基于CimatronE8.5的離心泵葉輪數控加工方法研究

摘 要：離心泵作為典型流體機械，在化工等生產企業中應用十分廣泛。隨著化工工藝的不斷進步，對設備性能指標的提高、工作可靠性的加強、開發周期的縮短等追求也日趨迫切。作為離心泵的核心零件的葉輪，是典型的復雜性面零件，其自身存在著葉片型面復雜、葉間間隙狹窄等特點，大大增加了其加工難度，并且加工質量很難保證。本文提出了在Cimatron E8.5軟件環境下對離心泵葉輪的五軸加工方法，實現了離心泵半開式葉輪的高質量整體數控加工。

關鍵詞：離心泵葉輪；加工仿真；后置處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.203

1 引言

葉輪是離心泵的核心部件，葉片的加工質量將直接關系著離心泵整個內部流場的分布，從而影響泵的工作效率[1]。作為典型的復雜的曲面零件，其葉片由傳統的等截面直葉片發展到當今的變截面扭曲葉片，幾何形狀越來越復雜，對加工精度的要求越來越高。在我國離心泵的葉輪大多為鑄造成型，其葉片的表面質量差，尺寸精度低特別是復雜葉形的加工制造與國外還有很大差距[2]。本文詳細介紹了基于Cimatron E8.5的離心泵葉輪數控加工方法。可以實現整體葉輪的數控加工，大大提高了葉片的制造精度，縮短了生產周期。

2 Cimatron E8.5軟件簡介

Cimatron E8.5軟件的數控加工模塊在數控加工行業一直處于領先地位，軟件擁有強大的數據轉換接口。針對制造過程，軟件支持2.5—5軸的高速銑削，支持基于毛坯殘留的加工和自動化加工模板，提高了用戶編程和加工的效率。

Cimatron E8.5軟件包括以下功能模塊：模型建立模塊、工程圖模塊、模具設計模塊、電極設計模塊、數控加工模塊、數控加工仿真模擬及校驗模塊、后置處理模塊[3]。

3 加工工藝分析及加工仿真

Cimatron E8.5軟件針對葉片類零件的五軸加工提供了專業的刀位軌跡生成方式。從整體葉輪的開槽加工到半精加工精加工，都有專用五軸數控仿真菜單來設置。

運用整體葉輪五軸航空銑削生成離心泵葉輪的刀位軌跡時，核心部分就是如何避免刀具的干涉問題，由于離心泵兩個葉片之間的流道相對比較狹窄，而且內部扭曲。

在進行半精加工前首先進行開槽加工。為了提高加工效率，開槽加工可以是三軸或是四軸加工，也可以運用五軸加工，五軸開槽加工可以更好的避免刀具干涉問題。本文用的五軸開槽加工方法，刀具的驅動方式為朝向曲線驅動。

葉輪半精加工及精加工的五軸刀位軌跡采用曲面驅動方式，選擇葉片正面與背面為驅動面，刀具矢量方向為相對于走刀方向傾斜，傾斜的角度要根據兩個葉片之間的距離和方向來確定。再有就是刀具的進刀點和退刀點的選擇也很重要，也是避免干涉出現的主要因素。

使用Cimatron E8.5提供機床模擬，可以完全仿真五軸加工葉輪的工作環境和切削模擬，包括機床的主軸、工作臺、機床的夾具因素[4]。機床模擬特別適合于五軸的加工程序檢驗。通過仿真校驗可以進一步觀察刀具與零件還有機床的運動過程，從而可以進一步優化加工時刀具的角度避免干涉的發生。

4 后置處理

在數控加工自動編程中，從零件的三維實體建模到刀路軌跡的生成，形成了刀具相對于工件及機床運動的軌跡文件，在刀位軌跡文件中軟件是通過一定的語句來記錄的，但是在具體的機床中不一定能識別這些語句，這就要根據機床的具體參數和控制系統將刀位軌跡轉化成相應機床所能識別的G代碼，這一過程就叫后置處理[5]。

后置處理一般過程主要包括以下幾個內容：對刀位文件進行求解；運動誤差的校核及處理；進給速度的校核和修正；根據具體的機床參數和數控系統的指令格式生成加工程序。

在Cimatron E8.5中左側的通用加工工具條上選擇后置處理，打開后置處理對話框選擇要處理的程序段，這里我們后置處理三部分程序，粗加工后置處理程序、半精加工程序和精加工程序，按照上述方法生成葉片數控加工代碼。

5 結論

本文運用Cimatron E8.5軟件強大的仿真平臺，在加工環境下進行虛擬五軸加工，并提出后置處理解決方案，得到了理想的離心泵葉輪加工方案。通過并合理規劃加工刀路軌跡，實現了離心泵葉輪的整體數控加工，同時可為類似零件的數控加工提供一有效途徑。

參考文獻：

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[2]張佩芳，壽其，黃良勇. 低比轉速離心泵研究現狀與發展趨勢[J].水泵技術，2004（03）：1-9

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[4]吳寶海，王尚榮.自由曲面葉輪的四坐標數控加工研究[J].航空學報，2007，28（04）：994- 996.

[5]黃國權.數控技術[M].哈爾濱工程大學出版社，2004.

[6]章泳健，潘毅.汽輪機彎扭葉片型面的四軸數控加工方法研究[J].現代制造工程，2004（07）：27-28.

作者簡介：王小旭（1985-），男，吉林省吉林市人，碩士，教師，主要從事：機械產品的設計與加工技術研究。