本發明屬于數控加工制造技術領域，涉及一種機械零件的機械加工方法和加工裝置，具體的說是一種利用特殊工裝在普通三軸數控銑床上加工變截面扭曲葉片半開式葉輪的方法及裝置。

背景技術：

半開式三元葉輪作為流體機械中的關鍵動力部件，廣泛應用于航空、航天、能源、化工等領域，其數控加工技術一直是機械制造業中的一個重要課題。半開式三元葉輪作為透平壓縮機中一種主要的對工作介質做功的部件，大多數運行在高溫、高壓、高腐蝕的介質中，其材質主要由沉淀硬化不銹鋼-fv520b(美標的17-4ph材料)、kmn、ld10等鍛件構成。半開式三元葉輪作為離心式壓縮機的心臟部件，主要應用于大型乙烯、空分、煉油、石化等大型工程制造領域。

半開式葉輪的葉片的壓力面和吸力面都是三維空間扭轉不規則曲面，屬于典型的薄壁難加工零件，傳統的加工方法是使用五軸聯動加工中心銑制或者電解加工。目前半開式葉輪一般都采用五軸聯動分層銑削流道的加工方法，但是機床的五軸聯動加工成本投入大，加工周期長，效率較低，加工費用高。

對于普通立式數控銑床，要實現對三維空間扭轉不規則曲面葉片的半開式葉輪的加工，其技術難點在于：(1)半開式葉輪在銑制前的銑前加工工藝安排；(2)利用三軸銑床銑制變截面扭曲葉片半開式葉輪時，葉輪流道中部有死角區域，如何利用工裝裝置使得待銑半開式葉輪坯件在三軸銑床上增加自由度，使得流道中部死角區域銑削到位；(3)由于葉片數目多，半開式葉輪在銑制每個流道中部死角區域時如何接序定位；(4)針對實際加工流程，每序的刀具選擇。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種變截面扭曲葉片半開式葉輪的普通三軸數控銑床銑制方法及裝置。本發明通過合理的銑前工藝編排；在銑削葉片流道中部死角區域時，制作特殊工裝與分度頭連接，給普通三軸數控銑床增加一個x軸旋轉自由度；分度頭的每次轉位后的接序都通過等多邊形的定位面和定位邊來實現；流道面利用專門用來加工曲面的球刀來進行精加工。具體技術方案如下：

一種變截面扭曲葉片半開式葉輪的三軸數控銑床銑制方法，包括以下步驟：

步驟1：將機械性能合格的鍛件用普通車床進行粗加工，型線邊界單邊預留余量，輪軸盤面預留軸向加工余量，并留有裝卡卡頭，再用數控車床對型線邊界面和進出口邊界面進行精加工，制成坯件；

步驟2：將坯件軸向平行于銑床z軸的方向放于銑床工作臺，軸盤面向上壓緊固定，銑出與葉片數相等的等多邊形，所述多邊形的高度小于輪軸盤面預留軸向加工余量；

步驟3：將坯件安裝芯軸和連接盤，然后軸盤面向下立于工作臺壓緊固定；導入程序加工進口流道和出口流道；

步驟4：將坯件通過連接盤固定在分度盤上，利用葉輪卡頭、分度盤找分度盤和葉輪的同心，固定分度盤的底座，再利用軸盤上的等多邊形找平加工流道中部；

步驟5：去除軸盤預留工藝面和工藝卡頭。

步驟1前用軟件制做半開式葉輪的三維模型，存為igs格式導入ug4.0進行編程，每道序都進行模擬試切，避免銑削過程中干涉、撞刀及過切。

銑前加工過程中，坯件軸向前后端面平行度保證在0.02mm以內，軸向前后端面和型線邊界面光潔度ra3.2以上；

所述步驟2加工過程中，等多邊形各邊面的平面度保證在0.01mm以內，各邊平面與軸盤面的垂直度保證在0.01mm以內；

所述步驟3芯軸和坯件軸孔采用過渡配合，連接盤背面和輪軸盤面平行度0.01mm以內，連接盤和葉輪坯件同心度0.01mm以內。

所述步驟4利用定位卡頭外圓和分度盤外圓進行坯件中心軸線與分度盤軸線中心定位，同心度在0.01mm以內。

分度頭的轉位次數等于等多邊形的邊數，且每次轉位后等多邊形的基準邊面平行于工作臺平面。

正多邊形的邊面與邊面的交線作為分度頭每次轉位程序續接的基準。

本發明進一步公開了一種實現權利要求1所述方法的裝置，包括芯軸、連接盤、分度盤，所述芯軸與坯件軸孔過渡配合；芯軸通過螺栓與連接盤固定；芯軸突出定位卡頭處設置凸臺，所述凸臺設置通孔，螺栓穿過所述通孔后旋緊在定位卡頭端面的螺孔中；所述連接盤通過螺釘與分度盤固定。

本發明的有益效果是：本發明與五軸數控銑床加工相比，操作簡單，加工效率高，總成本投入明顯減少。

下面結合附圖和實施案例對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明半開式葉輪銑前加工示意圖；

圖2-1是本發明半開式葉輪定位基準銑制示意圖；

圖2-2是圖2-1的p向視圖；

圖3是本發明半開式葉輪進口和出口銑制示意圖；

圖4是本發明半開式葉輪側銑組裝示意圖(含裝置)；

圖5是本發明半開式葉輪側銑流道中部示意圖；

圖6是本發明半開式葉輪葉片銑制完成后示意圖；

圖7是本發明半開式葉輪成品示意圖；

圖8是本發明半開式葉輪成品軸測圖；

圖9是本發明半開式葉輪銑制流程圖；

在圖4中：1-待銑葉輪，2-連接盤，3-分度頭，4-芯軸，5-螺釘；圖1中，8-工藝卡頭，9-進口面，10-型線面，11-出口面，12-預留軸向加工余量，13-坯件軸孔，14-軸盤面。

具體實施方式

本發明所針對的一種半開式葉輪的普通三軸數控銑床銑制方法及裝置，輔助零部件主要包括：分度頭1個，轉接盤1個，芯軸1根。具體參照附圖1～9，對本發明作進一步詳述，步驟如下：

本實例的半開式三元葉輪具體尺寸、材料和加工參數如下：

(1)葉輪的最大回轉直徑：φ600mm

(2)葉片數目：13個，圓周均勻分布

(3)葉尖的最大厚度：6.5mm

(4)葉片的最大厚度：12.83mm

(5)葉輪的進口寬度：121.37mm

(6)葉輪的出口寬度：39.76mm

(7)葉輪材料：ld10

步驟1：利用葉片壓力面和吸力面的點元數據在solidworks中完成半開式葉輪的三維模型(如圖7-圖8)，另存為igs格式，導入ug4.0進行編程，將試件分為26個加工區域(1、2序共13個區域，3序13個區域)；模擬刀具選用時，粗加工選取φ20的r2平底刀，半精加工選取r8的球形刀，精加工選取r4的球形刀，每道序都進行模擬試切，以避免銑削過程中存在死角區域，刀具非加工中心刃與葉片發生撞刀及過切；

步驟2：將機械性能合格的鍛件用普通車床進行粗加工，型線邊界單邊預留2mm余量，并留有20mm長的定位卡頭，型線圓周面部分通過數控車床利用20個型值點點線插補法進行編程精加工完成，半精車進刀量0.5mm，精加工進刀量0.1mm，粗糙度達到ra3.2以上；葉片進口面、出口面也用數控車床進行加工，并保證出口面和軸盤面垂直度在0.02mm內，進口面和軸盤面平行度在0.01mm以內，粗糙度達到ra3.2以上，加工完成后如圖1；

步驟3：將銑前加工件軸向平行于銑床z軸的方向立放于銑床工作臺，軸盤面向上，找平找中心后壓緊固定，導入程序選取φ20的r2平底刀銑出與葉片數相等的等13邊多邊形，多邊形平面和立面粗糙度都達到ra3.2以上，平面度小于0.01mm，如圖2；

步驟4：銑完基準多邊形后，安裝芯軸和連接盤，連接好后，保證連接盤背面和軸盤面的平行度在0.01mm以內，將坯件軸盤面向下立于工作臺，找平(進口面和銑床臺面平行度0.01mm內)找中心(以卡頭外圓定中心，中心偏差在0.01mm以內)后壓緊固定；導入程序按照圖3中1序(加工進口流道)和2序(加工出口流道)進行加工，粗加工選取φ20的r2平底刀，半精加工選取r8的球形刀，精加工選取r4的球形刀；

步驟5：將完成1序和2序的坯件通過連接盤與分度頭連接(如圖4)，利用葉輪卡頭外圓及分度盤外圓找中心線后(中心線偏移度0.01mm內)，軸盤面垂直度驗證，壓緊分度盤的底座固定；找中心線可利用定位卡頭外圓及分度盤外圓的數據進行坯件中心軸線與分度盤軸線中心定位，即在定位卡頭外圓處和分度盤外圓處設置千分表，利用千分表的讀數判斷是否同心，然后根據數值確定是否與分度盤軸線是否同心。

按圖5中3序(加工中部流道)進行13次加工，每次加工通過分度盤旋轉，然后多邊形平面找平(多邊形平面和銑床臺面平行度0.01mm內)，軸盤面校直，以多邊形邊面交線作為程序連接基準，每次粗加工選取φ20的r2平底刀，半精加工選取r8的球形刀，精加工選取r4的球形刀，直到此序13次加工完成；

步驟6：用數控車床找正后去除軸盤處預留工藝面和工藝卡頭，并手工進行整個葉輪表面毛刺飛邊的修磨，葉輪加工完成，如圖7-圖8。