透平叶轮数控加

一、数控铣与铸造工艺比较
透平叶轮一般有两种制造方法：铸造或是铣削。对于少品种大批量生产的制造商来说，由于铸造的单件成本比铣削花费低，因而此种情况下适于采用铸造工艺。然而采用铸造工艺也带来一些缺陷，以致越来越多的透平机械制造商采用了数控铣削的办法加工透平叶轮。采用铸造的缺点是：
1.与锻造材料相比，铸造材料物理特性既不均匀，也不连续。而常规方法检测不到的夹渣正是引起叶轮失效的根源。
2.两个铸件间的几何形状不一致。由于透平机械的性能只有在保证为其特别设计的叶轮形状的前提下才能实现，因而采用铸造叶轮时，两台机器的性能是不一样的。如果要使两台机器达到同样的性能，需要进行艰苦的工作，不仅非常费时，而且很难实现。
3.由于采用铸造工艺而导致的叶轮形状上的差异，可能引起离心泵叶轮过早汽蚀，使离心式压气机过早喘振，使涡轮输出的功率比预期的少。
4.铸件形状的偏差也影响到备件及在检修时的更换。换上一个形状有些许不同的叶轮，往往要求重新调整控制系统。
5.铸造模具的准备工作需要很长的时间，而且价格不菲，不易修改。铸造成本低是针对同一个模具能反复使用的情况而言的。
6.对于需要经受高温的叶轮，铸造不失为一个好方法。因为高温材料较硬，铣削这种材料需要很长的时间。当然目前已开发出专用软件，用于快速铣削这种材料。
基于以上考虑，愈来愈多的透平机械制造商转用数控加工的办法加工样品、小批量甚至大批量产品。数控加工既准确，又精密，连贯性好，制造周期短，而且易于修改几何尺寸。

二、5轴铣削加工
具有复杂形状的透平叶轮，需要用5轴铣床进行加工，才能加工到其几何形状的每个角落。
在一个现代化的设计系统中，需要加工的几何体由CAD系统进行设计，然后在CAM系统中转换为刀具的运动轨迹。输出结果通过后置处理程序转换为铣床5个轴的每个轴的运动。 对于透平机械叶轮，有必要考虑专用的CAM软件。从工艺上来讲，叶轮加工主要由以下5个截然不同的操作组成：
1） 粗加工叶片间的流道
2） 铣削轮毂部分
3） 修圆进口边和出口边
4） 在小切削量下精加工叶片表面
5） 叶片根部变半径圆角加工
对于叶片表面上刀具不能达到的地方，需要给予特别注意。因为此时容易引起刀具与相邻叶片的干涉。
1.点加工与侧刃铣削
在采用5坐标数控加工中心之前，大部分透平机械制造商采用3轴或4轴机床加工叶轮，而且大多采用点加工法，即叶片表面上每一点都通过刀尖加工成一个点。当刀具沿叶片表面移动时，将留下一些凹坑或残留尖角，而这些凹坑或尖角的高度值取决于编程技巧。点加工也是一种可行的方法，但是这种方法却有一些不可避免的缺点：
（1）叶片表面不光顺，会留下一些小凹槽。而这些小凹槽必须与流动方向平行（见图1）。
（2）对于弯曲程度较厉害的叶片，由于叶片空间距离较近，加工过程中与相邻叶片间的干涉很难避免。
（3）如果要减轻凹槽对流场的影响，就需要很长的加工时间。即是说，刀具必须绕叶片移动很多次。
2. 侧刃铣削对流体流动的影响
基于上述原因，最理想的加工方式是侧刃铣削（如图2）。侧刃铣削不仅能避免以上所列点加工过程中所遇到的困难，而且所加工出的叶片表面非常光滑，精加工时间大为缩短。采用侧刃铣削加工方法时，锥度刀具的整个侧边与材料相接触，此即意味着叶片必须由直线元构成。这种限制性对流体动力学设计师非常重要，因为他们需要根据流体流动原理进行叶片设计，而且在选择叶片几何形状时，具有完全的自由性。为了遵守这些限制，叶片只能根据流体特性，沿三条流管成型。叶片形状由连接这三条流管的直纹面组成。然而，在实际的设计过程中，需要进一步对叶片几何形状进行限制，即叶片形状由只连接两条流管，通常为轮毂和轮盖的直纹面组成。