傅飛++王銷鋆

摘 要：使用四軸機(jī)床以及UG軟件、VERICUT多軸驗(yàn)證軟件，可以實(shí)現(xiàn)四軸機(jī)床加工大曲率半徑葉輪。

關(guān)鍵詞：葉輪；四軸機(jī)床；UG軟件；VERICUT軟件

中圖分類號：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.078

目前，常用的葉輪加工設(shè)備是價(jià)格昂貴的數(shù)控五軸加工中心。為了使葉輪加工范圍更加廣闊、加工過程更加經(jīng)濟(jì)，引入了一種四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工大曲率半徑葉輪類零件的粗加工和精加工葉輪時(shí)的編程方法。仿真和實(shí)體加工結(jié)果表明，只需一臺(tái)加工中心，再配一個(gè)分度頭四軸機(jī)床加工的葉輪就可以加工，其精度和表面粗糙度與五軸數(shù)控機(jī)床加工出的葉輪不相伯仲。從加工成本和生產(chǎn)實(shí)際情況考慮，研究葉輪的四軸數(shù)控加工方法對開發(fā)現(xiàn)有設(shè)備的加工潛力、降低葉輪加工成本有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 理論分析

葉輪加工劃分為葉輪槽粗加工、葉輪粗加工、葉片精加工、葉片根部圓角精加工和流道精加工五道工序。葉輪槽粗加工采用分層切削方式，然后旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度再銑削另一個(gè)葉輪槽。在葉片、葉片根部圓角和流道加工中，由于刀具伸入葉輪中的長度較長，并且還要避免刀具與相鄰葉片之間互不干涉，因此，刀軸的控制是四軸機(jī)床葉輪加工中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在選取合理的刀軸矢量的同時(shí)，對刀軸進(jìn)行干涉檢查并修正刀軸矢量方向，使其在葉片加工過程中，通過控制刀軸各個(gè)矢量方向的變化加工各個(gè)曲面，從而完成葉片的加工。

1.1 基于UG軟件的葉輪加工程序編制

UG軟件是一個(gè)集CAD、CAE、CAM于一體的工程應(yīng)用軟件，其強(qiáng)大的數(shù)控編程功能可以滿足應(yīng)用者的大多數(shù)需求。在編制葉輪加工程序時(shí)，主要用到了CAM模塊中的Cavity Milling、Variable Axis Milling等。

首先，以使用一臺(tái)加工中心，再配一個(gè)分度頭加工葉輪為前提，運(yùn)用Cavity Milling完成葉輪槽粗加工和二次開粗。由于葉輪粗加工主要是去掉大量的材料，因此建議采用分層加工法，具體如圖1所示。

（a）葉輪槽粗加工 （b）葉輪槽二次開粗

其次，運(yùn)用Variable Axis Milling加工操作，完成葉輪零件的葉片、葉片根部圓角和流道部分多軸加工編程。在應(yīng)用UG軟件生成這類程序時(shí)要注意，由于使用的是四軸機(jī)床，也就是繞著X軸的帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)的A軸，關(guān)鍵在于在分度頭旋轉(zhuǎn)時(shí)如何避免刀具切削時(shí)與相鄰葉片干涉。這就需要選擇一個(gè)適合的矢量，也就是刀軸矢量方向，總有這樣一個(gè)方向不會(huì)與相鄰葉片干涉。在運(yùn)用Variable Axis Milling完成葉輪零件精加工過程中，驅(qū)動(dòng)方法采用“Surface Area”，刀軸選擇“interpolate vector”，并通過合理設(shè)定“步距”和“切削步長”降低加工誤差，保證加工精度。 葉片、葉片根部圓角和流道精加工都采用四軸聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)式進(jìn)刀加工的方法，具體如圖2所示。

（a）葉片精加工 （b）葉片根部圓角精加工 （c）流道精加工

圖2 葉片、葉片根部圓角和流道部分的精加工

1.2 基于VERICUT軟件仿真葉輪加工及實(shí)體加工

VERICUT軟件是一種可以模擬多軸加工的仿真應(yīng)用軟件。首先構(gòu)建機(jī)床模型，創(chuàng)建刀具、毛坯，設(shè)定加工坐標(biāo)系；然后把NC代碼導(dǎo)入仿真軟件VERICUT中進(jìn)行整體葉輪粗精加工仿真，得到的仿真結(jié)果如圖3所示。同時(shí)，驗(yàn)證加工程序的正確性以及模擬加工過程中刀具與工件或機(jī)床有無相互干涉、碰撞。這樣可以最大限度地降低實(shí)際加工中的損失。在得到正確的結(jié)論后，將仿真驗(yàn)證的NC數(shù)控程序?qū)隡AZAK 410B機(jī)床上，并對葉輪進(jìn)行加工試切，驗(yàn)證了本文所提出的葉片加工方法是正確的，具體如圖4所示。

2 結(jié)論分析

本文利用UG軟件完成了葉輪多軸加工編程，利用VERICUT軟件完成了MAZAK 410B四軸加工中心的仿真系統(tǒng)開發(fā)，解決了數(shù)控編程和實(shí)際制造加工中的過切、欠切以及刀具與機(jī)床部件和工裝夾具的碰撞問題，降低了材料消耗和生產(chǎn)成本，提高了工作效率，并實(shí)現(xiàn)了葉輪的加工仿真。經(jīng)與實(shí)際機(jī)床加工結(jié)果對比，驗(yàn)證了本方法的正確性和有效性。使用該方法不僅可以實(shí)現(xiàn)四軸機(jī)床上加工大曲率半徑葉輪，降低生產(chǎn)成本，還可以降低加工設(shè)備和資源的消耗，對相關(guān)企業(yè)有很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李云龍，曹巖.數(shù)控機(jī)床加工仿真系統(tǒng)VERICUT[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

[2]楊勝群.VERICUT數(shù)控加工仿真技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出社，2010.

[3]鄭金興，程慧群.基于UCdCAM和VERICUT的復(fù)雜零件數(shù)控加工仿真[J].橫具制造，2006（11）.

[4]杜智敏，陳永濤，吳浩偉.UG NX4數(shù)控編程加工實(shí)例精解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕