航空發動機葉片加工

葉片的毛坯均為合金鑄件，加工工序比較複雜，從圖紙到成品，一般都要經過40～60個工序。目前，發動機葉片（葉背、葉盆）的加工，大多採用三軸銑削，即在立式銑削中心（帶旋轉工作台）先銑葉背，然後轉180?，再銑葉盆。進汽邊、出汽邊以及葉根，在後續的工序中再處理。這種銑削方法裝卡次數多，加工效率低，並且加工後葉片變形大，葉片截面形狀與原設計有較大誤差。

如果採用四軸聯動銑削，一次裝卡就可把葉背、葉盆、進出汽邊以及葉根同時加工出來，並且加工后的葉片變形也很小。如果走刀路徑設計的合理，加工後葉片表面的光潔度高，後續的輔助工序可以取消或減化，進汽邊和出汽邊也無需再處理。從整體來看，葉片的加工質量和效率都會大為提高。

四軸銑削葉片，理想的刀具路徑如下：

(1)四軸銑削葉背、葉盆時，刀具沿軸線螺旋走刀，從一端走到另一端；

(2)再單獨銑一次進、出汽邊，刀具沿葉片軸線從一端銑到另一端，以保證進、出汽邊的形狀精度和表面光潔度；

(3)銑削葉根的過渡面時，確保葉片兩端的凸台不受損傷。

二、葉背、葉盆銑削

對於圖1所示的葉片，可採用近似於螺旋的走刀路徑。刀具相對於葉片繞軸線做旋轉運動，同時間斷地沿軸線作直線運動，如圖1所示。採用這種走刀路徑，葉片的變形小，質量可靠；葉背葉盆刀痕勻布，余量均勻，減少了後續打磨、拋光等工序的工作量，可明顯地提高葉片的生產效率。並且，編製這種走刀路徑，較編製螺旋走刀路徑容易得多。

圖1 葉片走刀路徑

以下詳細說明有關計算方法及參數的選擇。

圖2是葉片的俯視圖。葉形的長邊約220.7mm，短邊約175.3mm，葉片高約93.9mm。葉片兩端均有台階，台階的側面與葉形的交線跟軸線不垂直，左邊夾角約20°，右邊約8.6°。

圖2 俯視圖

四軸聯動銑削時，在右端和左端的走刀方嚮應同台階的側面基本平行，銑刀間斷地沿軸線向葉片中部銑削時，走刀方向逐漸與軸線垂直，如圖2所示。在最左側，走刀方向與刀軸夾角20°角，銑削到A1_A1截面時，走刀方向與軸線垂直。銑到B1-B1截面后，走刀方向逐漸右斜。在最右端，走刀方向與右側台階的側面方向一致，即與軸線夾角8.6°。

設相鄰兩刀具路徑間的距離為d，則從最左端到A1-A1截面的切削次數為N=27.3/d，取d=1.5，則N=18刀，取20刀。相鄰兩刀的相對轉角為：20°/20=1°。

同樣計算右端的刀數：14.5/1.5=9.6取10刀。每刀轉角：8.6°/10=0.86°。

最大轉角計算：切削平面旋轉后，各刀具路徑不應重疊，條件為：Qm×W/2≤d，Qm≤2d/W，如圖3所示。W=93.9、d=1.5，得Qm≤1.83°。

圖3 刀具路徑不重疊條件示意

三、進、出汽邊銑削

進出汽邊是由多個位於相互平行的平面上、直徑為0.65～0.68mm的圓弧構成的直紋曲面。用直徑φ6的銑刀銑削時，最好用側刃銑。可把各圓弧分為5等份，計算6條對應的等參曲線。然後，根據這6條曲線編製四軸程序，使刀具沿著6條曲線運動，且刀軸方向始終與曲面相切。

四、MasterCAM的多軸銑削功能

本零件使用MasterCAM軟體造型和編程。MasterCAM的多軸銑削功能非常強勁,有多種四軸、五軸加工方法，用戶可最大程度地控制走刀方式（Tool Type）、刀具運動（Tool motion）和刀軸方向（Tool axis），編出高質量的多軸加工程序。這些加工方法包括：五軸鑽孔、五軸輪廓銑削、多曲面五軸端銑加工、五軸側刃銑削（圓柱棒刀或圓錐棒刀）等等。

MasterCAM還提供有多種選項，控制刀具在走刀進程中的前傾角、後仰角以及左右擺角。通過設置前傾角、後仰角，可改變刀具的受力狀況，提高加工的表面質量。通過改變左右擺角，可以避免刀頭刀桿與工件的碰撞。五軸精加工時，在零件曲率變化太大的區域內，MasterCAM還可加密刀位點，銑出光滑的表面。本例的模擬結果，如圖4所示。

圖4 加工模擬結果

MasterCAM提供了很多控制刀軸方向的辦法，如：

•用一組直線確定方向。五軸走刀時，刀軸的方向根據這組直線方向的變化而變化。

•用上下兩組曲線控制刀軸方向。

•用一個封閉的邊界，控制刀軸的運動範圍，刀軸的方向受限於邊界。

•限制刀軸的傾角（A、B、或C ），以防碰撞。

•用某個固定點控制刀軸方向，使刀具在切削時，其軸線始終通過該點。

MasterCAM的五軸銑削模擬也非常強。可使用任何形狀的毛坯，準確模擬加工過程及加工結果，起到所見即所得的作用。有力地保證了數控程序的正確性。

總之，用MasterCAM設計和加工葉片，快捷方便、安全可靠。