某涡轮增压器叶轮的加工工艺分析
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面
向；余量放为 ０ ． ０ ５ ｍ ｍ，最 大步 长设 为 ０ ． １ ｍ ｍ；主 轴转速为 ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 。生成的刀轨图如图 ３所示 。
度。
叶片的粗精加工均使用多层铣削 的办法 ，减少单次进 给量 ； （ ３ ）选 用材 质较硬 的刀柄与 刀具 ，避 免在 加 工时产生让刀现象 ，尽量使其与设计形状 吻合 。在加 工 叶片的内弧面与外 弧面时 ，这 两处是 叶身曲率最大 的地方 ，而机床加 工时走刀选 用的是线性插补 ，必然 会产生非线性误差 。为满足 涡轮增压 器 的工作 性能 ，
来料一粗精加 工基 准一包覆 面开粗一粗 加工流道 一 粗加工 叶片一 半精加 工流道一半精 加工叶片一 半精 加工轮毂与叶片过渡面一 精加工流道一 精加工叶片一 精 加工轮毂与叶片过渡面一后 续处理 。 ２ ． ３ ． １ 重点子工序分析
针对上述加工方案存在 的问题 ，拟采用五轴联动 机 床加工此叶轮 ，在满 足叶轮设计要 求的基 础上 ，减
少 加工装夹工序 、生产 时间 ，以降低 生产成 本。 ２ 叶轮 的加 工工 艺分 析
由于该叶轮 的轮毂和叶片分别是 圆台形与复杂曲
面 ，因此 ，应 根 据不 同区域 进行 合理 的加工 工 艺分
析。
流道粗 、精加工 。比较三轴铣削后的毛坯与叶轮 模型 ，加工余量依然很大 ，但是 ，为半精加工去掉 大 量余量 的同时 ，设置参 数时需要考 虑两个 问题 ： （ １ ） 虽说采用大刀开粗 ，但刀具直径决不能大于流道之 间 的栅距 ； （ ２ ）所 选刀具 也不能 干涉到轮 毂与 叶片之
ｍ ｉ ｎ ；精 加 工 流 道 时 ， 采用 ６ ６ ｍ ｍ 的球头 刀 加工 。其 他 参 数 做 一
定 的 调 整 。 生 成 的 刀 轨 图如 图 ２所 示 。
图 ２ 流道粗加工刀轨 图
尖点发生震动 ，装短时刀轴与工件易发生干涉 。
２ ． ２ 叶 片的 工 艺分析 由于该叶轮的叶片形状为扭 曲的变截面 ，从包覆
１ ． ２ 优 化 后 工 艺 方 案
（ ３ ） 在叶片 的粗 、精 加 工 时 ，均采 用 多层 切 模式 ，并依次降低单次进给量 。
（ ４ ）在 叶 片 精 加 工 后 ，将 叶 身 表 面 余 量 放 为
０ ． ０ ５ ｍ ｍ，为下一工序抛光做准备 。
２ ． ３ 叶轮加 工的工 艺流程
到对叶片支撑作用 ，可以防止在粗加工 时走 型 ； （ ２ ）
（ ３ ）叶身 的最大壁厚为 ０ ． ５ ｍ ｍ。
根据典 型零件 的加工 工艺方 法 ，具 体采用 以下措
施：
（ １ ）根 据毛 坯材料 的硬度 值 为 Ｈ Ｖ ４ １ ０ ，叶身部 位首 先采用 ６ ６ ｍ ｍ硬 质合金 的球 头刀 加工 ，在 加 工 到叶片前缘的翻边处时 ，刀轴矢量变化非常明显 ，所 以应采用 动态 速 度优 化进 给 速度 ，同时 降低 旋转 速
曲面 到叶跟底部也是带有弯 曲 ，因此在加工此 叶片时
应注 意以下 几方 面问题 ：
（ １ ） 叶 片 翻 边 处 ，刀 轴 矢 量 变 化 急 剧 ；
（ ２ ）加工 内弧 面时 ，注意刀 轴 与相 邻 叶片是 否
发 生 干涉 ；
叶片粗 、精加工 。由于叶轮 的叶片属于薄壁片体 型零 件 ，所 以加工时极其 容易产生形变 。为避免此现 象的发生 ，可 以采取 以下 一系列 措施 ： （ １ ） 在粗 加 工非第一流道时 ，采用在 已加工流道处填充物质 ，起
・
５ ２・
机 床 与 液 压
第４ ｌ 卷
旋转运 动 ，因此 ，对 其工作性 能要 求较 高 ，制造 叶轮 的传统方法一般为铸造成型 、再经过打磨 、抛光等工 序 。但是 ，传统 的制造方法生产效率 比较低且很难保 证 叶片 、流道 的强度 与精度 ，进 而导致 叶轮在 高速旋 转时动平衡性较差 ，影响涡轮增压器 的工作效率 。
（ ２ ）流道精加 工 。与上 工 序位 置相 同 ，但 由于 加 工到流道 底层 ，整个 流 道顶 部狭 窄 、底 部 呈放 射
面 ，且考 虑与叶片过渡 处 的圆角 ，所 以在精加 工 时 ， 应 严格考虑用刀的大小问题以及装刀长短 。装长时刀
邻的叶片设 为干涉 面 ； 主轴 转 速 为 ５ ０ ０ ０ ｒ ／
采用 曲率差值法解决此 问题 。叶根部是圆台形轮毂
与叶片相连处 ，其 根部 圆角为 昭 ，所 以采 用 ６ ６ ｍ ｍ 镶 刀片的球 头刀铣削 ，保证其加工到位 。其他参数如 下 ：每层 的背 吃 刀量 ｏ 为 ０ ． １ Ｉ Ｔ Ｉ ｌ ｎ ；切 削 模 式 为 单
（ ２ ）在 曲率变化 急剧 的部 位 ，将 刀轴 的最大 摆 角加 大 ，且 将 两 侧 未 加 工 的 叶 片 设 置 为 干 涉 检 查
问的圆角 。考虑 以上依据 ，选用 ４ ， １ ｏ ｍ ｍ 的整体式硬 质合金 的球 头刀 进行 加工 ，每层 的背 吃 刀量 ｏ 为 ｌ
２ ． １ 流 道 的 工 艺 分 析
观察叶轮模型 ，该叶轮的叶片与轮毂的交接部位
的两弧形 面属于光滑过渡连接 ，因此 ，可直接采用 球头刀进行清根处理 。为满足流道设计要求 ，在制定 加工方案 时应 注意以下 几个 问题 ： （ １ ）流道粗加 工 。此 部 位 为 内凹 圆 台面 ，在 加 工时可直接采用镶 刀片的球头 刀加工 ，毛坯 为实体棒 料 ，根据 与设计模 型相 比较加 工余量 大 ，所 以采用分
层切削 ，利用往复上升模式加工 ；
ｍ ｍ；驱 动方式 选择 曲面驱 动 ，将最 大残 留高度 设 为 ０ ． ２ ｍ ｍ；为精加工将 叶片与 叶毂 的余量放为 ０ ． ２ ｍ ｍ；
为避 免 刀 轴 与 工 件 发 生干 涉 ，将 刀 轴 的 最 大摆角设为 １ ５ 。 及把 相
向；余量放为 ０ ． ０ ５ ｍ ｍ，最 大步 长设 为 ０ ． １ ｍ ｍ；主 轴转速为 ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 。生成的刀轨图如图 ３所示 。
度。
叶片的粗精加工均使用多层铣削 的办法 ，减少单次进 给量 ； （ ３ ）选 用材 质较硬 的刀柄与 刀具 ，避 免在 加 工时产生让刀现象 ，尽量使其与设计形状 吻合 。在加 工 叶片的内弧面与外 弧面时 ，这 两处是 叶身曲率最大 的地方 ，而机床加 工时走刀选 用的是线性插补 ，必然 会产生非线性误差 。为满足 涡轮增压 器 的工作 性能 ，
来料一粗精加 工基 准一包覆 面开粗一粗 加工流道 一 粗加工 叶片一 半精加 工流道一半精 加工叶片一 半精 加工轮毂与叶片过渡面一 精加工流道一 精加工叶片一 精 加工轮毂与叶片过渡面一后 续处理 。 ２ ． ３ ． １ 重点子工序分析
针对上述加工方案存在 的问题 ，拟采用五轴联动 机 床加工此叶轮 ，在满 足叶轮设计要 求的基 础上 ，减
少 加工装夹工序 、生产 时间 ，以降低 生产成 本。 ２ 叶轮 的加 工工 艺分 析
由于该叶轮 的轮毂和叶片分别是 圆台形与复杂曲
面 ，因此 ，应 根 据不 同区域 进行 合理 的加工 工 艺分
析。
流道粗 、精加工 。比较三轴铣削后的毛坯与叶轮 模型 ，加工余量依然很大 ，但是 ，为半精加工去掉 大 量余量 的同时 ，设置参 数时需要考 虑两个 问题 ： （ １ ） 虽说采用大刀开粗 ，但刀具直径决不能大于流道之 间 的栅距 ； （ ２ ）所 选刀具 也不能 干涉到轮 毂与 叶片之
ｍ ｉ ｎ ；精 加 工 流 道 时 ， 采用 ６ ６ ｍ ｍ 的球头 刀 加工 。其 他 参 数 做 一
定 的 调 整 。 生 成 的 刀 轨 图如 图 ２所 示 。
图 ２ 流道粗加工刀轨 图
尖点发生震动 ，装短时刀轴与工件易发生干涉 。
２ ． ２ 叶 片的 工 艺分析 由于该叶轮的叶片形状为扭 曲的变截面 ，从包覆
１ ． ２ 优 化 后 工 艺 方 案
（ ３ ） 在叶片 的粗 、精 加 工 时 ，均采 用 多层 切 模式 ，并依次降低单次进给量 。
（ ４ ）在 叶 片 精 加 工 后 ，将 叶 身 表 面 余 量 放 为
０ ． ０ ５ ｍ ｍ，为下一工序抛光做准备 。
２ ． ３ 叶轮加 工的工 艺流程
到对叶片支撑作用 ，可以防止在粗加工 时走 型 ； （ ２ ）
（ ３ ）叶身 的最大壁厚为 ０ ． ５ ｍ ｍ。
根据典 型零件 的加工 工艺方 法 ，具 体采用 以下措
施：
（ １ ）根 据毛 坯材料 的硬度 值 为 Ｈ Ｖ ４ １ ０ ，叶身部 位首 先采用 ６ ６ ｍ ｍ硬 质合金 的球 头刀 加工 ，在 加 工 到叶片前缘的翻边处时 ，刀轴矢量变化非常明显 ，所 以应采用 动态 速 度优 化进 给 速度 ，同时 降低 旋转 速
曲面 到叶跟底部也是带有弯 曲 ，因此在加工此 叶片时
应注 意以下 几方 面问题 ：
（ １ ） 叶 片 翻 边 处 ，刀 轴 矢 量 变 化 急 剧 ；
（ ２ ）加工 内弧 面时 ，注意刀 轴 与相 邻 叶片是 否
发 生 干涉 ；
叶片粗 、精加工 。由于叶轮 的叶片属于薄壁片体 型零 件 ，所 以加工时极其 容易产生形变 。为避免此现 象的发生 ，可 以采取 以下 一系列 措施 ： （ １ ） 在粗 加 工非第一流道时 ，采用在 已加工流道处填充物质 ，起
・
５ ２・
机 床 与 液 压
第４ ｌ 卷
旋转运 动 ，因此 ，对 其工作性 能要 求较 高 ，制造 叶轮 的传统方法一般为铸造成型 、再经过打磨 、抛光等工 序 。但是 ，传统 的制造方法生产效率 比较低且很难保 证 叶片 、流道 的强度 与精度 ，进 而导致 叶轮在 高速旋 转时动平衡性较差 ，影响涡轮增压器 的工作效率 。
（ ２ ）流道精加 工 。与上 工 序位 置相 同 ，但 由于 加 工到流道 底层 ，整个 流 道顶 部狭 窄 、底 部 呈放 射
面 ，且考 虑与叶片过渡 处 的圆角 ，所 以在精加 工 时 ， 应 严格考虑用刀的大小问题以及装刀长短 。装长时刀
邻的叶片设 为干涉 面 ； 主轴 转 速 为 ５ ０ ０ ０ ｒ ／
采用 曲率差值法解决此 问题 。叶根部是圆台形轮毂
与叶片相连处 ，其 根部 圆角为 昭 ，所 以采 用 ６ ６ ｍ ｍ 镶 刀片的球 头刀铣削 ，保证其加工到位 。其他参数如 下 ：每层 的背 吃 刀量 ｏ 为 ０ ． １ Ｉ Ｔ Ｉ ｌ ｎ ；切 削 模 式 为 单
（ ２ ）在 曲率变化 急剧 的部 位 ，将 刀轴 的最大 摆 角加 大 ，且 将 两 侧 未 加 工 的 叶 片 设 置 为 干 涉 检 查
问的圆角 。考虑 以上依据 ，选用 ４ ， １ ｏ ｍ ｍ 的整体式硬 质合金 的球 头刀 进行 加工 ，每层 的背 吃 刀量 ｏ 为 ｌ
２ ． １ 流 道 的 工 艺 分 析
观察叶轮模型 ，该叶轮的叶片与轮毂的交接部位
的两弧形 面属于光滑过渡连接 ，因此 ，可直接采用 球头刀进行清根处理 。为满足流道设计要求 ，在制定 加工方案 时应 注意以下 几个 问题 ： （ １ ）流道粗加 工 。此 部 位 为 内凹 圆 台面 ，在 加 工时可直接采用镶 刀片的球头 刀加工 ，毛坯 为实体棒 料 ，根据 与设计模 型相 比较加 工余量 大 ，所 以采用分
层切削 ，利用往复上升模式加工 ；
ｍ ｍ；驱 动方式 选择 曲面驱 动 ，将最 大残 留高度 设 为 ０ ． ２ ｍ ｍ；为精加工将 叶片与 叶毂 的余量放为 ０ ． ２ ｍ ｍ；
为避 免 刀 轴 与 工 件 发 生干 涉 ，将 刀 轴 的 最 大摆角设为 １ ５ 。 及把 相