三元叶轮数控铣制加工时避免干涉的方法

　　1 概述

　　笔者在做一个特殊的直纹面三元叶轮(图1)五坐标加工编程时，将其结果进行三维实体模拟，总是出现刀具、刀柄、工件等相互干涉。无论怎么修改切削参数(在允许范围内)，都无法消除干涉。图2为刀柄与工件的干涉情况。

　　2 产生干涉的原因分析

　　由图2可看出，由于刀轴与水平方向夹角过小，导致刀柄与工件产生碰撞。下面是加工叶轮时的一段程序：

　　N2X-45.638Y663.574Z213.954B-10.997A-3.282F0.379

　　N3X-84.171Y627.074Z236.674B-21.995A-6.564F0.379

　　N4X-113.595Y590.427Z265.603B-32.992A-9.845F0.379

　　N5X-132.713Y553.559Z297.855B-43.989A-13.127F0.379

　　N6X-141.175Y516.399Z330.447B-54.987A-16.409F0.379

　　N7X-139.443Y478.874Z360.533B-65.984A-19.691F0.379

　　N8X-128.704Y440.916Z385.611B-76.981A-22.973F0.379

　　N9X-110.722Y402.455Z403.691B-87.979A-26.255F0.379

　　N10X-87.669Y363.424Z413.423B-98.976A-29.536F0.379

　　N11X-61.914Y323.757Z414.159B-109.973A-32.818F0.379

　　N12X-35.823Y283.392Z405.957B-120.970A-36.100F0.379

　　N13X-35.823Y270.311Z388.019B-120.970A-36.100F1.877

　　仔细阅读程序后发现，机床主轴摆角A为-3.282°～-36.100°，证实了上述“刀轴与水平方向夹角过小”的判断。此角过小后，必然缩小刀柄的运动空间，出现碰撞也就是必然的结果。

　　上述只是干涉的一种情况。由于在此采用工件、铣刀和刀柄的三维实体模拟，机床铣头、工作台等运动部件都未参与仿真。如果让这些部件都参与仿真，则会发现机床铣头与工作台也会发生干涉(当然与所使用的具体机床结构不同有关)。此干涉同上述的刀柄与工件干涉原因相同。

　　因为此叶轮是直纹面，铣刀加工叶片侧面时，刀轴必须和叶片型面的素线平行(采用侧铣加工)，所以刀轴矢量无法改变，即主轴摆角A无法改变(不改变所用机床)。这就是出现此种干涉的直接原因。

　　3 避免出现干涉现象的方法探索

　　由上述分析可知，要消除这种干涉，就必须设法改变叶片干涉部位素线的方向。但叶轮一旦设计完成，原始型面数据就很难改变，只有设法修改加工数据。加工数据修改的前提条件：必须保证原设计叶轮的气动性能，叶片的空间曲面造型不能有大的变化。只有在叶片型面造型允许的偏差范围内，去改变素线方向。这样既保证了叶轮的气动性能，又改善了其加工条件，有效地避免了干涉的发生。图3为叶片进口部分素线改变前后的情况比较，图4为叶片出口部分素线改变前后的情况比较。