[发明专利]一种小尺寸叶轮及其五轴铣削加工方法

说明书

本发明涉及一种小尺寸叶轮及其五轴铣削加工方法，叶轮包括主轴、设置在主轴顶部的齿轮、套设在主轴外部的套筒以及多个沿周向均匀布设在套筒侧面的叶片，相邻两叶片之间设有加强筋，主轴、齿轮及套筒同轴设置，主轴、齿轮、套筒、叶片及加强筋一体成型；利用五轴数控机床加工叶轮，分为毛坯预处理、建模、规划刀路、粗加工、半精加工、精加工等步骤。与现有技术相比，本发明能实现叶轮局部的高精度铣削加工，可适用于各种不同参数的叶轮加工，具有加工效率高、精度高、成品质量好等特点。

技术领域

本发明属于叶轮加工技术领域，涉及一种小尺寸叶轮及其五轴铣削加工方法。

背景技术

随着人们对高功率、高输出和高可靠性的不懈追求，冲击式水轮机得到了不断发展与革新，其零件结构及加工方法也在不断变化。从铆焊到整体铸锻，从纯手工打磨到数控加工，未来，在提高工作效率的同时，冲击式水轮机将朝着高水头、大容量的方向发展，但其叶片曲面的加工方法在完善的过程中却遇到了一些瓶颈。

目前，小尺寸叶轮的应用越来越普遍，如何对小尺寸叶轮的结构进行设计，以满足实际应用场合的需求，是需要解决的问题。此外，小尺寸叶轮往往结构复杂，开放性差，因此加工工艺复杂，制造十分困难。

针对小尺寸叶轮的结构特点和技术要求，目前国内外对此类叶轮主要有四种制造方法：整铸铲磨、焊接加工、铆接加工、整体式数控加工。其中，整体式数控加工虽然加工难度最大，但是产品质量却最容易保证，避免了整铸铲磨可能形成的材料缺陷、焊接加工中造成的应力及焊接缺陷、铆接加工带来的结构缺陷。

在国内的小尺寸叶轮产品的数控加工过程中，由于没有专用设备，普遍采用三轴设备进行加工。但限于设备因素，具有加工能力的企业并不多。结合我国五轴设备较多的现状，开发一种五轴设备加工冲击叶轮的方法非常有必要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小尺寸叶轮及其五轴铣削加工方法，解决现有技术加工叶轮存在加工成本高、效率低、齿轮质量差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种小尺寸叶轮，该叶轮包括主轴、设置在主轴顶部的齿轮、套设在主轴外部的套筒以及多个沿周向均匀布设在套筒侧面的叶片，相邻两叶片之间设有加强筋，所述的主轴、齿轮及套筒同轴设置，所述的主轴、齿轮、套筒、叶片及加强筋一体成型。应用时，将叶轮通过主轴套在水轮机内的叶轮安装轴上，电机通过中间齿轮带动叶轮上的齿轮转动，进而带动叶轮转动。加强筋用于增加叶片强度。叶轮的各个部件之间均为一体成型方式进行铣削加工而成。

进一步地，所述的主轴的中心处沿轴向开设有主轴通孔。主轴通孔与水轮机内的叶轮安装轴相适配。

进一步地，所述的齿轮的外径与主轴的外径相同。

进一步地，所述的主轴顶部的外侧面上沿周向均匀开设有多个齿槽，形成齿轮。将主轴的顶端直接加工成齿轮，避免使用另外的齿轮并通过焊接方式将另外的齿轮固定在主轴顶端所产生的结构复杂、焊接缺陷的问题。

进一步地，所述的加强筋的厚度小于叶片的高度。

进一步地，所述的加强筋的底面与叶片的底面齐平，所述的加强筋的顶面与相邻的两个叶片之间围成凹槽。

进一步地，所述的加强筋的内端与套筒相连，外端位于相邻的两个叶片之间，并且所述的加强筋内端与外端之间的长度为叶片长度的1/5-1/3。

一种小尺寸叶轮的五轴铣削加工方法，该方法包括以下步骤：

1)根据待加工叶轮的形状及尺寸参数，将毛坯加工成凸型圆棒料；

2)对叶轮进行建模，得到叶轮模型；

3)采用型腔铣的方式，对叶片进行粗加工；