摘要：葉片的高速五軸銑削是高速切削技術(shù)的一個典型應(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)濟性的重要壞節(jié)。筆者通過借鑒兩種鋁合全材料的試驗數(shù)據(jù)來優(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)的加工方法無法滿足葉片的精度要求。先進的數(shù)控技術(shù)在當(dāng)代機械制造業(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對葉片進行測繪和實體建模，得到一個理想的三維葉片實體，然后根據(jù)加工葉片的材料特點，選擇合理的刀具進行加工。根據(jù)葉片的形狀特點，選擇合理的編程策略、走刀路徑、進退刀方式。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軟件進行仿真加工。
1 選用PowerMill進行五軸加工的優(yōu)勢
葉片加工過程中應(yīng)用五軸進行加工，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)越來越多地被應(yīng)用到葉片的加工制造中。PowerMill具有強大的五軸編程功能，當(dāng)應(yīng)用多軸加工時，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，定義仿真坐標系、刀具運動軌跡和機床運動。
現(xiàn)在國內(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。加工時首先用刀具側(cè)刃加工最外邊的一片，然后不斷的進退刀，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)濟性和加工可行性要選用合理的加工工藝參數(shù)。在加工過程中要依據(jù)先粗后精、先主后次的工藝原則。葉片的加工分為三個階段:粗加工，半精加工和精加工。應(yīng)用五軸機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。
在葉片加工的過程中由于薄壁部分容易在加工時產(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，改變了切削成形機理和去除機理，降低切削力，減小了變形。采用輔助機械增加剛性，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，對五軸加工的高速切削參數(shù)、工藝參數(shù)等進行實際研究，優(yōu)化高速切削參數(shù)，選用合理地加工工藝進行切削加工。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對葉片進行建模，葉片所材料為鋁合金。首先對一個風(fēng)扇的葉片進行實際測繪，根據(jù)測繪的結(jié)果應(yīng)用CATIA對風(fēng)扇進行三維實體建模，然后應(yīng)用PowerMill進行仿真加工。為了讓后續(xù)的加工工作能過順利的進行，所以應(yīng)用CATIA建模的質(zhì)量是十分重要的環(huán)節(jié)。如果在造型過程中，葉片的曲面曲率不連續(xù)，出現(xiàn)了尖點，在加工過程中就會出現(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，就會產(chǎn)生急劇變化的刀具軌跡，加大了刀具對工件的沖擊，也會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。
刀具后角的選取會影響刀具剛度。由于在加工葉片時選用高速加工，高速切削時的進給速度很高，后角一定要選得大一些。增大后角有利于提高刀具壽命，但會降低刀刃剛度。為此，可采用雙倒棱后角，在增大后角的同時保證刀具剛度。
葉片加工過程中刃傾角影響了切屑流出的方向和各切削分力的大小。在高速銑削對鋁合金葉片進行加工時，推薦使用ls為20～25°。
走刀模式的選擇
根據(jù)加工軌跡的長度、加工時間、刀具軌跡的連續(xù)性、軌跡方向的一致性等因素，葉片在高速加工時應(yīng)盡量采用輪廓的切向進、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，在對葉片曲面進行加工時，刀具可以是2向垂直進、退刀，曲面法向的進、退刀，曲面正向與反向的進、退刀和斜向或螺旋式進、退刀等方式，在這些方式中，曲面的切向進、退刀或螺旋式進、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行葉片的高速銑削，銑削力、銑削溫度、表面粗糙度的三個參數(shù)的選擇經(jīng)驗如下：
切削力源于克服加工時葉片材料對彈性變形和塑性變形的抗力;
切削熱來源于切削過程的三個變形區(qū)，在這三個區(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程中的三個熱源;
表面粗糙度是評價葉片已加工表面質(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重要指標，是評價葉片加工的一個重要參數(shù)。通過切削試驗來研究高速銑削鋁合金時切削速度、進給量及其它因素對工件表面粗糙度的影響規(guī)律，從而優(yōu)化我們在葉片加工時選用的各個參數(shù)，達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、表面粗糙度三個方面來確定轉(zhuǎn)速、切消深度和進給量、步距等參數(shù)，在此不詳細論述。
4 結(jié)束語
筆者主要探討了高速加工在葉片加工中的實際應(yīng)用。加工葉片選用的材料為LF5和6063T6兩種鋁合金材料，借鑒了其它高速加工材料中對鋁合金的試驗參數(shù)和結(jié)論，針對鋁合金的葉片形狀，在零件加工時進行了深人的探討和研究。通過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)，在達到切削質(zhì)量的同時，提高了生產(chǎn)效率。
