基于HYPERMILL叶轮模具母轮加工方法的研究

0 引言

    近几年涡轮增压技术应用在汽车、船舶等行业应用越来越广泛，叶轮做为增压器中最重要的零件之一，需求量也越来越大。目前，这种复杂曲面的零件一般采用五轴联动数控机床加工，五轴机床加工成本较高，周期也较长，所以大部分的压气机叶轮还是采用金属砂形铸造的方法成型，再用车床进行车削。翻砂出来的叶轮的好坏完全取决于母轮的好坏，因此叶轮模具母轮的加工尤为重要。

1 叶轮结构

    本文研究的叶轮是是一种半开式的等长空间基元曲线叶轮，叶轮只有一种等长叶片，叶尖没有前端盖封闭，叶片曲面为空间自由曲面，建模需要采用非均匀B样条插值曲线，加工需采用自由曲面的五轴联动数控加工。

2 叶轮加工准备

2.1 材料选择

    叶轮模具母轮材料的选择很重要，其应有良好的综合机械性能，常温及高温强度、塑性、韧性都要求较高。为了保证制造模具时尽量少有残渣，特选用美铝7075牌号铝合金做为母轮的加工材料。

2.2 机床准备

    本文中的叶轮加工采用的是MAZAK公司的五轴联动立式加工中心VARIAXIS 500 5x机床，最高主轴转速12000 RPM，A轴工作台摆幅为-12°～+3°，C轴工作台可以360°旋转。切削进给速度1～50000MM/MIN，是一种高速、高生产率、高价值的机床，能够实现中小批量、多品种、高效率的生产。

2.3 刀具准备

    叶轮加工中的刀具选择比较严格。选择刀具时应考虑毛坯材料、机床、允许的切削用量、刚度和耐用度、精度要求、加工阶段等因素。加工整体叶轮的刀具多选择圆锥球头或平头铣刀，少数也选择端铣刀和鼓形铣刀。本文粗加工、半精加工及精加工所采用刀具均为定制圆锥球头刀具。所有刀具材料均为硬质合金。

2.4 夹具准备

    考虑到实际加工的需要，夹具尽量简单方便，本例采用如图1所示自制简易夹具。夹具底部与叶轮底面采用的是螺纹联接，将夹具直接装夹在三爪卡盘上，找正后即可进行加工。

图1 叶轮加工夹具

2.5 毛坯准备

    选用CKA6136数控车床进行外形轮廓粗加工车削，单边留有1mm余量。为保证同轴度、垂直度，将车削后的毛坯装夹至五轴加工中心上，再进行轮廓的精加工铣削”。

3 叶轮加工工艺方案

    目前，可用于五轴加工的软件多种多样，本例选用的是HYPERMILL软件进行刀路轨迹设置与编程。三维模型的建立在这里不做过多赘述，将做好的三维模型档案导入HYPERMILL软件。“。经过分析，叶片和流道的加工路线如下：①叶轮开粗；②叶片半精加工；③流道半精加工；④叶片精加工；⑤流道精加工。