整體葉輪是渦輪式發動機、渦輪增壓發動機的(de)核心部件。它在能源動力、航空航天、石油化(huà)工、冶金等行業中均有廣泛的(de)應用(yòng)，是具有代表性的(de)，且造型比較規範的(de)、典型的(de)通(tōng)道類複雜(zá)零件。其型面的(de)加工手段、加工精度和(hé)加工表面質量直接影(yǐng)響發動機的(de)空氣動力性能和(hé)機械效率，對(duì)發動機性能有決定性的(de)影(yǐng)響。整體葉輪因其曲面的(de)複雜(zá)性和(hé)加工精度高(gāo)，使其成爲典型的(de)難加工零件。随著(zhe)市場(chǎng)對(duì)渦輪發動機的(de)需求越來(lái)越大(dà)，實現整體葉輪的(de)高(gāo)效加工也(yě)愈發必要。目前整體葉輪常見的(de)材料有鋁合金、钛合金、不鏽鋼等。葉輪加工的(de)複雜(zá)性主要在于葉片的(de)曲面造型很複雜(zá)，五軸數控銑削加工柔性好,加工效率高(gāo),适用(yòng)廣泛,是整體葉輪加工常用(yòng)的(de)方法之一。根據葉輪的(de)曲面形狀的(de)不同，在數控機床上加工時(shí)通(tōng)常采用(yòng)兩類方法,分(fēn)别爲點銑法和(hé)側銑法。由于整體葉輪的(de)形狀比較複雜(zá)，葉片的(de)扭曲大(dà)，加工極易發生幹涉，因此其加工的(de)難點在流道、葉片的(de)粗、精加工。在整體葉輪的(de)數控加工過程中，爲了(le)盡量減少由于刀(dāo)具引起的(de)過切和(hé)幹涉，且在加工較窄流道時(shí)刀(dāo)具仍能有較好的(de)剛性。

爲了(le)使葉輪滿足氣動性的(de)要求，葉片常采用(yòng)大(dà)扭角、根部變圓角的(de)結構，這(zhè)給葉輪的(de)加工提出了(le)更高(gāo)的(de)要求。整體葉輪加工技術要求包括尺寸、形狀、位置和(hé)表面粗糙度等幾何方面的(de)要求，也(yě)包括機械、物(wù)理(lǐ)和(hé)化(huà)學性能的(de)要求。葉輪葉片必須具有良好的(de)表面質量，精度一般集中在葉片表面輪毂的(de)表面和(hé)葉根表面,表面粗糙度值應小于Ra0.8μm。爲了(le)滿足上述要求，整體葉輪在加工過程中常會遇到以下(xià)幾種問題：①整體葉輪流道較窄，葉片相對(duì)較長(cháng)，剛度較低，屬于薄壁類零件，加工過程極易變形。在加工過程中，由于自身結構和(hé)外部切削力的(de)作用(yòng)，流道的(de)入口和(hé)葉片上端會産生震紋。爲了(le)保證整體葉輪的(de)表面質量，需要刀(dāo)具有足夠剛性、合适的(de)鋒利程度還(hái)能有足夠的(de)排屑空間。②流道最窄處葉片深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過刀(dāo)具直徑，相鄰葉片空間極小，在清角加工時(shí)刀(dāo)具直徑較小，刀(dāo)具容易折斷。③整體葉輪曲面爲自由曲面，流道窄，葉片扭曲比較嚴重，并且有明(míng)顯的(de)後仰趨勢,加工時(shí)極易産生幹涉，加工難度較大(dà)。有些葉輪由于有副葉片，爲了(le)避兔幹涉，要分(fēn)段加工曲面，因此，保證加工表面的(de)一緻性也(yě)有困難。④考慮到整體葉輪在實際工作中高(gāo)速旋轉，轉速達10000-50000轉，要防止震動并降低噪聲，既要節約加工節拍(pāi)，又要保證切削的(de)平穩性和(hé)對(duì)稱性。

要求

葉輪加工對(duì)加工工具的(de)要求主要在：

1.避幹涉性能好

2.剛性好，不振刀(dāo)，不掉刀(dāo) 

問題

在五軸加工中心上對(duì)葉輪進行銑削加工時(shí)，主要需要改善以下(xià)幾個(gè)問題：

1.切削效率低，無法提高(gāo)切削效率；

2.振刀(dāo)，在加工過程中，由于動态切削受力不均，極易産生振刀(dāo)現象；

3.掉刀(dāo)，在加工過程中，會出現刀(dāo)具被不知不覺拔出的(de)現象，從而會造成過度銑削，導緻零件報廢。

目前在整體葉輪加工領域，熱(rè)裝刀(dāo)柄以其顯著的(de)避幹涉優勢獲得(de)使用(yòng)者青睐。然而因爲熱(rè)裝刀(dāo)柄自身結構過剛，無法減少或消除加工中産生的(de)振動；且随著(zhe)使用(yòng)時(shí)間增加，刀(dāo)柄本身夾持力會逐漸減小，因而産生掉刀(dāo)現象使得(de)零件質量無法合格。正是由于夾持的(de)不穩定性，切削參數很難提高(gāo)，切削效率受到桎梏。

思路

APC刀(dāo)柄因其蝸杆驅動式機械結構而具有超強的(de)夾持力以及優越的(de)抗振性能。同時(shí)它的(de)避幹涉性能不輸于熱(rè)裝刀(dāo)柄。通(tōng)過使用(yòng)APC刀(dāo)柄解決掉刀(dāo)隐患，改善加工質量，同時(shí)提高(gāo)加工效率，縮短加工時(shí)間，提高(gāo)産能，是整體葉輪加工領域工藝優化(huà)的(de)新思路。

夾持直徑範圍：

夾持直徑範圍：2-14mm或2-20mm

總長(cháng)度 120 mm 

(以HSK63 + BT40爲例,A爲主軸端至刀(dāo)柄前端)

可(kě)配置帶銷夾緊套，

絕對(duì)安全可(kě)靠4.5°極小錐度

精度高(gāo)、阻尼性能好

理(lǐ)想的(de)力矩傳遞

刀(dāo)具内部冷(lěng)卻液壓力高(gāo)

100bar時(shí)依然100%無冷(lěng)卻液洩漏

可(kě)通(tōng)過增加外部冷(lěng)卻設備以達到沖洗效果

實驗對(duì)比

機      床：某國産五軸加工中心

刀(dāo)      具：16mm硬質合金銑刀(dāo)

冷(lěng)卻方式：外部冷(lěng)卻

工件材料：钛合金F300

熱(rè)裝刀(dāo)柄 VS 蝸杆驅動式APC刀(dāo)柄

用(yòng)熱(rè)縮刀(dāo)柄夾持直徑爲16mm的(de)硬質合金銑刀(dāo)，在五軸加工中心上做(zuò)動态銑削，冷(lěng)卻方式爲外冷(lěng)。一個(gè)标準産品九個(gè)葉片，每個(gè)葉片加工耗時(shí)約85分(fēn)鐘(zhōng)，九個(gè)葉片約加工765分(fēn)鐘(zhōng)，每加工三個(gè)葉片換一把銑刀(dāo)。在設備及刀(dāo)路狀況完全不變的(de)狀況下(xià)，用(yòng)APC刀(dāo)柄去代替原本使用(yòng)的(de)熱(rè)裝刀(dāo)柄，并且提高(gāo)切削參數，以達到提高(gāo)效率的(de)目的(de)。

使  用(yòng)  效  果：

1. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，加工效率提高(gāo)近38%，刀(dāo)具損耗并無明(míng)顯變化(huà)。

2. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，無掉刀(dāo)現象發生。

3. 使用(yòng)APC刀(dāo)柄以後，在提高(gāo)加工參數的(de)狀況下(xià)，振動也(yě)得(de)到明(míng)顯減弱。