前言

　　抽水蓄能項目技術含量高，模型試驗是核心技術的體現，而模型的核心部件就是泵輪。通過加工多臺模型泵輪，探索出了加工模型泵輪的編程加工工藝新思路，保證產品質量的同時，提高了加工的效率，積累了經驗。

1泵輪的結構特點

　　泵輪是由上冠、葉片、下環(huán)三部分組成。其中葉片的彎曲度較大，曲率變化相應也增大。葉片含有上冠的一部分，在上冠相應的位置開槽。葉片嵌入上冠完成葉片與上冠的裝配和定位。葉片下環(huán)部位三維空間鉆孔和下環(huán)裝配，完成泵輪的整體裝配。

2 泵輪的加工

　2.1 泵輪各部分的加工精度

　　葉片加工精度控制在0.003mm，上冠部分和上冠托盤的配合精度為0．01mm，是緊配合。葉片上冠部分的孔和上冠托盤孔配合，葉片下環(huán)部分孔和下環(huán)配合。本身模型精度高，配合部位又多，甚至于數據轉換的默認精度都要影響總體的裝配。各配合部分的加工精度十分關鍵。

　　2.2 鑄造模型的加工

　　2.2.1 早期的鑄造葉片模型加工工藝

　　鑄造模型的編程，傳統上只是給出6mm余量的流線方向走刀程序，完全由操作者自己控制加工的余量。刀路程序只有一個精加工，進退刀較多，非切削時間長，操作者手工操作時間多，邊緣的控制不精確，要求操作者有豐富經驗。

　　2.2.2 鑄造模型葉片加工的新工藝

　　葉片毛坯是一塊方料，完全由操作者依據加工的經驗用一個程序來相互借用余量加工，效率必然不高。在加工的時間和余量上沒有辦法準確控制，而是依靠操作者的經驗控制。解決這個問題要從編程方法上改進，從只給出一個程序的編程方式改變?yōu)殚_荒、開粗、一次開粗、二次開粗、半精、精加工的多段程序，減少操作者的手工操作時間。鑄造模型的加工特點是盡快將毛坯方料加工成余量6mm的葉片鑄造模型，精度要求不是很高。依據這個特點，在編程時，首先將毛坯的實體數學模型在計算機中虛擬構造出來，為加工編程的開粗和二次開粗提供Blank部件。數控編程時，考慮到刀具的行程限制，可以設定虛擬零點保證一次裝夾加工完成。生成的刀路則可以依據Blank來減少進退刀路和不必要的空行程。開粗采用層切方式，快速去除余量，不必計較進退刀路，因為毛坯本身是方料，與葉片的形狀差別較大，而且，開粗的目的是快速去量，進給速度很快，在加工的精度要求不高時，只要達到目的就可以。二次開粗采用區(qū)域加工編程的方式，在開粗的基礎上加工，盡量減少進退刀路，提高加工效率。對于鑄造模型，二次開粗的加工精度就可以滿足技術要求。

　　2.2.3 鑄造葉片模型加工新工藝方法的分析

　　采用新的加工方法，機床開粗的加工時間是05h30m 60s Cutting l 00h 07m 23s Non Cutting|05h 37m29s Total，二次開粗的力D-r_時間是00h 25m 31s Cutting／00h 00m 01s Non Cutting／00h 25m 32s Total。進給量以1000mmpm為參考(實際加工中進給量至少是2000mmpm)。數控機床上的加工時間是5h25min，中間不必操作者進行手工操作調整，刀路控制的每一層刀路加工余量均勻，不會出現加工余量突變而發(fā)生碰撞的情況。機床一直穩(wěn)定進給，很好地保護了機床和刀具。二次開粗的程序容量比開粗的容量大出近10倍，但是，中間的非切削時間幾乎沒有，而且，加工余量很少，加工實際時間只用了25min，開粗時間是5h30min，加工效率很高。比早期手工調整加工提高效率2倍以上，時間統計準確，提高生產安排的計劃性。

　　2.3 葉片的精加工

　　2.3.1 早期流線方向加工

　　流線驅動方法根據選中的幾何體來構建隱式驅動曲面。流線使用戶可以靈活地創(chuàng)建刀軌。規(guī)則面柵格無需進行整齊排列。

　　葉片精加工的編程，傳統上也是給出最終的刀路，是沿葉片流道方向進給。

　　這種刀路進退刀路很多，非切削時間較長。進出水邊寬度相差較大，造成進水邊刀路很密，出水邊刀路卻很稀少，每一個刀路的加工量不均勻，降低了加工表面質量，切削力也有變化，會造成加工葉片的變形。

　　2.3.2 新數控加工工藝的優(yōu)化

　　這里采用了固定軸輪廓銑方式，封閉輪廓的刀路，保證刀路的均勻，避免出現葉片進水邊刀路過密而出水邊刀路又過稀疏的問題。這種刀路進退刀路很少，非切削時間很少。水平方向刀路，進出邊的刀路都均勻，切削余量均勻，加工表面質量好，葉片受力均勻，不易產生變形

　　固定軸輪廓銑操作通常用于由成型幾何體形成的精加工區(qū)域。固定軸輪廓銑的刀具路徑可以通過刀具軸的控制、投影矢量和驅動模式等在復雜輪廓表面上生產。

　　優(yōu)化前：05h 07m 16s Cutting／00h 04m 36s NonCutting／05h llm 52s Total

　　優(yōu)化后：01h 59m 35s Cutting／00h 01m 04s NonCutting／02h 00m 39s Total。

　　優(yōu)化后的刀路提高效率62.123％，效果明顯。

　　2.3.3 優(yōu)化刀路的實際效果

　　在實際加工中，由于操作者還不適應這種方式，加工的效率并沒有達到理想的數字，只是提高了30~40％左右，沒有理論計算上的高。經過多臺的加工，逐步地提高效率，可以提高加工效率60％左右，效果已經很可觀了。在實際加工過程中，刀具在上冠和葉片本體過渡處、葉片本體和夾持部分的過渡處有切削量突然增大的現象，這是因為機床在高速運動過程中轉向時有滯后，會刮到側面而造成切削量過大的現象。為了克服這個問題，改變了半精、精加工的刀路，是從外向內的加工刀路，這種改變直接克服了切削量突然增大的問題，刀路是隨型方式，進一步提高了刀路的均勻型，加工精度得到進一步的提高。

　　上冠毛坯進行高速粗加工去量，進退刀較多，我們通過優(yōu)化切削速度，減少進退刀路的跨越高度來提高效率。新刀路減少了進退刀路的距離，同時增加預進入／預退出的速度控制，保證刀路的安全，提高刀路的效率。

　　優(yōu)化前：03h 36m 17s Cutting／02h 17m 25s NonCutting|05h 53m 42s Total

　　優(yōu)化后：03h 36m 26s Cutting／00h 01m lgs NonCutting|03h 37m 44s Total

　　可以提高效率37.93％，效果明顯。同時也增加了刀具發(fā)生碰撞的概率，這就要求鑄造的質量要好，不能有突起物、硬質點、沙眼等問題。

　　2.4 模擬仿真

　　葉片精加工仿真、理論模型、實際加工葉片的比較。葉片精加工仿真刀路的計算機仿真結果標識，從圖中可以看出，合格部位是中間淺色區(qū)域，公差在0.01的范圍內，與編程加工所設定的公差范圍一致。

3 結論

　　理論模型是片體而不是實體，在數學描述上，片體是沒有厚度的曲面，其法向具有兩面性，邊界條件也不確定。數控編程時，求分模線困難，邊界條件不好控制，經常出現過切的現象，通過顯示曲面的各點的法向矢量或對曲面進行斑馬線檢測，就會發(fā)現并不光順。實體模型則是具有面積和體積的物體，其邊界條件是確定的，分模線位置也很確定。這次編程采用的是區(qū)域切削方法，將所有曲面進行拓撲操作，保證了曲面法向的一致性，按照實體模式來編程加工，區(qū)域切削會自動判斷出分模線的位置，并控制好邊界條件是相切的約束，不會出現過切現象。選擇的Part部件控制拓撲關系，利用Face部件的加工余量可以設置不同值，來實現自動過渡各個part之間的區(qū)域。零件余量是加工后零件上剩余材料的厚度，底面余量是零件底面剩余材料的厚度，坯料余量定義了被加工零件表面留有坯料的距離尺寸值，該參數值即為生成的加工軌跡距坯料表面的距離。

　　流線加工的每一刀加工余量都不均勻，工件表面質量差，受力情況也在變化，工件同意變形。分模線處進退刀路較多，容易發(fā)生過切現象。采用固定軸輪廓區(qū)域加工的刀路很均勻，保證加工余量是均勻的，工件的受力也相對均勻，保護了機床和刀具。從加工完成的工件看，刀紋均勻，表面質量好。各部件的過渡處要單獨加工進行清根，可以減少刀路到部件過渡處出現切削碰壁的現象，還可以精確加工過渡部分，形成很精細光滑的過渡。

　　對抽水蓄能機組模型的核心部件泵輪的，采用固定軸輪廓加工，封閉輪廓控制切削范圍，具有明顯優(yōu)越性，在保證精度的情況下，大幅提高了加工效率。