輪蓋，輪轂和葉片整體成型的葉輪即為閉式葉輪(如圖1)，這樣的葉輪，由于其形成了完全封閉的流道，所以其效率高且長期運(yùn)行情況穩(wěn)定。目前閉式葉輪在中國的發(fā)展已勢在必行。

　　閉式葉輪幾何結(jié)構(gòu)和加工工藝過程極其復(fù)雜，既要保證幾何形狀的要求還要保證葉片的表面質(zhì)量，相鄰的葉片之間，葉片與輪蓋，輪轂之間空間較小，切削環(huán)境惡劣，刀軸矢量約束多(如圖2)，利用通常的五軸刀路控制方式非常復(fù)雜且對編程人員要求極高，控制不好極易產(chǎn)生干涉。

　　因此，一種能降低對編程人員要求并擁有強(qiáng)大準(zhǔn)確后處理的CAM解決方案成為了閉式葉輪應(yīng)用在我國推廣亟待解決的問題。

　　一、hyperMILL閉式葉輪解決方案的特點(diǎn)

　　hyperMILL五軸閉式葉輪策略是在hyperMILL開式葉輪專業(yè)模組的基礎(chǔ)上加載閉式葉輪應(yīng)用特征，此特征中包括對閉式葉輪各種銑削策略的控制，具體例如生成插銑式的刀路及內(nèi)部刀路圓角化等功能，以及閉式葉輪加工的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)“停止曲面”，其使系統(tǒng)清楚刀具分別從葉輪通道的進(jìn)水口和出水口進(jìn)刀時(shí)各自的加工區(qū)域(如圖3)。

　　參數(shù)設(shè)定完成后，將其與對應(yīng)的開式葉輪特征共同加載入相應(yīng)的工法(如閉式葉輪通道精加工，清根等)中進(jìn)行運(yùn)算，即可完成對閉式葉輪的加工(如圖4)。

　　具體工法參數(shù)的設(shè)定，由于加載了相應(yīng)的應(yīng)用特征而變得比開式葉輪模組更為簡單，只需設(shè)定幾個(gè)簡單的參數(shù)即可。而閉式葉輪狹小通道內(nèi)刀路矢量的控制則是依靠hyper MILL基于干涉檢查的刀具自動(dòng)避讓，利用計(jì)算機(jī)來幫助用戶解決刀軸控制的難題，從而生成安全優(yōu)化的刀具路徑(如圖5)。

　　在后處理方面，hyper MILL擁有完善成熟的后處理器，處理出的NC程序支持子程序的方式，這讓NC程序變得簡潔明了，可讀性強(qiáng)，并在需要時(shí)可以很方便地進(jìn)行修改(如圖6)。同時(shí)hyperMILL在業(yè)內(nèi)率先支持了控制器本身的3D補(bǔ)償功能，這大大降低了用戶的編程工作量，并可以達(dá)到較高的加工公差(如圖7)。

　　二、某汽輪機(jī)閉式葉輪加工的案例

　　1. 閉式葉輪開粗

　　通道開粗的效率是影響葉輪整體加工效率的決定性因素，用五軸鉆孔和多軸定位開粗相結(jié)合共同完成通道的開粗是很好的策略。

　　五軸鉆孔先去除通道大部分的材料，同時(shí)也為后續(xù)的加工準(zhǔn)備了引刀空間。hyper MILL的五軸鉆孔功能可以實(shí)現(xiàn)基于干涉檢查的五軸聯(lián)動(dòng)工位變換，從而避免了每次加工后的抬刀動(dòng)作，進(jìn)一步提升了加工效率(如圖8，圖中蘭色短線條代表刀路相應(yīng)位置處刀軸的矢量方向，從中可以看出hyper MILL基于干涉檢查的五軸聯(lián)動(dòng)變換工位的效果)。

　　而hyperMILL的任意毛坯粗加工功能是基于毛坯跟蹤進(jìn)行運(yùn)算的，保證沒有多余的刀具路徑，產(chǎn)生結(jié)果毛坯功能可以輕松實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位之間的銜接(如圖9，上下兩個(gè)工單是兩次開粗的界面，可以看到，在進(jìn)行二次開粗時(shí)，只要將參考毛坯欄調(diào)整為上步工單的結(jié)果毛坯即可)，同時(shí)策略本身所集成的各種優(yōu)化處理可讓生成的刀路更加高效(如圖10)。

　　實(shí)踐證明，這樣的開粗策略方案不僅效率高，而且也最大限度地改善了切削環(huán)境，是最適宜閉式葉輪通道開粗的方法。

　　2. 閉式葉輪通道精加工

　　運(yùn)用hyperMILL閉式葉輪專業(yè)解決方案進(jìn)行精加工的步驟如下。

　　(1)定義對應(yīng)的開式葉輪特征(按圖示要求選取相應(yīng)的圖形要素)及閉式葉輪應(yīng)用特征(設(shè)定相應(yīng)的銑削刀路生成策略及內(nèi)部刀路處理參數(shù)并選擇適宜的停止曲面，以確定進(jìn)水口及出水口各自的加工區(qū)域)，如圖11所示。

　　(2)將上一步定義的兩個(gè)特征加載進(jìn)葉輪模組的相應(yīng)工法中，并設(shè)定好坐標(biāo)系及切削參數(shù)等(如圖4和圖12所示)。

　　(3)對工單進(jìn)行運(yùn)算即可得到需要的刀具路徑(如圖13)。

　　(4)利用hyper MILL獨(dú)有的再加工策略，設(shè)置好基本切削角度及發(fā)生干涉時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)的角度調(diào)整范圍，對上一步的刀具路徑執(zhí)行刀具自動(dòng)避讓運(yùn)算，得到最后所需的刀具路徑(如圖14，圖中蘭色線條代表刀軸矢量方向)

　　3. 閉式葉輪通道清根

　　hyperMILL閉式葉輪解決方案中，閉式葉輪的清根也同樣非常簡單，只需在相應(yīng)的工法中定性地設(shè)定好對應(yīng)的中心曲線及參考曲線即可(所謂定性設(shè)定即不要求精確，只要指出趨勢即可，例如中心曲線不一定非要位于通道橫截面的正中心，也不必精確地映射其彎曲輪廓，而只要指出總體趨勢即可，如圖15)。然后hyperMILL的五軸自動(dòng)避讓功能會(huì)對刀路進(jìn)行自動(dòng)的避讓以生成所需要的刀具路徑(如圖16，圖中蘭色線條代表刀軸矢量方向)。

　　4.三維實(shí)體切削仿真(整體切削系統(tǒng)的仿真)

　　hyperMILL在上面具體工單的計(jì)算過程中所進(jìn)行的干涉檢查，可以保證整個(gè)刀具系統(tǒng)的所有組成部分(包括機(jī)床主軸端面、刀柄、加長桿、加強(qiáng)桿及刀桿)與零件不發(fā)生任何干涉(如圖17，這是hyperMILL刀具干涉檢查界面，在該界面中，用戶可以對hyper MILL定義刀具的各個(gè)組成部分(如主軸端面、刀柄、加長桿、加強(qiáng)桿及刀桿)進(jìn)行干涉檢查，自動(dòng)避讓安全距離的設(shè)定)，但在實(shí)際機(jī)床加工中我們知道，整個(gè)切削系統(tǒng)除了零件與刀具系統(tǒng)潛在的干涉外，整個(gè)切削系統(tǒng)的其余部分也可能發(fā)生干涉(如機(jī)床主軸與工作臺間等)。

　　所以在完成上述步驟后，最后還需進(jìn)入hyperMILL實(shí)體切削仿真模塊——hyper VIEW中進(jìn)行整個(gè)切削系統(tǒng)的干涉檢查，從而保證加工的絕對安全(如圖18，紅框中的選項(xiàng)是在仿真中對整個(gè)切削系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行干涉檢查的選項(xiàng)，勾選則表示在仿真中將對所選項(xiàng)目是否發(fā)生干涉進(jìn)行檢查)，如仿真后無相關(guān)干涉報(bào)警產(chǎn)生，則可以保證整個(gè)加工過程是絕對安全的，這樣所編的NC程序就可以直接上設(shè)備進(jìn)行加工了。

　　三、結(jié)束語

　　圖19和圖20所示即為加工當(dāng)中和加工完成后的樣品。

　　在這里值得特別指出的是，hyperMILL閉式葉輪專業(yè)解決方案不僅使具體工法的設(shè)定變得非常簡單，而且在最關(guān)鍵的通道精加工及清根刀軸的控制上，通過引入hyper MILL的五軸刀具自動(dòng)避讓技術(shù)，讓本來極其復(fù)雜的通道內(nèi)刀軸控制變得異常簡單。進(jìn)一步經(jīng)過hyper VIEW的整體切削系統(tǒng)仿真，在保證了昂貴設(shè)備的絕對安全后，設(shè)備即可進(jìn)行加工，通過hyper MILL的專業(yè)解決方案大大降低了閉式葉輪對編程人員的技能及經(jīng)驗(yàn)的要求，也就大大提升了編程的效率，從而進(jìn)一步保證了整個(gè) 企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏及對市場的快速響應(yīng)。