單圓弧線形葉輪葉片是鼓風(fēng)機(jī)中的關(guān)鍵零件，它的制造方法有焊接、鉚接及硬鋁壓制等。本文介紹一種利用立式銑床工作臺面的平移及工件軸心回轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)銑削大直徑單圓弧線形葉輪葉片的加工方法。推導(dǎo)出了有關(guān)加工參數(shù)的計(jì)算公式，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算和輪廓加工誤差分析。

1　銑制原理及結(jié)構(gòu)

單圓弧線形葉輪葉片的銑削裝置示意圖見圖1，是由立式銑床經(jīng)過改裝而成。銑制原理見圖2，將被加工的工件葉輪安裝在銑床附加的等分盤上，等分盤固定在回轉(zhuǎn)工作臺上，使工件與回轉(zhuǎn)工作臺同心，并緊固在一起，將銑床的工作臺絲桿接長，使絲桿與掛輪系統(tǒng)的萬向連軸節(jié)作同步轉(zhuǎn)動(dòng)。只要合適地選擇掛輪比，可使銑床工作臺移動(dòng)和回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)復(fù)合成一條軌跡曲線，即可近似加工出所要求的單圓弧線形葉輪葉片。

1、 銑刀　2、工件　3、等分盤　4、回轉(zhuǎn)工作臺　5、萬向連軸節(jié)　6、掛輪架
圖1　銑削裝置示意圖

圖2　銑削原理圖

運(yùn)動(dòng)分析與掛輪比的確定見圖2，葉輪上單圓弧線形的二個(gè)端點(diǎn)分別為A、B，弧即是要求的單圓弧，過B點(diǎn)作圓弧的切線交圓于F點(diǎn)，過A點(diǎn)作BF平行線交內(nèi)圓于C點(diǎn)。在切削開始時(shí)，使切線BF平行線交內(nèi)圓于C點(diǎn)。在切削開始時(shí)，使切線BF平行于臺面的縱向運(yùn)動(dòng)方向，于是銑刀從A點(diǎn)開始切削（偏心距為e）由于臺面的縱向運(yùn)動(dòng)加上葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得銑刀在葉輪上加工出一條近似的單圓弧曲線。當(dāng)臺面移動(dòng)距離時(shí)，葉輪旋轉(zhuǎn)角度∠BOC=θ0，銑刀至B點(diǎn)。因此工作臺的縱向移動(dòng)速度v和葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω之間的關(guān)系是。則掛輪比是：

式中：S——絲桿的螺距，mm；
θ0——工件轉(zhuǎn)角，度；
Zi——配制掛輪系統(tǒng)齒數(shù)。

2　參數(shù)計(jì)算

由上可知，加工單圓弧線形葉輪葉片的主要參數(shù)是：銑刀A點(diǎn)的位置，即偏心距e，的長度，葉輪的旋轉(zhuǎn)角度θ0，以上參數(shù)均可由圖2幾何算出。
　　已知葉輪葉片的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)口角β1，出口角β2，進(jìn)口圓半徑r1=D1/2，出口圓半徑r2=D2/2，由圖2可幾何算出或由［1］得圓弧的半徑R為
　　R=(r22-R21)/［2(r2cosβ2-r1cosβ1)］                          （1）

                              （2）

(1) 偏心距的計(jì)算
　　在ΔBOG中： 

                                           （3）

在ΔGOO1中：

                                      （4）

　在ΔAOO1中，由正弦定理可得，

         或

               （5）

　又有∠AOL=∠AOO1-∠GOO1
∴                        （6）

　　（2）葉輪轉(zhuǎn)角θ0的計(jì)算
　　在ΔBOG中：∠BOG=90°-β1
　　在ΔCOH中：∠COH=arcsin(e/r1)
∴　                                    （7）

�。�3）工作臺移動(dòng)距離的計(jì)算
　　∵　

而

∴                                       （8）

3　實(shí)例計(jì)算

已知：一臺離心鼓風(fēng)機(jī)的單圓弧線形葉片葉輪的設(shè)計(jì)參數(shù)為：進(jìn)口角β1=278°，出口角β2=50°，進(jìn)口圓半徑r1=150mm，出口圓半徑r2=250mm。
　�。�1） 參數(shù)計(jì)算
　　由（1）式可得R=714mm，將R值代入（2）式可得R0=585.5mm。
　　由（3）式可得，將，R0值代入（4）式可得∠GOO1=83.1°，由（5）式可得∠AOO1==，則由（6）式可得偏心距e=116.6mm。
　　由（7）式θ0=90°-β1-arcsin(e/r1)=11.18°
　　由（8）式

速比計(jì)算，

實(shí)際調(diào)整后的掛輪比為：

（2） 誤差分析
　　由圖2可知，當(dāng)葉輪縱向運(yùn)動(dòng)距離為時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)過角度為θ，此時(shí)銑刀至M點(diǎn)，由此可得：

 ，式中： ，所以                                      （9）

令，則在ΔMOO1中，由余弦定理可得：
　　R2=ρ2+R20-2ρR0cos∠MOO1
令　

則　y=∠MOO1=∠GOO1+x+θ                                              (10)

　　所以　R2=ρ2+R02-2ρR0cosy                                         （11）

由（9）（10）（11）式可知ρ、y、R均為θ的函數(shù)，當(dāng)θ為不同值時(shí)，可求得相應(yīng)的ρ、y、R值，設(shè)輪廓誤差為ΔR，則SΔR=R-R。
　　由上例中，取一系列的θ值（0≤θ≤11.18°），將對應(yīng)分別求出的ρ、y、R和SΔR值列于下表。

θ值與SΔR值等對應(yīng)表

由表可知，實(shí)際廓線比理論廓線稍凸，當(dāng)θ=6°時(shí)，ΔR=2.58mm，誤差最大。

4　結(jié)論

利用立式銑床改裝，配制掛輪，加工設(shè)備簡單，工藝成本低。當(dāng)調(diào)試完成后，由于單向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給，因而質(zhì)量穩(wěn)定。
　　該方法可以銑削各種單圓弧線形葉片及其它類偏心圓弧的線形，不受偏心尺寸限制，對于單圓弧直徑及偏心尺寸的各種變化只需調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)比，即調(diào)整配換掛輪就可滿足，不需其他附加設(shè)備，擴(kuò)大了銑床加工偏心圓弧的范圍，同時(shí)加工受力情況較好。
　　單圓弧線形直徑與葉片直徑比值愈大，則輪廓精度越高，因而銑削大直徑單圓弧曲線更顯其優(yōu)越性。