叶片四联动技术与应用

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加工特点及加工因素

叶片的叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，对零件本身的精度和质量要求很高；型面的加工质量直接影响其工作性能，从而可能影响整机的性能；叶片的材料要求有很高的质量—强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大；由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂；对数控加工提出了很高的要求，在实际加工中，多采用以下的加工流程，如图3所示。以往的叶片加工中多采用三坐标加工，其特征是加工轴线始终不变，通过逐行走刀来完成加工，刀具沿各切削行的运动，近似地包络加工总第174期曲面。由图1分析如下：叶片截面形状显示，叶盆和叶背方向上宽度不同，进排边缘处较薄。叶片的型面为复杂的空间曲面，公差带小，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。叶片的材质为锻件，锻件的型线部分与理轮值有差异，这样低熔点合金浇出的型线垫块不能与每一片叶片相吻合，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形大。叶片在进行批量生产时要求精确复制，需要制造专用的工装夹具进行生产。

加工应用

MasterCAM是美国CNCSoftware公司开发的一套基于微机平台的CAD/CAM软件，集设计与制造于一体。软件的CAD功能可以绘制2D、3D图形以及构建自由曲面；CAM功能可以直接在点、线、曲面、实体上产生刀轨，生成加工刀具路径文件（称为nci文件），用户根据数控机床和数控系统的具体情况，可以对其数据库进行修改和编译，设置具体的切削参数、NC程序格式、辅助工艺指令、接口功能参数等，定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序，称为pst文件，能完成2~5轴数控加工，实现产品设计到加工制造的CAD/CAM一体化，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域。按设计给定数据绘制出叶片各个平面上的截面线，叶盆和叶背上的型线均为自由曲线，进排气边缘为一段圆弧，将各曲线光滑过渡，并保证各段曲线的连续。根据给定的扭转角将各个平面上的曲线通过Xform—Rotate命令进行旋转，得到一组空间曲线（如图4所示）。将所得到的截面线创建得到叶片的叶身型面，调整各数据点的对齐方式和曲面公差，得到如图5所示的三阶NUBS曲面。叶片的型面为自由曲面，毛坯为模锻件，需要进行半精加工和精加工，半精加工选用直径为12mm的球刀加工，半精加工步距取1mm，精加工步距取0.3mm，余量为0.2mm，螺旋式走刀。精加工根据半精加工程序生成偏置面加工程序（如图6所示）。3针对加工对象，计算刀具轨迹，生成NCI文件（刀具路径文件），用户根据数控机床和数控系统的具体情况，对其数据库进行修改和编译，定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序。默认的MPFAN.PST是内定成适应FANUC控制器的通用格式，如FANUC-3M、FANUC-6M、FANUC0-M等。由于叶片型面程序量大，可以利用计算机与NC机床RS232接口通讯，通过Mastercam中的Commu-nications（通讯）功能，设置传输文件格式、串口、传输速率、奇偶校验、数据位等与CNC控制器的参数一致，实现在线加工。

利用数控机床的四轴联动加工技术，采用Mas-tercam加工软件的CAM模块，可以一次完成叶片型面的加工，大大减轻了后续抛光工序的工作量，提高了设备的利用率，更主要的是解决了同类零件批量生产中，加工质量难稳定和生产效率不高问题，取得了良好的经济效益。

本文作者：蒋明工作单位：江苏大学机电总厂