0 引言

    渦輪葉輪是車用發動機廢氣渦輪增壓器的關鍵零部件，其特點是：葉片薄、扭曲大和葉片間隔小。其加工質量直接影響發動機的效率，為了得到高質量的渦輪葉輪，要對其進行整體加工。整體葉輪加工是指輪轂和葉片在同一個毛坯上進行整體加工，其難點就在于扭曲流道和超薄大扭曲葉片的加工。對于整體葉輪加工，通常采用鑄造成型后拋光的方法，該方法的缺點是模具復雜，且難保證葉片精度，動平衡性差，生產周期也比較長。本文對葉輪進行逆向造型，再應用Cimatron E8.5軟件對葉輪進行五軸仿真加工。為整體葉輪的生產提供了一個更快、更精和更省的方法。

1 葉輪的逆向造型

    渦輪增壓器整體葉片曲面是大扭曲的變截面，運用逆向造型技術進行整體葉輪的三維造型，它可以對整體葉輪進行快速反求，實現整體葉輪的快速設計和制造，從而提高效率、準確性及縮短整體葉輪的設計周期。

    用三維掃描儀對其進行掃描，利用Imagware軟件對點云進行修改、簡化和光顧處理。

    再利用Imagware軟件由點云構造曲線。采用“內插法曲線”的曲線偏差分析，采用“公差曲線”的曲線偏差分析，對比偏差圖可以看出采用“內插法曲線”的曲線偏差最大為1.466e-005，且各各數之間變化大，而采用“公差曲線”的曲線偏差最大為1.36e-005，且各各數之間變化小，說明采用“公差曲線”時的偏差變化比較平緩且更接近真實的葉輪形狀，所以為了保持葉片原狀及減小偏差，選取“公差曲線”構造曲線。接著在三維造型軟件Pro/E中采用“邊界混合”，由曲線生成葉片曲面。通過陣列和加厚成型。

2 整體葉輪的加工工藝分析

    渦輪增壓器整體葉輪由多個葉片組成，且單個葉片的厚度很薄，扭曲大，剛度小，且流道比較狹窄，在加工時很容易變形和發生碰撞，其葉輪的加工重點和難點就在此。為了提高加工效率，先車削加工出基準面和葉輪回轉體的基本毛坯。

    而后進行流道的開槽粗加工，為了保證加工質量，流道的開槽采用多行開粗，最后進行葉片型面精加工，為了減小葉片變形，使型面更加光順，曲面路徑選擇“兩曲線之間仿形銑”。

3 葉輪的五軸數控加工刀路軌跡生成

    Cimatron E8.5軟件為我們提供了數控加工編程和模擬仿真，根據要加工零件的外形結構不同分別選擇加工方法，方便快捷，而且在模擬仿真中可以實驗程序的正確性，以便及時更改。渦輪增壓器整體葉輪的刀路軌跡生成可分為粗加工軌跡和精加工軌跡兩個階段。

    3.1 流道開槽銑削

    粗加工階段采用“多行開粗”進行流道開槽。刀具選擇球頭銑刀，加工方法選擇“高級五軸”“航空銑”，銑削方式為“兩曲面之間仿形銑”，其優點：1）可以使刀路軌跡在兩曲面之間均勻分布且美觀；2）刀具可以很好的避開兩葉片，有效地防止干涉。另外刀軸控制中，刀軸傾斜方式為“相對于切削方向傾斜”，切削方向上的傾斜角為-22°，可以通過調整該角度來避免干涉。

   3.2 葉片型面銑削加工

    精加工階段即對葉片型面進行加工，葉片型面加工要對其葉片正面和反面加工，為了減小變形和提高型面質量，切削參數中采用高速和變速加工，刀具選擇球頭銑刀，加工方法都選擇“高級五軸”“航空銑”，曲面路徑選擇“兩曲線之間仿形銑”，使刀具在兩曲線之間生成方向性很好的刀路軌跡。葉片反面刀路軌跡，刀軸控翩中，刀軸傾斜方式為“相對于切削方向傾斜”。

    切削方向上的傾斜角為70°，這樣可以使刀具很好地避開其他葉片，避免干涉和碰撞。，葉片正面刀路軌跡，刀軸控制中，刀軸傾斜方式為“相對于切削方向傾斜”，切削方向上的傾斜角為80°，優點和加工反面一樣。

4 加工干涉檢驗及后置處理

    加工刀路軌跡生成后，進行“高級仿真”，可以檢查所生成的刀路軌跡是否合理及刀具是否會產生碰撞和過切現象，從而再對加工過程中出現的種種問題進行分析，重新修改加工程序，對刀路軌跡進行進一步的改進和優化，反復進行直到刀路軌跡達到最好。

5 結論

    本文主要介紹了通過逆向工程技術對整體葉輪超薄大扭曲葉片進行逆向造型和基于Cimatron E8.5的五軸加工仿真。為了提高加工質量和減小超薄大扭曲葉片在加工中的變形，利用Cimatron E8.5軟件仿真加工中對流道進行多行開粗，曲面路徑選擇“兩曲線之間仿形銑”。從而使仿真加工效率和加工質量都有所提高，而且也彌補了人工編程的不足。對復雜的整體曲面零件加工提供了很好的方法。