整體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(kōng)航天、石油化工(gōng)、冶金(jīn)等行業中均有廣泛的應用(yòng)，是具有代表性的，且造型比較規範的、典型的通道(dào)類複雜(zá)零件。其型面的加工(gōng)手段、加工(gōng)精度和(hé)加工(gōng)表面質量直接影響發動機的空(kōng)氣動力性能(néng)和(hé)機械效率，對(duì)發動機性能(néng)有決定性的影響。整體葉輪因其曲面的複雜(zá)性和(hé)加工(gōng)精度高(gāo)，使其成爲典型的難加工(gōng)零件。随着市場對(duì)渦輪發動機的需求越來(lái)越大(dà)，實現(xiàn)整體葉輪的高(gāo)效加工(gōng)也(yě)愈發必要。目前整體葉輪常見的材料有鋁合金(jīn)、钛合金(jīn)、不鏽鋼等。葉輪加工(gōng)的複雜(zá)性主要在于葉片的曲面造型很(hěn)複雜(zá)，五軸數控銑削加工(gōng)柔性好(hǎo),加工(gōng)效率高(gāo),适用(yòng)廣泛,是整體葉輪加工(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(shàng)加工(gōng)時(shí)通常采用(yòng)兩類方法,分别爲點銑法和(hé)側銑法。由于整體葉輪的形狀比較複雜(zá)，葉片的扭曲大(dà)，加工(gōng)極易發生幹涉，因此其加工(gōng)的難點在流道(dào)、葉片的粗、精加工(gōng)。在整體葉輪的數控加工(gōng)過程中，爲了(le)盡量減少由于刀(dāo)具引起的過切和(hé)幹涉，且在加工(gōng)較窄流道(dào)時(shí)刀(dāo)具仍能(néng)有較好(hǎo)的剛性。

爲了(le)使葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用(yòng)大(dà)扭角、根部變圓角的結構，這(zhè)給葉輪的加工(gōng)提出了(le)更高(gāo)的要求。整體葉輪加工(gōng)技術要求包括尺寸、形狀、位置和(hé)表面粗糙度等幾何方面的要求，也(yě)包括機械、物理(lǐ)和(hé)化學性能(néng)的要求。葉輪葉片必須具有良好(hǎo)的表面質量，精度一般集中在葉片表面輪毂的表面和(hé)葉根表面,表面粗糙度值應小(xiǎo)于Ra0.8μm。爲了(le)滿足上(shàng)述要求，整體葉輪在加工(gōng)過程中常會(huì)遇到(dào)以下(xià)幾種問題：①整體葉輪流道(dào)較窄，葉片相對(duì)較長，剛度較低(dī)，屬于薄壁類零件，加工(gōng)過程極易變形。在加工(gōng)過程中，由于自(zì)身結構和(hé)外(wài)部切削力的作(zuò)用(yòng)，流道(dào)的入口和(hé)葉片上(shàng)端會(huì)産生震紋。爲了(le)保證整體葉輪的表面質量，需要刀(dāo)具有足夠剛性、合适的鋒利程度還能(néng)有足夠的排屑空(kōng)間。②流道(dào)最窄處葉片深度遠遠超過刀(dāo)具直徑，相鄰葉片空(kōng)間極小(xiǎo)，在清角加工(gōng)時(shí)刀(dāo)具直徑較小(xiǎo)，刀(dāo)具容易折斷。③整體葉輪曲面爲自(zì)由曲面，流道(dào)窄，葉片扭曲比較嚴重，并且有明(míng)顯的後仰趨勢,加工(gōng)時(shí)極易産生幹涉，加工(gōng)難度較大(dà)。有些(xiē)葉輪由于有副葉片，爲了(le)避兔幹涉，要分段加工(gōng)曲面，因此，保證加工(gōng)表面的一緻性也(yě)有困難。④考慮到(dào)整體葉輪在實際工(gōng)作(zuò)中高(gāo)速旋轉，轉速達10000-50000轉，要防止震動并降低(dī)噪聲，既要節約加工(gōng)節拍(pāi)，又要保證切削的平穩性和(hé)對(duì)稱性。

要求

葉輪加工(gōng)對(duì)加工(gōng)工(gōng)具的要求主要在：

1.避幹涉性能(néng)好(hǎo)

2.剛性好(hǎo)，不振刀(dāo)，不掉刀(dāo) 

問題

在五軸加工(gōng)中心上(shàng)對(duì)葉輪進行銑削加工(gōng)時(shí)，主要需要改善以下(xià)幾個問題：

1.切削效率低(dī)，無法提高(gāo)切削效率；

2.振刀(dāo)，在加工(gōng)過程中，由于動态切削受力不均，極易産生振刀(dāo)現(xiàn)象；

3.掉刀(dāo)，在加工(gōng)過程中，會(huì)出現(xiàn)刀(dāo)具被不知(zhī)不覺拔出的現(xiàn)象，從(cóng)而會(huì)造成過度銑削，導緻零件報(bào)廢。

目前在整體葉輪加工(gōng)領域，熱裝刀(dāo)柄以其顯著的避幹涉優勢獲得使用(yòng)者青睐。然而因爲熱裝刀(dāo)柄自(zì)身結構過剛，無法減少或消除加工(gōng)中産生的振動；且随着使用(yòng)時(shí)間增加，刀(dāo)柄本身夾持力會(huì)逐漸減小(xiǎo)，因而産生掉刀(dāo)現(xiàn)象使得零件質量無法合格。正是由于夾持的不穩定性，切削參數很(hěn)難提高(gāo)，切削效率受到(dào)桎梏。

思路

APC刀(dāo)柄因其蝸杆驅動式機械結構而具有超強的夾持力以及優越的抗振性能(néng)。同時(shí)它的避幹涉性能(néng)不輸于熱裝刀(dāo)柄。通過使用(yòng)APC刀(dāo)柄解決掉刀(dāo)隐患，改善加工(gōng)質量，同時(shí)提高(gāo)加工(gōng)效率，縮短加工(gōng)時(shí)間，提高(gāo)産能(néng)，是整體葉輪加工(gōng)領域工(gōng)藝優化的新思路。

夾持直徑範圍：

夾持直徑範圍：2-14mm或2-20mm

總長度 120 mm 

(以HSK63 + BT40爲例,A爲主軸端至刀(dāo)柄前端)

可配置帶銷夾緊套，

絕對(duì)安全可靠4.5°極小(xiǎo)錐度

精度高(gāo)、阻尼性能(néng)好(hǎo)

理(lǐ)想的力矩傳遞

刀(dāo)具内部冷卻液壓力高(gāo)

100bar時(shí)依然100%無冷卻液洩漏

可通過增加外(wài)部冷卻設備以達到(dào)沖洗效果

實驗對(duì)比

機      床：某國産五軸加工(gōng)中心

刀(dāo)      具：16mm硬質合金(jīn)銑刀(dāo)

冷卻方式：外(wài)部冷卻

工(gōng)件材料：钛合金(jīn)F300

熱裝刀(dāo)柄 VS 蝸杆驅動式APC刀(dāo)柄

用(yòng)熱縮刀(dāo)柄夾持直徑爲16mm的硬質合金(jīn)銑刀(dāo)，在五軸加工(gōng)中心上(shàng)做動态銑削，冷卻方式爲外(wài)冷。一個标準産品九個葉片，每個葉片加工(gōng)耗時(shí)約85分鐘(zhōng)，九個葉片約加工(gōng)765分鐘(zhōng)，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(xià)，用(yòng)APC刀(dāo)柄去代替原本使用(yòng)的熱裝刀(dāo)柄，并且提高(gāo)切削參數，以達到(dào)提高(gāo)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(gāo)近38%，刀(dāo)具損耗并無明(míng)顯變化。

2. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，無掉刀(dāo)現(xiàn)象發生。

3. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，在提高(gāo)加工(gōng)參數的狀況下(xià)，振動也(yě)得到(dào)明(míng)顯減弱。