摘要：葉片的高速五軸銑削是高速切削技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，切削參數(shù)的優(yōu)化是關(guān)系到加工效率和加工經(jīng)濟(jì)性的重要壞節(jié)。筆者通過(guò)借鑒兩種鋁合全材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化高速銑削參數(shù)，以提高葉片的加工質(zhì)量和效率。
由于葉片型面是由復(fù)雜的三維自由曲面組成，幾何精度要求較高，技術(shù)難度大，傳統(tǒng)的加工方法無(wú)法滿足葉片的精度要求。先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)在當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)中占有極其重要的地位，也是柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)。筆者應(yīng)用CATIA對(duì)葉片進(jìn)行測(cè)繪和實(shí)體建模，得到一個(gè)理想的三維葉片實(shí)體，然后根據(jù)加工葉片的材料特點(diǎn)，選擇合理的刀具進(jìn)行加工。根據(jù)葉片的形狀特點(diǎn)，選擇合理的編程策略、走刀路徑、進(jìn)退刀方式。根據(jù)兩種材料的切削力、切削熱和切削表面粗糙度，選擇合理的切削參數(shù)，最后應(yīng)用PowerMill軟件進(jìn)行仿真加工。
1 選用PowerMill進(jìn)行五軸加工的優(yōu)勢(shì)
葉片加工過(guò)程中應(yīng)用五軸進(jìn)行加工，可以減少裝夾次數(shù)，保證定位精度，可以有效地提高葉片的表面粗糙度，五軸加工已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用到葉片的加工制造中。PowerMill具有強(qiáng)大的五軸編程功能，當(dāng)應(yīng)用多軸加工時(shí)，可以方便地檢查刀具路徑是否相互干涉，使PowerMill的五軸加工更符合工藝要求。在加工模擬環(huán)節(jié)，機(jī)床加工環(huán)境仿真完全集成到PowerMill環(huán)境內(nèi)部，可以有效地控制路徑仿真速度，定義仿真坐標(biāo)系、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和機(jī)床運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)效率較高的葉片加工方法是分片側(cè)銑法。分片側(cè)銑是指把葉片按加工特征和工藝分成若干片，用側(cè)銑的方法加工葉片。加工時(shí)首先用刀具側(cè)刃加工最外邊的一片，然后不斷的進(jìn)退刀，加工相鄰的分片。理論上分片越多，葉片與刀具的接觸線越短，加工精度就越高。
2 葉片加工工藝及防變形方法
為了保證葉片的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性和加工可行性要選用合理的加工工藝參數(shù)。在加工過(guò)程中要依據(jù)先粗后精、先主后次的工藝原則。葉片的加工分為三個(gè)階段:粗加工，半精加工和精加工。應(yīng)用五軸機(jī)床在一次定位后就可以完成上述的加工，而且應(yīng)用高速加工也省去了最后鉗工修整的工序。
在葉片加工的過(guò)程中由于薄壁部分容易在加工時(shí)產(chǎn)生變形。應(yīng)用高速銑削能夠有效地降低葉片彈塑性變形，提高切削速度，降低切削區(qū)域溫度，改變了切削成形機(jī)理和去除機(jī)理，降低切削力，減小了變形。采用輔助機(jī)械增加剛性，在葉片彈性變形較大區(qū)域填充松香、石膏、蠟，或增加支撐桿，能夠?qū)椥宰冃慰刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)。先加工剛性薄弱的葉尖部位，后加工葉根部位。降低精加工切削量，使用鋒利的刀具，再應(yīng)用五軸高速數(shù)控機(jī)床。這樣可以有效地減小葉片加工的變形。
葉片的加工以高速切削理論為依據(jù)、應(yīng)用五軸高速銑削加工中心，對(duì)五軸加工的高速切削參數(shù)、工藝參數(shù)等進(jìn)行實(shí)際研究，優(yōu)化高速切削參數(shù)，選用合理地加工工藝進(jìn)行切削加工。下面介紹參數(shù)的優(yōu)化和選擇。
3 相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化選擇
建模
筆者應(yīng)用CATIA對(duì)葉片進(jìn)行建模，葉片所材料為鋁合金。首先對(duì)一個(gè)風(fēng)扇的葉片進(jìn)行實(shí)際測(cè)繪，根據(jù)測(cè)繪的結(jié)果應(yīng)用CATIA對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后應(yīng)用PowerMill進(jìn)行仿真加工。為了讓后續(xù)的加工工作能過(guò)順利的進(jìn)行，所以應(yīng)用CATIA建模的質(zhì)量是十分重要的環(huán)節(jié)。如果在造型過(guò)程中，葉片的曲面曲率不連續(xù)，出現(xiàn)了尖點(diǎn)，在加工過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)掉刀或跳刀的現(xiàn)象，影響到葉片的表面的加工精度。如果在葉片造型中，葉片曲面的曲率變化劇烈，就會(huì)產(chǎn)生急劇變化的刀具軌跡，加大了刀具對(duì)工件的沖擊，也會(huì)降低葉片表面的加工質(zhì)量。
高速切削鋁合金葉片的刀具幾何參數(shù)
前角不能太小，否則增大了切削變形和摩擦力，為此一般推薦使用g0為12°左右。
刀具后角的選取會(huì)影響刀具剛度。由于在加工葉片時(shí)選用高速加工，高速切削時(shí)的進(jìn)給速度很高，后角一定要選得大一些。增大后角有利于提高刀具壽命，但會(huì)降低刀刃剛度。為此，可采用雙倒棱后角，在增大后角的同時(shí)保證刀具剛度。
葉片加工過(guò)程中刃傾角影響了切屑流出的方向和各切削分力的大小。在高速銑削對(duì)鋁合金葉片進(jìn)行加工時(shí)，推薦使用ls為20～25°。
走刀模式的選擇
根據(jù)加工軌跡的長(zhǎng)度、加工時(shí)間、刀具軌跡的連續(xù)性、軌跡方向的一致性等因素，葉片在高速加工時(shí)應(yīng)盡量采用輪廓的切向進(jìn)、退刀方式以保證刀路軌跡的平滑，保證葉片曲面的加工質(zhì)量，在對(duì)葉片曲面進(jìn)行加工時(shí)，刀具可以是2向垂直進(jìn)、退刀，曲面法向的進(jìn)、退刀，曲面正向與反向的進(jìn)、退刀和斜向或螺旋式進(jìn)、退刀等方式，在這些方式中，曲面的切向進(jìn)、退刀或螺旋式進(jìn)、退刀更有利于高速加工。
本例應(yīng)用LF5和6063T6兩種鋁合金材料進(jìn)行葉片的高速銑削，銑削力、銑削溫度、表面粗糙度的三個(gè)參數(shù)的選擇經(jīng)驗(yàn)如下：
切削力源于克服加工時(shí)葉片材料對(duì)彈性變形和塑性變形的抗力;
切削熱來(lái)源于切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū)，在這三個(gè)區(qū)域內(nèi)材料的塑性變形和摩擦力所做的功，絕大部分都要轉(zhuǎn)變成熱量，所以他們也就是切削過(guò)程中的三個(gè)熱源;
表面粗糙度是評(píng)價(jià)葉片已加工表面質(zhì)盆的最主要參數(shù)，是反映葉片表面微觀幾何形狀誤差的一個(gè)重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)葉片加工的一個(gè)重要參數(shù)。通過(guò)切削試驗(yàn)來(lái)研究高速銑削鋁合金時(shí)切削速度、進(jìn)給量及其它因素對(duì)工件表面粗糙度的影響規(guī)律，從而優(yōu)化我們?cè)谌~片加工時(shí)選用的各個(gè)參數(shù)，達(dá)到我們所需要的表面粗糙度要求。
此外，還要具體從銑削力、切削熱、表面粗糙度三個(gè)方面來(lái)確定轉(zhuǎn)速、切消深度和進(jìn)給量、步距等參數(shù)，在此不詳細(xì)論述。
4 結(jié)束語(yǔ)
筆者主要探討了高速加工在葉片加工中的實(shí)際應(yīng)用。加工葉片選用的材料為L(zhǎng)F5和6063T6兩種鋁合金材料，借鑒了其它高速加工材料中對(duì)鋁合金的試驗(yàn)參數(shù)和結(jié)論，針對(duì)鋁合金的葉片形狀，在零件加工時(shí)進(jìn)行了深人的探討和研究。通過(guò)選定的兩種鋁合金材料制作葉片，從切削力，切削熱，切削的表面質(zhì)量等方面考慮，優(yōu)化切削參數(shù)，在達(dá)到切削質(zhì)量的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。
