典型零件叶片高速五轴铣削加工的研究

　　由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高，技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。先进的数控技术在当代机械制造业中占有极其重要的地位，也是柔性制造技术的基础。笔者应用CATIA对叶片进行测绘和实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，然后根据加工叶片的材料特点，选择合理的刀具进行加工。根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略、走刀路径、进退刀方式。根据两种材料的切削力、切削热和切削表面粗糙度，选择合理的切削参数，最后应用PowerMill软件进行仿真加工。

　　1选用PowerMill进行五轴加工的优势

　　叶片加工过程中应用五轴进行加工，可以减少装夹次数，保证定位精度，可以有效地提高叶片的表面粗糙度，五轴加工已经越来越多地被应用到叶片的加工制造中。PowerMill具有强大的五轴编程功能，当应用多轴加工时，可以方便地检查刀具路径是否相互干涉，使PowerMill的五轴加工更符合工艺要求。在加工模拟环节，机床加工环境仿真完全集成到PowerMill环境内部，可以有效地控制路径仿真速度，定义仿真坐标系、刀具运动轨迹和机床运动。

　　现在国内效率较高的叶片加工方法是分片侧铣法。分片侧铣是指把叶片按加工特征和工艺分成若干片，用侧铣的方法加工叶片。加工时首先用刀具侧刃加工最外边的一片，然后不断的进退刀，加工相邻的分片。理论上分片越多，叶片与刀具的接触线越短，加工精度就越高。

　　2叶片加工工艺及防变形方法

　　为了保证叶片的加工质量、生产率、经济性和加工可行性要选用合理的加工工艺参数。在加工过程中要依据先粗后精、先主后次的工艺原则。叶片的加工分为三个阶段:粗加工，半精加工和精加工。应用五轴机床在一次定位后就可以完成上述的加工，而且应用高速加工也省去了最后钳工修整的工序。

　　在叶片加工的过程中由于薄壁部分容易在加工时产生变形。应用高速铣削能够有效地降低叶片弹塑性变形，提高切削速度，降低切削区域温度，改变了切削成形机理和去除机理，降低切削力，减小了变形。采用辅助机械增加刚性，在叶片弹性变形较大区域填充松香、石膏、蜡，或增加支撑杆，能够将弹性变形控制在一定范围内。先加工刚性薄弱的叶尖部位，后加工叶根部位。降低精加工切削量，使用锋利的刀具，再应用五轴高速数控机床。这样可以有效地减小叶片加工的变形。

　　叶片的加工以高速切削理论为依据、应用五轴高速铣削加工中心，对五轴加工的高速切削参数、工艺参数等进行实际研究，优化高速切削参数，选用合理地加工工艺进行切削加工。下面介绍参数的优化和选择。

　　3相关参数的优化选择

　　建模

　　笔者应用CATIA对叶片进行建模，叶片所材料为铝合金。首先对一个风扇的叶片进行实际测绘，根据测绘的结果应用CATIA对风扇进行三维实体建模，然后应用PowerMill进行仿真加工。为了让后续的加工工作能过顺利的进行，所以应用CATIA建模的质量是十分重要的环节。如果在造型过程中，叶片的曲面曲率不连续，出现了尖点，在加工过程中就会出现掉刀或跳刀的现象，影响到叶片的表面的加工精度。如果在叶片造型中，叶片曲面的曲率变化剧烈，就会产生急剧变化的刀具轨迹，加大了刀具对工件的冲击，也会降低叶片表面的加工质量。

　　高速切削铝合金叶片的刀具几何参数

　　前角不能太小，否则增大了切削变形和摩擦力，为此一般推荐使用g0为12°左右。

　　刀具后角的选取会影响刀具刚度。由于在加工叶片时选用高速加工，高速切削时的进给速度很高，后角一定要选得大一些。增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。为此，可采用双倒棱后角，在增大后角的同时保证刀具刚度。

　　叶片加工过程中刃倾角影响了切屑流出的方向和各切削分力的大小。在高速铣削对铝合金叶片进行加工时，推荐使用ls为20～25°。

　　走刀模式的选择

　　根据加工轨迹的长度、加工时间、刀具轨迹的连续性、轨迹方向的一致性等因素，叶片在高速加工时应尽量采用轮廓的切向进、退刀方式以保证刀路轨迹的平滑，保证叶片曲面的加工质量，在对叶片曲面进行加工时，刀具可以是2向垂直进、退刀，曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等方式，在这些方式中，曲面的切向进、退刀或螺旋式进、退刀更有利于高速加工。

　　叶片加工的铣削力，铣削温度，表面粗糙度

　　本例应用LF5和6063T6两种铝合金材料进行叶片的高速铣削，铣削力、铣削温度、表面粗糙度的三个参数的选择经验如下：

　　切削力源于克服加工时叶片材料对弹性变形和塑性变形的抗力;

　　切削热来源于切削过程的三个变形区，在这三个区域内材料的塑性变形和摩擦力所做的功，绝大部分都要转变成热量，所以他们也就是切削过程中的三个热源;

　　表面粗糙度是评价叶片已加工表面质盆的最主要参数，是反映叶片表面微观几何形状误差的一个重要指标，是评价叶片加工的一个重要参数。通过切削试验来研究高速铣削铝合金时切削速度、进给量及其它因素对工件表面粗糙度的影响规律，从而优化我们在叶片加工时选用的各个参数，达到我们所需要的表面粗糙度要求。

　　此外，还要具体从铣削力、切削热、表面粗糙度三个方面来确定转速、切消深度和进给量、步距等参数，在此不详细论述。

　　4结束语

　　笔者主要探讨了高速加工在叶片加工中的实际应用。加工叶片选用的材料为LF5和6063T6两种铝合金材料，借鉴了其它高速加工材料中对铝合金的试验参数和结论，针对铝合金的叶片形状，在零件加工时进行了深人的探讨和研究。通过选定的两种铝合金材料制作叶片，从切削力，切削热，切削的表面质量等方面考虑，优化切削参数，在达到切削质量的同时，提高了生产效率。

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