大曲率半徑葉輪的四軸加工

傅飛++王銷鋆

摘 要：使用四軸機床以及UG軟件、VERICUT多軸驗證軟件，可以實現四軸機床加工大曲率半徑葉輪。

關鍵詞：葉輪；四軸機床；UG軟件；VERICUT軟件

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.078

目前，常用的葉輪加工設備是價格昂貴的數控五軸加工中心。為了使葉輪加工范圍更加廣闊、加工過程更加經濟，引入了一種四軸聯動數控加工大曲率半徑葉輪類零件的粗加工和精加工葉輪時的編程方法。仿真和實體加工結果表明，只需一臺加工中心，再配一個分度頭四軸機床加工的葉輪就可以加工，其精度和表面粗糙度與五軸數控機床加工出的葉輪不相伯仲。從加工成本和生產實際情況考慮，研究葉輪的四軸數控加工方法對開發現有設備的加工潛力、降低葉輪加工成本有著重要的現實意義。

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，然后旋轉一個角度再銑削另一個葉輪槽。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床葉輪加工中最為關鍵的環節。在選取合理的刀軸矢量的同時，對刀軸進行干涉檢查并修正刀軸矢量方向，使其在葉片加工過程中，通過控制刀軸各個矢量方向的變化加工各個曲面，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軟件是一個集CAD、CAE、CAM于一體的工程應用軟件，其強大的數控編程功能可以滿足應用者的大多數需求。在編制葉輪加工程序時，主要用到了CAM模塊中的Cavity Milling、Variable Axis Milling等。

首先，以使用一臺加工中心，再配一個分度頭加工葉輪為前提，運用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。在應用UG軟件生成這類程序時要注意，由于使用的是四軸機床，也就是繞著X軸的帶動零件旋轉的A軸，關鍵在于在分度頭旋轉時如何避免刀具切削時與相鄰葉片干涉。這就需要選擇一個適合的矢量，也就是刀軸矢量方向，總有這樣一個方向不會與相鄰葉片干涉。在運用Variable Axis Milling完成葉輪零件精加工過程中，驅動方法采用“Surface Area”，刀軸選擇“interpolate vector”，并通過合理設定“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動回轉式進刀加工的方法，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體加工

VERICUT軟件是一種可以模擬多軸加工的仿真應用軟件。首先構建機床模型，創建刀具、毛坯，設定加工坐標系；然后把NC代碼導入仿真軟件VERICUT中進行整體葉輪粗精加工仿真，得到的仿真結果如圖3所示。同時，驗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床有無相互干涉、碰撞。這樣可以最大限度地降低實際加工中的損失。在得到正確的結論后，將仿真驗證的NC數控程序導入MAZAK 410B機床上，并對葉輪進行加工試切，驗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開發，解決了數控編程和實際制造加工中的過切、欠切以及刀具與機床部件和工裝夾具的碰撞問題，降低了材料消耗和生產成本，提高了工作效率，并實現了葉輪的加工仿真。經與實際機床加工結果對比，驗證了本方法的正確性和有效性。使用該方法不僅可以實現四軸機床上加工大曲率半徑葉輪，降低生產成本，還可以降低加工設備和資源的消耗，對相關企業有很好的借鑒意義。

參考文獻

[1]李云龍，曹巖.數控機床加工仿真系統VERICUT[M].西安：西安交通大學出版社，2005.

[2]楊勝群.VERICUT數控加工仿真技術[M].北京：清華大學出社，2010.

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

[4]杜智敏，陳永濤，吳浩偉.UG NX4數控編程加工實例精解[M].北京：清華大學出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕