氣口圓角、葉背連續(xù)進行加工。 

　　3.4 仿真驗證和試切加工

　　葉輪編程是一個復雜的過程，在刀具軌跡編制好之后，應通過EdgeCAM仿真或者Vericut軟件對刀軌進行反復仿真驗證，檢查過切、欠切等問題，并及時修改，葉輪仿真加工結(jié)果。在確認無誤的情況之下，還必須在機床上進行試切，試切一般先切出一個完整的流道和一對葉片。試切不但檢查數(shù)控程序的問題，還要調(diào)試切削的一些工藝參數(shù)，以便高效加工出合格的整體葉輪。

4 結(jié)束語

　　整體葉輪在EdgeCAM環(huán)境下用車銑復合加工過渡毛坯，葉輪流道開槽和葉片加工操作都非常簡單。雙刀架的使用，有效地縮短單件加工時間，顯著地提高生產(chǎn)效率，同時還減少工件的振動；車、銑在同一個機床上完成，使加工工序更加集中，避免了零件的多次拆裝從而獲得更高的位置精度；通過實體加工仿真，可以檢查刀具、工件和夾具在加工過程中是否發(fā)生碰撞。這些可以提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為實際應用帶來很大方便。