基于CimatronE8.5的涡轮增压器整体叶轮五轴数控加工技术研究

0 引言

    涡轮叶轮是车用发动机废气涡轮增压器的关键零部件，其特点是：叶片薄、扭曲大和叶片间隔小。其加工质量直接影响发动机的效率，为了得到高质量的涡轮叶轮，要对其进行整体加工。整体叶轮加工是指轮毂和叶片在同一个毛坯上进行整体加工，其难点就在于扭曲流道和超薄大扭曲叶片的加工。对于整体叶轮加工，通常采用铸造成型后抛光的方法，该方法的缺点是模具复杂，且难保证叶片精度，动平衡性差，生产周期也比较长。本文对叶轮进行逆向造型，再应用Cimatron E8.5软件对叶轮进行五轴仿真加工。为整体叶轮的生产提供了一个更快、更精和更省的方法。

1 叶轮的逆向造型

    涡轮增压器整体叶片曲面是大扭曲的变截面，运用逆向造型技术进行整体叶轮的三维造型，它可以对整体叶轮进行快速反求，实现整体叶轮的快速设计和制造，从而提高效率、准确性及缩短整体叶轮的设计周期。

    用三维扫描仪对其进行扫描，得到叶轮数据如图1所示，利用Imagware软件对点云进行修改、简化和光顾处理，得到单个叶片点云如图2所示。

    图1 叶轮原始数据

    图2 处理后的叶片点云

    再利用Imagware软件由点云构造曲线。采用“内插法曲线”的曲线偏差分析如图3所示，采用“公差曲线”的曲线偏差分析如图4所示，对比偏差图可以看出采用“内插法曲线”的曲线偏差最大为1.466e-005，且各各数之间变化大，而采用“公差曲线”的曲线偏差最大为1.36e-005，且各各数之间变化小，说明采用“公差曲线”时的偏差变化比较平缓且更接近真实的叶轮形状，所以为了保持叶片原状及减小偏差，选取“公差曲线”构造曲线。接着在三维造型软件Pro/E中采用“边界混合”，由曲线生成叶片曲面。通过阵列和加厚成型，如图5所示。

    图3 采用内插法曲线的曲线偏差分析

    图4 采用公差曲线的曲线偏差分析

    图5 整体叶轮三维模型

2 整体叶轮的加工工艺分析

    涡轮增压器整体叶轮由多个叶片组成，且单个叶片的厚度很薄，扭曲大，刚度小，且流道比较狭窄，在加工时很容易变形和发生碰撞，其叶轮的加工重点和难点就在此。为了提高加工效率，先车削加工出基准面和叶轮回转体的基本毛坯，如图6所示。

    图6 为开槽做的整体叶轮毛坯