1 自動數(shù)控編程的準(zhǔn)備工作

    準(zhǔn)備工作主要包括工件坐標(biāo)系、對刀點與換刀點的確定，工件坐標(biāo)系零點就是編程零點。在加工編程中，為了使工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)保持一致。葉輪加工的難點主要體現(xiàn)在以下三點：(1)整個葉輪包括了6個葉片，葉片相鄰的空間狹小，加工時刀具容易和被加工的葉片以及相鄰的的葉片發(fā)生干涉；(2)葉片為薄壁結(jié)構(gòu)，且為非可展扭曲直紋面，形狀相對比較復(fù)雜；(3)拋物面和φ96的圓柱上表面的連接不是簡單的圓弧連接，有一“下凹”部分，與X方向有6°夾角，也需要利用五軸聯(lián)動加工來完成。由于零件的加工要涉及到五軸加工，因此需要借助CAD/CAM軟件來生成數(shù)控程序，本文采用Mastercam X7軟件來完成。在葉輪的加工設(shè)備上選用單位自有的配有Heidenhain TNC530數(shù)控系統(tǒng)的五軸加工中心，該機床能實現(xiàn)X、Y、Z、A、C五軸聯(lián)動，具體的工作行程參數(shù)為：X軸730mm縱向、Y軸560mm橫向；Z軸560mm垂向，A軸(工作臺擺動)-110°～120°，C軸(工作臺旋轉(zhuǎn))360°。從這些參數(shù)可以看出該機床能勝任整體葉輪加工的任務(wù)。

2 MasterCAM的數(shù)控加工功能與應(yīng)用

    2.1 零件的幾何建模

    建立零件的幾何模型是實現(xiàn)數(shù)控加工的基礎(chǔ)，MasterCAM四大模塊中的任何一個模塊都具有進行二維或三維的設(shè)計功能，具有較強(CAD)繪圖功能。可以運用Design模塊建模，也可以根據(jù)加工要求使用Mill模塊、Lathe模塊和Wire模塊直接建模，在進行零件的建模時，無需畫出整個零件的模型來，只需要畫出其加工部分的輪廓線即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不標(biāo)出，這樣既節(jié)省建模時間，又能滿足數(shù)控加工的需要；建模時，應(yīng)根據(jù)零件的實際尺寸來繪制，以保證計算生成的刀具路徑坐標(biāo)的正確性；并可將不同的加工工序分別繪制于不同的圖層內(nèi)，利用MasterCAM中圖層的功能，在確定刀具路徑時，加以調(diào)用或隱藏。以選擇加工需要的輪廓線。

    2.2 零件的模擬數(shù)控加工

    設(shè)置好刀具加工路徑后，利用MasterCAM系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能，能夠觀察切削加工的過程，可用來檢測工藝參數(shù)的設(shè)置是否合理，零件在數(shù)控實際加工中是否存在干涉，設(shè)備的運行動作是否正確，實際零件是否符合設(shè)計要求。同時在數(shù)控模擬加工中，系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程的報告。這樣可以在實際生產(chǎn)中省去試切的過程，可降低材料消耗，提高生產(chǎn)效率。

    2.3 生成數(shù)控指令代碼及程序傳輸

    通過計算機模擬數(shù)控加工，確認(rèn)符合實際加工要求時，就可以利用MasterCAM的后置處理程序來生成NCI文件或NC數(shù)控代碼，MasterCAM系統(tǒng)本身提供了百余種后置處理PST程序。對于不同的數(shù)控設(shè)備，其數(shù)控系統(tǒng)可能不盡相同，選用的后置處理程序也就有所不同。對于具體的數(shù)控設(shè)備，應(yīng)選用對應(yīng)的后置處理程序，后置處理生成的NC數(shù)控代碼經(jīng)適當(dāng)修改后如能符合所用數(shù)控設(shè)備的要求，就可以輸出到數(shù)控設(shè)備，進行數(shù)控加工使用。

3 加工過程

    根據(jù)零件的尺寸要求，選用直徑為100mm高度為76mm的棒料作為毛坯，分以下幾道工序進行加工。

    工序一：運用三爪夾持棒料下端面，采用φ12的硬質(zhì)合金立銑刀去除棒料上端的主要余量。在這一工序的加工中采用Mastercam X7的“高速曲面加工”方式，這種方式用立銑刀按等高面一層一層地銑削，層與層之間的高度為2mm，加工效率較高。在這一工序中主軸轉(zhuǎn)速S可以設(shè)為6000r/min，進給速度F3000mm/min，加工后得到“梯田臺階”形狀。

    工序二：將上一工序得到的部分“梯田臺階”銑掉，使曲面接近理論曲面。在這一工序的加工中依然采用φ12的立銑刀，但主要利用立銑刀的側(cè)刃進行加工，并且較上一道工序主軸轉(zhuǎn)速保持不變，將進給速度改為1000mm/min，利用Mastercam X7的“沿邊五軸加工”方式進行加工，最后得到“圓臺”形狀。

    工序三：加工拋物面和φ96的圓柱上表面的連接面，該連接面不是簡單的圓弧過渡，有一“下凹”部分，與X方向有6°夾角．需要利用五軸聯(lián)動加工才能達(dá)到尺寸要求。加工時A軸角度基本保持在84°，并根據(jù)加工需要進行微小調(diào)整，配合X、Y、Z和C軸進行聯(lián)動加工。加工時需要采用φ8R4的硬質(zhì)合金球頭刀，并利用Masteream X7的“兩曲線的漸變”方式進行加工。該加工方式選項位于“刀路”/“多軸刀路”的級聯(lián)菜單中，具體的加工的相關(guān)參數(shù)設(shè)置在“多軸刀路——兩曲線之間漸變”對話框中設(shè)置。下面就關(guān)鍵的幾步進行說明：(1)“切削方式”設(shè)置中有“編輯曲線”欄要選擇兩組曲線．第一組要選擇拋物面，第二組選擇φ96的圓柱上表面。(2)“刀具軸向控制”中的“輸出格式”要選擇五軸，“前傾角方向”設(shè)為10°，“側(cè)傾角切削方向”設(shè)為90°。除以上幾步需要進行特別設(shè)置，其他可以選用默認(rèn)值。

    工序四：進行葉片粗加工，這一工序需要五軸聯(lián)動來進行加工，加工中依然采用φ8R4的球頭刀，運用Mastercam X7的“多軸刀路”中的“葉片專家”進行加工，具體的加工的相關(guān)參數(shù)在“多軸刀路——葉片專家”對話框中設(shè)置。幾個關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置如下：“切削方式”模塊的“加工方式”選為粗加工，“排序方式”選擇“雙向，由前邊緣開始”以提高加工的效率：在“定義組件”模塊中“葉片”選擇兩相鄰的葉片，“輪轂”選擇剛選中的兩相鄰葉片的中間區(qū)域，并且設(shè)置“分段數(shù)量”為6。其他參數(shù)可以選擇默認(rèn)，就可出程序完成粗加工。

    工序五：葉片頂部區(qū)域的拋物線曲面精加工，這里只需要普通的三軸聯(lián)動就可實現(xiàn)。采用Mastercam X7的“刀路”-“曲面精加工”-“流線加工”來生成程序完成加工，這里采用的刀具選用φ8R4的球頭刀，主軸轉(zhuǎn)速為6000r/min進給速度取為3000mm/min。

    工序六：進行葉片精加工，在Mastercam x7的“多軸刀路”中選擇“曲面實體”并點選“Swaff milling”。在相應(yīng)的對話框中設(shè)置加工參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置如下：“切削方式”模塊的“切削曲面”選擇葉片側(cè)面，“底部曲面”選擇兩相鄰葉片之間的輪轂；“曲面公差”中設(shè)定切削公差為0.1，最大距離為0.2。其他參數(shù)可以選擇默認(rèn)，就可出程序完成本道工序的加工。

    工序七：進行輪轂的精加工，本道工序的加工出程序的方法與工序四采用的方法基本一直，只需要在“切削方式”模塊的“加工方式”將工序四中的粗加工改成“精修輪轂”即可。通過以上步驟最終完成葉輪零件的加工。通過三坐標(biāo)測量儀測量該零件葉片的弧度，均滿足規(guī)定的要求。

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本文標(biāo)題：整體葉輪五軸加工技術(shù)應(yīng)用問題研究

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