沈陽鼓風機集團有限公司（遼寧 110142）劉 磊

葉輪（見圖1）的粗加工毛坯一般為圓盤狀回轉體，從毛坯到成品的加工過程中，約有50%～60%的金屬材料被去除，其中大部分材料是在葉輪流道粗加工的階段中去除。因此，葉輪流道粗加工過程的時間對于整個葉輪的加工效率起著重要影響。

二元葉輪是葉片屬于在XY平面上扭曲，廣泛應用在離心壓縮機上用于壓縮高壓化工氣體介質。針對葉輪流道的曲面型腔結構，傳統(tǒng)的加工方法利用HSS高速鋼銑刀分層側銑，刀具的線速度較低，壽命較低；隨著流道銑削深度的增加和刀具懸伸量的加長，刀具剛性變差，在徑向力的作用下刀具易發(fā)生振動、變形、磨損加劇，加工效率顯著降低。

本文針對葉輪側銑加工存在的一系列問題，通過使用UGS NX7.5軟件對葉輪流道進行刀路軌跡設計形成高速銑刀軌，使用硬質合金銑刀提高CVD涂層刀片的線速度、減少切削振動、提高葉輪加工效率，縮短產品制造周期。

圖1 離心壓縮機葉輪

1.加工刀路軌跡設計的關鍵點

針對二元葉輪特殊的型腔結構，通過NX7.5采用Cavity Milling 通過構造毛坯體、幾何體和刀軸矢量，采用不同的驅動方法，生成理想的刀路軌跡。NX 7.5的Cavity Milling用于粗加工和半精加工型腔和型芯區(qū)域，它根據(jù)型腔或型芯的形狀，將要切除的部位在深度方向上分成多個切削層進行切削，其可用于加工側壁與底面不垂直的部位。

（1）刀路軌跡切削模式 NX 7.5提供了7種不同的刀軌生成模式，單向、往復、單向輪廓模式利用平行的線性刀路移除了大量材料；跟隨周邊和跟隨部件模式利用一系列同心切削刀路移除了大量材料，這些刀路可以內向移動也可以外向移動伴隨工件的邊界進行生成刀軌；輪廓銑和標準驅動模式創(chuàng)建一個精加工刀路，該刀路跟蹤開放區(qū)域或封閉區(qū)域中的部件壁，常用于生成精加工刀軌。

（2）切削參數(shù)的確定 切削參數(shù)的確定包含零件余量控制（見圖2），刀路軌跡優(yōu)化模式選擇和刀路拐角圓弧等。在余量控制中，主要是控制部件側面余量和底面余量，通常側面余量會與加工方法設置一致，而底面余量控制可以單獨設置，防止發(fā)生工件過切，而內外公差的設置可以明顯改變生成刀軌的速度，方便預覽生成理想的刀軌。

圖2 切削參數(shù)余量的控制

（3）葉輪銑削工藝特點 葉輪首先在數(shù)控車床上被車削成盤狀回轉體，然后在三軸聯(lián)動數(shù)控加工中心上銑制加工葉片，然后通過焊接的方法將葉輪進行組合。使用NX 7.5對葉輪進行三維建模，使用直徑φ25mm的Sec o大進給銑刀，刀片采用帶有CVD化學涂層的刀片，在三軸加工中心XK718上進行銑削葉片粗精加工。在加工過程中刀具受到的徑向切削力明顯降低、振動明顯減少，提高了葉輪加工質量。

2.NX7.5中加工葉輪刀路軌跡設計

針對葉輪的形狀，選擇鍛件盤狀體為毛坯，設置葉輪流道出口平面為加工坐標系為原點，如圖3所示。利用NX7.5型腔銑功能，使用可轉位鑲刀片的硬質合金銑刀對葉輪流道進行粗加工，葉片表面余量均勻，然后使用輪廓銑功能生成葉片精加工刀路軌跡，用φ20mm高速鋼銑刀側刃精加工葉片表面。

圖3 葉輪結構和毛坯體

（1）葉輪流道整體粗加工 粗加工是快速去除流道內部的毛坯材料，重點考慮的是加工效率。一般粗加工占據(jù)整個零件加工80%的時間，在機床功率和切削力允許的前提下盡可能實行“使用大直徑刀具粗加工”原則。以直徑450mm、材料為FV520B不銹鋼葉輪為例，選取直徑25mm的大進給硬質合金立銑刀，刀桿采取套式結構，刀片為CVD化學涂層的Seco刀具，型號為R217.99-2025.3S-09-2A，最大切深ap=8mm，刀片的線速度vc=120m/min。使用NX 7.5的Cavity Milling加工操作，選擇“跟隨周邊”的切削方式和“深度優(yōu)先”的切削順序，設置加工余量。為了便于快速生成預覽刀路，可以提高內外公差余量，其生成的刀路軌跡如圖4所示。

圖4 NX7.5中型腔銑葉輪粗加工刀路軌跡和刀具

（2）葉片表面的精加工 對于葉片的精加工需要重點考慮刀長和切削力的影響，這些因素直接決定葉片的表面粗糙度和形位公差。對于葉片一般采取倒角的側刃精加工HSS立銑刀，采取側刃成形切削如圖5所示，在NX7.5中使用“輪廓銑”功能，生成的刀路軌跡是沿著葉片根部進行周邊切削，使用φ20mmHSS立銑刀，由于高速鋼銑刀耐熱性差，可以采取風冷或者切削液的方式進行降溫。

圖5 葉片精加工輪廓銑刀軌