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(辽宁省劳动经济学校机械系，辽宁 沈阳 110045)
摘要：叶片的高速五轴铣削是高速切削技术的一个典型应用，切削参数的优化是关系到加工效率和加工经济性的重要环节。笔者通过借鉴两种铝合金材料的试验数据来优化高速铣削参数，以提高叶片的加工质量和效率。
关键词：叶片；高速五轴铣削；PowerMill；铝合金；切削参数
由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高，技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。先进的数控技术在当代机械制造业中占有极其重要的地位，也是柔性制造技术的基础。笔者应用CATIA对叶片进行测绘和实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，然后根据加工叶片的材料特点，选择合理的刀具进行加工。根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略，走刀路径，进退刀方式。根据两种材料的切削力，切削热和切削表面粗糙度，选择合理的切削参数，最后应用PowerMill软件进行仿真加工。
1选用PowerMill进行五轴加工的优势
叶片加工过程中应用五轴进行加工，可以减少装夹次数，保证了定位精度，可以有效的提高叶片的表面粗糙度，五轴加工已经越来越多的被应用到叶片的加工制造中。PowerMill具有强大的五轴编程功能，当应用多轴加工时，可以方便的检查刀具路径是否相互干涉，使PowerMill的五轴加工更符合工艺要求。在加工模拟环节，机床加工环境仿真完全集成到PowerMill环境内部，可以有效地控制路径仿真速度，定义仿真坐标系、刀具运动轨迹和机床运动。
现在国内效率较高的叶片加工方法是分片侧铣法。分片侧铣是指把叶片按加工特征和工艺分成若干片，用侧铣的方法加工叶片。加工时首先用刀具侧刃加工最外边的一片，然后不断的进退刀，加工相邻的分片。理论上分片越多，叶片与刀具的接触线越短，加工精度就越高。
2 叶片加工工艺及防变形方法
为了保证叶片的加工质量、生产率、经济性和加工可行性要选用合理的加工工艺参数。在加工过程中要依据先粗后精、先主后次的工艺原则。叶片的加工分为三个阶段：粗加工，半精加工和精加工。应用五轴机床在一次定位后就可以完成上述的加工，而且应用高速加工也省去了最后钳工修整的工序。
在叶片加工的过程中由于薄壁部分容易在加工时产生变形。应用高速铣削能够有效的降低叶片弹塑性变形，提高切削速度，降低切削区域温度，改变了切削成形机理和去除机理，降低切削力，减小了变形。采用辅助机械增加刚性，在叶片弹性变形较大区域填充松香、石膏、蜡，或增加支撑杆，能够将弹性变形控制在一定范围内。先加工刚性薄弱的叶尖部位，后加工叶根部位。降低精加工切削量，使用锋利的刀具，再应用五轴高速数控机床。这样可以有效的减小叶片的加工的变形。
叶片的加工以高速切削理论为依据、应用五轴高速铣削加工中心，对五轴加工的高速切削参数、工艺参数等进行实际研究，优化高速切削参数，选用合理的加工工艺进行切削加工。下面介绍参数的优化和选择。
3相关参数的优化选择
3.1建模
笔者应用CATIA对叶片进行建模，叶片所应用的材料为铝合金。首先对一个风扇的叶片进行实际测绘，根据测绘的结果应用CATIA对风扇进行三维实体建模，然后应用PowerMill进行仿真加工。为了让后续的加工工作能过顺利的进行，所以应用CATIA建模的质量是十分重要的环节。如果在造型过程中，叶片的曲面曲率不连续，出现了尖点，在加工过程中就会出现掉刀或跳刀的现象，影响到叶片的表面的加工精度。如果在叶片造型中，叶片曲面的曲率变化剧烈，就会产生急剧变化的刀具轨迹，加大了刀具对工件的冲击，也会降低叶片表面的加工质量。
3.2 高速切削铝合金叶片的刀具几何参数
前角不能太小，否则增大了切削变形和摩擦力，为此一般推荐使用Yo为12º左右。
刀具后角的选取会影响刀具刚度。由于在加工叶片时选用高速加工，高速切削时的进给速度很高，后角一定要选得大一些。增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。为此，可采用双倒棱后角，在增大后角的同时保证刀具刚度。
叶片加工过程中刃倾角影响了切屑流出的方向和各切削分力的大小。在高速铣削对铝合金叶片进行加工时，推荐使用λs为20º—25 º。
叶片加工过程中刀具选择是非常重要的环节，本例经综合考虑选择 mm的球头刀。
3.3 走刀模式的选择
根据加工轨迹的长度、加工时间 、刀具轨迹的连续性、轨迹方向的一致性等因素，叶片在高速加工时应尽量采用轮廓的切向进、退刀方式以保证刀路轨迹的平滑，保证叶片曲面的加工质量，在对叶片曲面进行加工时，刀具可以是Z向垂直进、退刀，曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等方式，在这些方式中，曲面的切向进、退刀或螺旋式进、退刀更有利于高速加工，如下图1.2所示。
图1 切向进、退刀 图2 螺旋进、退刀
3.4叶片加工的铣削力，铣削温度，表面粗糙度
本例应用LF5和6063T6两种铝合金材料进行叶片的高速铣削，上面的三个参数的选择经验如下：
（1)切削力源于克服加工时叶片材料对弹性变形和塑性变形的抗力；
（2)切削热来源于切削过程的三个变形区，在这三个区域内材料的塑性变形和摩擦力所做的功，绝大部分都要转变成热量，所以他们也就是切削过程中的三个热源；
（3）表面粗糙度是评价叶片已加工表面质量的最主要参数，是反映叶片表面微观几何形状误差的一个重要指标，是评价叶片加工的一个重要参数。通过切削试验来研究高速铣削铝合金时切削速度、进给量及其它因素对工件表面粗糙度的影响规律，从而优化我们在叶片加工时选用的各个参数，达到我们所需要的表面粗糙度要求。
此外，还要具体从铣削力、切削热、表面粗糙度三个方面来确定转速、切消深度和进给量、步距等参数，在此不详细论述。
4 结束语
笔者主要探讨了高速加工在叶片加工中的实际应用。加工叶片选用的材料为LF5和6063T6两种铝合金材料，借鉴了其它高速加工材料中对铝合金的试验参数和结论，针对铝合金的叶片形状，在零件加工时进行了深入的探讨和研究。通过选定的两种铝合金材料制作叶片，从切削力，切削热，切削的表面质量等方面考虑，优化切削参数，使叶片达到切削质量的同时，提高叶片的生产效率。
参考文献：
[1]刘敏利.高速铣削铝合金加工技术的研究[J]，哈尔滨理工大学学报，2002，(12)：16—18.
[2]吴欣.高速铣削工艺参数优化的试验研究，南京理工大学，2003.12.1。
[3]龚锦超.高速切削刀具与工艺参数优化，同济大学，2004.3.1。
[4]刘战超.高速切削技术的研究与应用，山东大学，2001.9.1。
[5]王巧生.高速铣削切削力变化及刀具轨迹优化研究，广东工业大学，2005.5.28。
参考文献让作者补充完整，有些查不到出处
Research on the High-speed Five-axis Milling Machining for the Vane of Typical Part
WANG Zhen-gang, WU Di
(Department of Mechanical Engineering, Liaoning Province Labour Economy College, Shenyang 110045, China)
Abstract: The high-speed five-axis milling for vane is a typical application in high-speed cutting technology, in which the optimization of cutting parameters is an important part that relates to the process efficiency and economy. The high-speed milling parameters are optimized by the test data of two kinds of aluminum alloy in this paper, so that it can improve the quality and the efficiency of vane process.
Key words: Vane; High-speed five-axis milling; PowerMill; Aluminum alloy; Cutting parameters
作者简介：王振刚（1971—）男，满族，辽宁省丹东市人，辽宁省劳动经济学校讲师，机械技术系主任，研究方向：机械加工技术。
全科论文中心http://www.issncn.net
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