钱飞（云南工业技师学院云南曲靖655000）
摘要：叶轮是发动机的核心部件，其叶面形状往往由难加工的复杂曲面构成，所以其加工问题一直都是困扰科技人员的技术难题。本文笔者在对比了五轴数控加工和三轴数控加工方式区别的基础上，探讨了五轴整体叶轮数控机床的结构。
关键词：整体叶轮数控加工机床结构
目前数控机床正在向高速度、高精度、高效率、复合化的发展方向迈进，具有五轴联动功能的数控机床，就是适应其发展方向而迅速发展的机种。它可以实现复杂零件的一次装夹完成大部分生产工序，大幅度提高了生产效率，是目前解决叶轮、叶片等零件加工的最佳手段。五轴数控机床已被当今发达的工业国家广泛地应用在了航空、航天等重要的工业领域。
下面笔者探讨了整体叶轮数控机床结构：
一、整体叶轮五轴加工方式的确定
机床是一个国家制造水平的象征，而目前主流数控机床的加工方式分为三轴与五轴两种，其中五轴联动数控机床代表着机床制造业最高水平。
五轴数控加工方式和三轴数控加工方式有着本质的区别，因为三轴加工的情况下，刀具轴线在工件坐标系中是平行于z轴固定不变的，而在五轴加工的情况下，刀具轴线是可变化的。根据兼顾高加工质量和切削效率，同时避免加工中可能存在的刀具与工件及刀具与夹具干涉的数控优化原则，可以发现三轴加工的关键在于加工特征的识别与刀具路径的规划，而五轴加工的关键在于刀具姿态的优化，如图1所示。由此可见，五轴加工能够使3个直线轴和2个旋转轴同时协调运动，解决了三轴和3+2轴加工的干涉问题。刀具也可以选择得非常短，这样可以明显降低刀具的偏差，从而获得良好的加工精度。
二、五轴数控机床的结构类型
1.双转台结构五轴数控机床
双转台结构类型的五轴数控机床在加工过程中工件固定在工作台上，旋转轴和摆动轴在运动过程中带动工件的转动和摆动。它的主轴始终为竖直方向，刀具的切削刚性较好，可以进行切削量较大的加工；但加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，只适合加工体积小、重量轻的工件。
2.双摆头结构五轴数控机床
双摆头结构类型的五轴数控机床在加工过程中工作台、工件均静止，适合加工体积大、重量重的工件。但因为刀杆在加工过程中摆动，所以刀具的切削刚性较差，加工时切削量较小；且机床C轴受角度的限制，往往不能在360°范围内旋转，一般的转动角度常在±200°范围内。
3.单转台单摆头结构五轴数控机床
单转台单摆头类型的五轴数控机床加工过程中工作台只旋转不摆动，刀杆只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头结构数控机床之间。它所加工工件的大小和质量受到旋转台尺寸的大小和承载能力的限制，但总体而言它所适应加工的工件种类较多，加工的自由度也较大。
三、整体叶轮五轴加工机床结构的确定
整体叶轮的几何特征非常明显：其若干组叶片均匀分布在轮毂上，相邻两个叶片间构成流道，叶片与轮毅的连接处有过渡圆角，使叶片与轮毂之间光滑连接。叶片曲面多为直纹，一般流道较狭窄且叶片扭曲程度大，容易发生干涉碰撞。叶轮加工常常是叶片和轮毂同时在一个毛坯上进行整体加工，因此其加工难点在于流道和叶片；而且刀具空间、刀尖点位和刀轴方位也要精确控制，才能加工到其几何形状的每个角落，并使刀具合理摆动。加工时一般的步骤是可先选用铣刀加工出过渡叶轮形状，然后采用铣刀测刃加工叶片，最后对整体叶轮进行精加工、倒圆角和清根等操作。
四、结语
根据以上本文分析的三种五轴数控机床的主要结构特点可以看出，双转台结构的五轴数控机床由于加工过程中主轴始终为竖直方向，刚性较好，其不光可以进行切削量较大的加工，还能完成像电极、鞋模、小叶轮、工艺品等切削量较小工件的加工，在整体叶轮的五轴数控加工中起着非常重要的作用。
双转台五轴加工中心在加工过程中，铣刀的回转轴线可与工件的回转轴线成一定的夹角，且直线进给运动根据不同的需要可采用轴向进给或径向进给，也可以同时采用轴向与径向进给，有效地避免了复杂零件加工时径向和轴向自动转换的问题。
参考文献
[1]曲洪萍胡德计李充宁数控加工仿真技术发展分析.中国新技术新产品，2009，(15)。
2]徐宏海编著数控机床刀具及其应用.北京：化学工业出版社，2010，41-58。