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数控插铣二元叶轮的工艺方法 摘要关键词Manufacturing Method of Two-dimensional Impeller with Numerical-controlled Slot Milling Abstract: A high-efficient numerical-controlled machining method for major diameter deep flow channel two-dimensional impeller—slotting method is introduced, and its advantage and disadvantage are pointed out. The selection, cutting path and programming of cutting tools is explained. Key words: Centrifugal blower Numerical-controlled Impeller Slot Milling  1 引言 通常，工件（包括铣制叶轮）的加工基本上都采取横向走刀的铣制方法。某产品，其叶轮直径为1000mm，叶片数为15枚均布，为二元流叶轮，流道较宽且深，最浅处约70mm，最深处达105mm。叶轮毛坯为锻件，加工时最大的工作量是去除流道中的材料。提高此种叶轮加工效率的最好方法，就是以最快的速度进行流道粗加工。因此，使用一种高效数控方法——插铣。 2 插铣方法的优缺点 插铣时，由于铣刀的进给方向为刀轴方向，刀具的主要受力方向也是刀轴方向。所以此种加工方法对刀具抗弯折刚性的要求低，适于切深大、余量大而刀具直径相对较小（长径比大，大直径刀具使用受限制）情况下工件的粗加工。使用此加工方法粗加工，工件材料的去除率高，所以加工效率也很高，且可避免机床的振动损伤。然而，此方法并不适于工件的精加工。因精加工时材料去除率要求并不高，而表面粗糙度却要求很高，刀具受力也不大，而进给速度很快，刀具路径很密。如用这种方法，效率反而很低。 3 插铣所用刀具及走刀方法 3.1 插铣所用刀具 插铣所用刀具一般选用直径为Φ20～Φ50的镶齿端铣刀。如图1所示。图中ap为刀片可切削宽度。图1a为整体刀杆，通常直径较小，刀片数较少，适合机床功率较小或一般工件余量的情况；图1b为分体式刀杆，通常直径较大，刀片数较多，适合于机床功率较大或工件余量很大的情况。此类刀具适合轴向切削，刀片可换， 刀杆可反复使用，以节省刀具成本。因为是粗加工，刀片一般选择强度较高的厚刀片，且切削刃较宽，可以达到较高的材料去除率。应注意的是，由于是粗加工，通常要求机床要有足够的强度和刚性；因为是轴向切削，而此类刀具刀轴中心部位无切削刃，所以吃刀宽度不能太宽（不可超过ap值）。 （a） （b） 图1 插铣刀示意图 3.2 插铣的走刀方法 工件进行插铣加工时，先将工件找正并紧压在工作台上，从工件要加工部位的边缘处开始切削。每一刀一直插铣到工件底部（底部留有精加工余量）后，轴向抬刀，径向进刀一个步距（即ap），再进行第二刀插铣……直至粗加工完成。每一刀插铣的位置在俯视图上为一个坐标点，所有的坐标点按照顺序连接起来，即为走刀轨迹。如图2为某叶轮流道插铣加工时的走刀轨迹曲线（俯视图）。其中白色圆形为插铣刀。 图2 插铣刀具轨迹示意图 3.3 插铣的加工过程 插铣时，刀具的横向步进以快速走刀方式进行，而在轴向走刀时，是以正常切削进给速度走刀的。在正常切削走刀之前，以快速进给速度接近工件加工表面。图3即为某叶轮流道粗加工时刀具的上下运动过程；图4为其三维实体模拟图。 图3 叶轮流道插铣刀具轨迹示意图 图4 叶轮流道插铣三维实体模拟图 4 插铣编程问题的解决 插铣加工从切削原理上不难理解。其难点在于如何编程，如何正确地找到刀具插铣的轨迹位置。因为插铣时刀具轨迹较为复杂，生成的机床程序也较长（一般在几千行），手工计算也费工费时。所以通常要借助于编程软件。 目前流行的数控编程软件很多。常用的有MasterCAM、UG、ProE等。下面以MasterCAM软件编程为例简单介绍插铣的编程方法。 首先进行工件加工区域的三维造型。造型完成后，确定好刀具及加工的各种参数，生成普通加工方法的刀具轨迹曲线。如图2中的曲线。此曲线以机床程序的形式体现出刀具所有加工位置的二维坐标数据。在此曲线中，工件的加工部位、刀具的步距等均已确定。然后依据此曲线，再确定好抬刀的安全高度和切削深度等，这样即可做出工件插铣加工的机床程序。