基于CAM技术的整体涡轮转子加工方法研究

1 目前涡轮转子的数控加工方法

    分子泵整体涡轮转子是机械式分子泵的核心部件，属于叶轮类转子零件如图1。叶轮类零件是一类特征明显、结构比较规范且典型的旋转类复杂零件。

图1 整体涡轮转子三维模型

    目前对于涡轮转子的加工是使用四轴机床以四轴联动数控加工技术实现的。机床有x，y，z三个平动轴以及一个旋转A轴。人工找正后以螺栓锁紧。机床坐标系原点位于分度盘圆心，z轴垂直于工作台且刀轴平行于z轴方向，转子装夹后其轴线与y轴重合，分度盘由旋转轴A轴控制转动，可绕y轴旋转，如图2。选用锥形铣刀如图3，铣削两叶片间部分。刀具在x，y轴线方向，以两轴联动方式呈平行四边形运动轨迹沿两叶片内侧轮廓加工，如图4。应用这种这种加工方法加工涡轮转子可有效解决转子叶片层数多、间隙小等问题，且选用锥形刀进行加工使得刀杆弯曲变形较小有利于保证加工精度。但由于锥形刀加工时刀轴与叶片表面必须存在一定角度，所以加工方式一定为点切削，叶片表面光顺度不高且加工效率难以进一步提高。

图2 涡轮转子加工位置

图3 锥形铣刀图

图4 加工路径

2 整体涡轮转子的新型加工方法

    由于应用目前加工方法加工涡轮转子时存在加工效率有待提高、叶片表面光顺度低等问题。为此，在保证转子设计要求的前提下，设计并使用一种专用的白定位夹具装夹转子毛坯，以减小转子装夹误差提高同轴度。设计编制新型加工轨迹并应用工型铣刀以面切削方式加工转子叶片。在针对转子零件的数控加工编程方面，选用通用软件NX进行零件的建模和CAM仿真。

    2.1 自定位夹具

    涡轮转子有多层叶片，且叶片之间的间隙很小，叶片使用小直径锥铣刀高速铣削成形，不再有其它后续切削加工工序。生产准备阶段装夹转子毛坯的重要问题，同时也是难点问题就是要保证转子毛坯在夹具中的装夹同轴度。

    现有条件下，使用专用的自定位夹具可有效增加同轴率。如图5所示，该夹具由夹具底座、螺柱、垫片及夹紧螺母组成。夹具底座通过4个螺栓固定在分度回转工作台上，如图6可见。工件在夹具底座上实现定位，由螺柱、垫片及夹紧螺母夹紧，这种螺旋夹紧机构结构简单，易于制造，增力比大，自锁性能好。叶片加工的本身尺寸精度如厚度和角度要求主要由加工机床数控系统控制精度及走刀路径决定。

图5 整体涡轮转子装夹工位图