基于CAXA制造工程師2011的葉片金屬鑄模的建模及數控加工

（撫順市技師學院，遼寧 撫 順 1 13123）

金屬模鑄造由于鑄件的機械性能好，精度高，表面粗糙度低，工藝收得率高，生產率高的特點在生產中得到廣泛應用。同時，隨著CAD/CAM軟件、仿真軟件的出現及不斷發展，曲面的加工精度與效率不斷得到滿足和提高。CAXA制造工程師作為國內典型的CAD/CAM軟件，在具有復雜曲面零件的造型、自動編程、NC代碼自動校驗和模擬加工的仿真功能方面不遜于國外同類軟件。運用CAXA制造工程師對葉片的金屬型鑄模進行造型及自動編程，可實現葉片的少加工或無加工。

1 葉片金屬鑄模的實體設計

1.1 葉片截面參數的計算與繪制

為了在CAXA制造工程師中，建立葉片金屬模的實體模型，必須計算葉片各截面的參數。首先根據葉片的公式，葉片與其它結構的連接要求，計算各個截面的曲線，再計算其空間坐標。接下來，在葉片半徑方向上按重要截面將葉片分為7份，計算出8個截面曲線。然后，根據截面的平面曲線和相應的半徑，在CAXA制造工程師中得到各個截面的三維坐標值。葉片各個截面由樣條線組成，凹面和凸面之間以圓弧過渡，如圖1所示。

圖1 葉片截面曲線

圖2 生成網格面

1.2 生成葉片曲面

以凹面構成的凸模為例，將凹面和凸面之間的所有過渡圓弧在其中心點處打斷，刪除凸面的各個樣條曲線及與其相連的半個過渡圓弧。

在“曲線生成欄”中點擊“樣條線”，將凹面中樣條線及圓弧的同一側端點連接為樣條線，點擊“曲面生成欄”上的網格面按鈕，在立即菜單中把精度設置為0.01，接提示依次拾取U向截面線及V向截面線，生成網格面，拾取樣條曲線兩側的圓弧，用同樣方法生成網格面，如圖2所示。

1.3 主葉片部分鑄模的三維實體設計

當葉片曲面生成后，按圖3所示的零件圖進行三維實體設計。

圖3 凸模零件圖

構造一距離“平面XY”為200，方向相反的基準平面。進入草圖狀態，在“曲線生成欄”中點擊“曲線投影”按鈕，分別拾取圖2中主葉片部分四周的樣條線，構成草圖。采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，拾取圖2中主葉片曲面，點擊確定，刪除主葉片曲面上除兩側外的所有樣條線及曲面。如圖4所示。

圖4 主葉面部分實體

圖5 生成葉片兩側分型面

1.4 葉片金屬模左右分型面及葉片兩側半圓弧部分設計

構造距離“平面XZ”為250的基準面，進入草圖，單擊“曲線生成欄”中的“曲線投影”按鈕，拾取相應的實體棱線及圓弧曲面的外側樣條線，形成草圖。再次采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，選擇與草圖相對的曲面，單擊確定，生成分型面部分實體。單擊“特征生成欄”工具欄中的“曲面裁剪除料”按鈕，選定圓弧曲面，確定除料方向，生成葉片邊緣圓弧實體部分。采用同樣方法生成另一側實體，如圖5所示。

1.5 構造金屬模其它部位實體結構

生成其它部位的實體，相關部分倒圓角，根據金屬模鑄造工藝圖紙，構造冒口及凸模與凹模間的定位銷孔等結構，最終金屬模實體結構，如圖6所示。

圖6 葉片鑄模實體

2 葉片金屬鑄模的數控加工

葉片金屬模的毛坯為球墨鑄鐵鑄件，加工余量為3 mm。另外，圖3左視圖中的R75孔、R150孔先在鏜床上加工完成，數控加工時采用半粗加工去除大部分余量，再用精加工最終完成。設備采用VMC 1300A立式加工中心，系統為FANUC 0i-MC。

2.1 鑄模上表面的半粗加工

從金屬型鑄模的結構特點和加工要求兩方面考慮，可采用等高線加工的方式來進行加工，由于CAXA制造工程師沒有提供半粗加工的模式，因此，在加工中采用等高線精加工的方法進行半粗加工，為了提高加工效率，具體參數可設置大一些。對金屬模的等高線加工的各項設置見圖7。

拾取圖6所示實體的全部上表面（需利用“曲面生成欄”中的“實體表面”按鈕生成），生成刀軌如圖8所示。

圖7 等高線半粗加工參數設置

圖8 等高線半粗加工刀軌

圖9 曲面區域式精加工刀軌

2.2 鑄模上表面精加工

采用曲面區域式精加工方式，刀具分別選用D10R2.5的圓角端銑刀，余量設為0，設置合適的加工范圍，加工鑄模上表面（局部半粗補加工及精加工從略），生成刀軌，如圖9所示。

2.3 鑄模加工仿真

拾取相應刀軌進行鑄模仿真加工操作，確保無過切、撞刀的現象，實體上表面的半粗加工仿真如圖10所示（其它刀軌仿真加工從略）。

圖10 等高線半粗加工上表面實體仿真

2.4 后置處理

經過前述對金屬模的各種加工方法的使用及設置，再對凸模與凹模間的定位銷孔等結構生成刀軌，經仿真加工無誤后選用相應的機床系統生成G代碼。

3 結束語

在仿真加工前按金屬模的鑄造工藝圖設計毛坯實體，在仿真加工時，在仿真加工界面中點擊“改變毛坯設定”按鈕，選擇自定義毛坯。在仿真加工時，應在“干涉”列表框中選取“所有干涉”模式，按下“請選擇是否執行和制品形狀比較顯示”按鈕，并配合鍵盤的方向鍵進行模型的旋轉，仔細觀察有無過切、撞刀等現象。一旦發現有過切、撞刀等現象，應重新設定加工面、加工范圍、干涉面等參數。經過檢驗，達到加工要求和效果后才可生成G代碼。在VMC1300A加工中心加工后的葉片金屬鑄模凸模實際效果，如圖11所示。

圖11 實際生產效果圖

[1]吳子敬.CAXA制造工程師2008實用教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]盧繼平.基于UGⅡ的葉片建模與加工[J].北京理工大學學報，2004，（4）：303-305.

[3]張群艷.基于CAXA制造工程師曲面加工方法的比較[J].數字技術與機械加工工藝裝備，2009，（6）：75-77.