整體(tǐ)葉輪是渦輪式發動機、渦輪增壓發動機的核心部件。它在能(néng)源動力、航空航天、石油化工(gōng)、冶金等行業中(zhōng)均有(yǒu)廣泛的應用(yòng)，是具(jù)有(yǒu)代表性的，且造型比較規範的、典型的通道類複雜零件。其型面的加工(gōng)手段、加工(gōng)精(jīng)度和加工(gōng)表面質(zhì)量直接影響發動機的空氣動力性能(néng)和機械效率，對發動機性能(néng)有(yǒu)決定性的影響。整體(tǐ)葉輪因其曲面的複雜性和加工(gōng)精(jīng)度高，使其成為(wèi)典型的難加工(gōng)零件。随着市場對渦輪發動機的需求越來越大，實現整體(tǐ)葉輪的高效加工(gōng)也愈發必要。目前整體(tǐ)葉輪常見的材料有(yǒu)鋁合金、钛合金、不鏽鋼等。葉輪加工(gōng)的複雜性主要在于葉片的曲面造型很(hěn)複雜，五軸數控銑削加工(gōng)柔性好,加工(gōng)效率高,适用(yòng)廣泛,是整體(tǐ)葉輪加工(gōng)常用(yòng)的方法之一。根據葉輪的曲面形狀的不同，在數控機床上加工(gōng)時通常采用(yòng)兩類方法,分(fēn)别為(wèi)點銑法和側銑法。由于整體(tǐ)葉輪的形狀比較複雜，葉片的扭曲大，加工(gōng)極易發生幹涉，因此其加工(gōng)的難點在流道、葉片的粗、精(jīng)加工(gōng)。在整體(tǐ)葉輪的數控加工(gōng)過程中(zhōng)，為(wèi)了盡量減少由于刀(dāo)具(jù)引起的過切和幹涉，且在加工(gōng)較窄流道時刀(dāo)具(jù)仍能(néng)有(yǒu)較好的剛性。

為(wèi)了使葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用(yòng)大扭角、根部變圓角的結構，這給葉輪的加工(gōng)提出了更高的要求。整體(tǐ)葉輪加工(gōng)技(jì )術要求包括尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等幾何方面的要求，也包括機械、物(wù)理(lǐ)和化學(xué)性能(néng)的要求。葉輪葉片必須具(jù)有(yǒu)良好的表面質(zhì)量，精(jīng)度一般集中(zhōng)在葉片表面輪毂的表面和葉根表面,表面粗糙度值應小(xiǎo)于Ra0.8μm。為(wèi)了滿足上述要求，整體(tǐ)葉輪在加工(gōng)過程中(zhōng)常會遇到以下幾種問題：①整體(tǐ)葉輪流道較窄，葉片相對較長(cháng)，剛度較低，屬于薄壁類零件，加工(gōng)過程極易變形。在加工(gōng)過程中(zhōng)，由于自身結構和外部切削力的作(zuò)用(yòng)，流道的入口和葉片上端會産(chǎn)生震紋。為(wèi)了保證整體(tǐ)葉輪的表面質(zhì)量，需要刀(dāo)具(jù)有(yǒu)足夠剛性、合适的鋒利程度還能(néng)有(yǒu)足夠的排屑空間。②流道最窄處葉片深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過刀(dāo)具(jù)直徑，相鄰葉片空間極小(xiǎo)，在清角加工(gōng)時刀(dāo)具(jù)直徑較小(xiǎo)，刀(dāo)具(jù)容易折斷。③整體(tǐ)葉輪曲面為(wèi)自由曲面，流道窄，葉片扭曲比較嚴重，并且有(yǒu)明顯的後仰趨勢,加工(gōng)時極易産(chǎn)生幹涉，加工(gōng)難度較大。有(yǒu)些葉輪由于有(yǒu)副葉片，為(wèi)了避兔幹涉，要分(fēn)段加工(gōng)曲面，因此，保證加工(gōng)表面的一緻性也有(yǒu)困難。④考慮到整體(tǐ)葉輪在實際工(gōng)作(zuò)中(zhōng)高速旋轉，轉速達10000-50000轉，要防止震動并降低噪聲，既要節約加工(gōng)節拍，又(yòu)要保證切削的平穩性和對稱性。

要求

葉輪加工(gōng)對加工(gōng)工(gōng)具(jù)的要求主要在：

1.避幹涉性能(néng)好

2.剛性好，不振刀(dāo)，不掉刀(dāo) 

問題

在五軸加工(gōng)中(zhōng)心上對葉輪進行銑削加工(gōng)時，主要需要改善以下幾個問題：

1.切削效率低，無法提高切削效率；

2.振刀(dāo)，在加工(gōng)過程中(zhōng)，由于動态切削受力不均，極易産(chǎn)生振刀(dāo)現象；

3.掉刀(dāo)，在加工(gōng)過程中(zhōng)，會出現刀(dāo)具(jù)被不知不覺拔出的現象，從而會造成過度銑削，導緻零件報廢。

目前在整體(tǐ)葉輪加工(gōng)領域，熱裝(zhuāng)刀(dāo)柄以其顯著的避幹涉優勢獲得使用(yòng)者青睐。然而因為(wèi)熱裝(zhuāng)刀(dāo)柄自身結構過剛，無法減少或消除加工(gōng)中(zhōng)産(chǎn)生的振動；且随着使用(yòng)時間增加，刀(dāo)柄本身夾持力會逐漸減小(xiǎo)，因而産(chǎn)生掉刀(dāo)現象使得零件質(zhì)量無法合格。正是由于夾持的不穩定性，切削參數很(hěn)難提高，切削效率受到桎梏。

思路

APC刀(dāo)柄因其蝸杆驅動式機械結構而具(jù)有(yǒu)超強的夾持力以及優越的抗振性能(néng)。同時它的避幹涉性能(néng)不輸于熱裝(zhuāng)刀(dāo)柄。通過使用(yòng)APC刀(dāo)柄解決掉刀(dāo)隐患，改善加工(gōng)質(zhì)量，同時提高加工(gōng)效率，縮短加工(gōng)時間，提高産(chǎn)能(néng)，是整體(tǐ)葉輪加工(gōng)領域工(gōng)藝優化的新(xīn)思路。

夾持直徑範圍：

夾持直徑範圍：2-14mm或2-20mm

總長(cháng)度 120 mm 

(以HSK63 + BT40為(wèi)例,A為(wèi)主軸端至刀(dāo)柄前端)

可(kě)配置帶銷夾緊套，

絕對安(ān)全可(kě)靠4.5°極小(xiǎo)錐度

精(jīng)度高、阻尼性能(néng)好

理(lǐ)想的力矩傳遞

刀(dāo)具(jù)内部冷卻液壓力高

100bar時依然100%無冷卻液洩漏

可(kě)通過增加外部冷卻設備以達到沖洗效果

實驗對比

機      床：某國(guó)産(chǎn)五軸加工(gōng)中(zhōng)心

刀(dāo)      具(jù)：16mm硬質(zhì)合金銑刀(dāo)

冷卻方式：外部冷卻

工(gōng)件材料：钛合金F300

熱裝(zhuāng)刀(dāo)柄 VS 蝸杆驅動式APC刀(dāo)柄

用(yòng)熱縮刀(dāo)柄夾持直徑為(wèi)16mm的硬質(zhì)合金銑刀(dāo)，在五軸加工(gōng)中(zhōng)心上做動态銑削，冷卻方式為(wèi)外冷。一個标準産(chǎn)品九個葉片，每個葉片加工(gōng)耗時約85分(fēn)鍾，九個葉片約加工(gōng)765分(fēn)鍾，每加工(gōng)三個葉片換一把銑刀(dāo)。在設備及刀(dāo)路狀況完全不變的狀況下，用(yòng)APC刀(dāo)柄去代替原本使用(yòng)的熱裝(zhuāng)刀(dāo)柄，并且提高切削參數，以達到提高效率的目的。

使  用(yòng)  效  果：

1. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，加工(gōng)效率提高近38%，刀(dāo)具(jù)損耗并無明顯變化。

2. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，無掉刀(dāo)現象發生。

3. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，在提高加工(gōng)參數的狀況下，振動也得到明顯減弱。