基于Cimatron E10.0&VERICUT整體葉輪的數(shù)控加工與仿真

郭漢相 白躍輝

摘 要：本文主要介紹如何用Cimatron E10.0來(lái)編制整體葉輪的加工程序，并且利用VERICUT進(jìn)行機(jī)床加工仿真并驗(yàn)證正確性，使其可以直接的上機(jī)床加工。

關(guān)鍵詞：整體葉輪；五軸；干涉；VERICUT

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.040

整體葉輪不僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，而且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有很大的影響，它的加工成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文就針對(duì)整體葉輪（如圖1）加工談?wù)勛约菏侨绾卧O(shè)計(jì)程序并仿真模擬到最后的上機(jī)實(shí)操。

1 Cimatron E10.0整體葉輪五軸數(shù)控加工及數(shù)控工藝規(guī)劃

1.1 整體葉輪根據(jù)用途廣泛，其結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣

本文的研究對(duì)象如圖1所示，葉輪上共有13個(gè)葉片（葉片根部允許留R4圓角），材料為鍛鋁，成空間扭曲狀，并且后仰的趨勢(shì)比較大及流道深，從而對(duì)加工制造增加了難度。

1.2 數(shù)控加工工藝流程及刀具的選擇如表1

1.3 數(shù)控加工程序的設(shè)計(jì)及編制

①粗加工的目的是要求單位時(shí)間盡可能快的去處多余的材料，因此選擇五軸定位加工，不涉及到聯(lián)動(dòng)，更快捷更高效。選用φ12R0.5玉米棒銑刀，采用體積銑-環(huán)繞切削加工，從三個(gè)角度定位加工完成。刀具路徑如圖2所示。圖示上只顯示一個(gè)流道里面的粗加工，其余可以通過(guò)陣列刀路實(shí)現(xiàn)。

② 精加工主要是為了得到理想的尺寸及粗糙度，切削量小。所以盡可能的采用高速銑削加工來(lái)達(dá)到更好的表面質(zhì)量。選用φ8R4球頭銑刀，采用五軸航空銑之兩曲線之間仿形，五軸聯(lián)動(dòng)加工完成葉片的精銑。刀具路徑如圖3所示。圖示上只顯示一個(gè)葉片精加工的刀具路徑，其余可以通過(guò)陣列刀路實(shí)現(xiàn)。此時(shí)的刀具的擺角的設(shè)置是個(gè)關(guān)鍵，本例中采用的是88.9°，已無(wú)限接近最大的擺角，如果設(shè)置過(guò)小會(huì)與葉片干涉造成過(guò)切。另外干涉檢查更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，選擇不合適的干涉檢查曲面會(huì)導(dǎo)致刀具與葉片碰撞或者刀柄與葉片發(fā)生碰撞或者葉片過(guò)切等等。設(shè)置如圖4所示。

③ 流道為葉輪底面部分，13個(gè)葉片把一個(gè)整體的流道面分成相等的13份，所以每?jī)蓚€(gè)葉片之間的流道面又是一個(gè)獨(dú)立的部分。此時(shí)的程序設(shè)計(jì)，考慮的主要是干涉，如果不干涉程序就相對(duì)簡(jiǎn)單的很多。因?yàn)橹豢戳鞯烂娴脑捚鋵?shí)就是一個(gè)稍微帶點(diǎn)弧度的圓錐面，但是加上葉片完全就不一樣。選用φ8R4球頭銑刀，采用五軸航空銑之兩曲面之間仿形，五軸聯(lián)動(dòng)加工完成流道的精銑。此時(shí)的刀軸的控制就顯得更為關(guān)鍵，合理的刀軸控制可以計(jì)算出更加流暢刀具路線，此例是通過(guò)選定曲線來(lái)控制刀軸的走向。刀具路徑和控制曲線如圖5所示。圖示上只顯示一個(gè)流道精加工的刀具路徑，其余可以通過(guò)陣列刀路實(shí)現(xiàn)。另外干涉還是重中之重，一定要保證刀具的切削刃、刀桿、刀柄都不要與葉片發(fā)生干涉，否則就前功盡棄。要把流道面、葉片的面、葉片的頂面等都要檢查進(jìn)去，確保前面加工完成的葉片的完好性。

1.4 后置處理并生成數(shù)控機(jī)床Mikron UCP800識(shí)別的代碼

完成以上的程序設(shè)計(jì)后，由于Cimatron E10.0生成的刀位文件機(jī)床是無(wú)法識(shí)別的，可以通過(guò)定制的數(shù)控機(jī)床Mikron UCP800的后置處理文件得到需要的NC程序代碼，并制定詳細(xì)的刀具清單和裝示意簡(jiǎn)圖，交付車(chē)間使用。

2 VERICUT7.3機(jī)床加工過(guò)程仿真

VERICUT 是一款專(zhuān)為制造業(yè)設(shè)計(jì)的CNC數(shù)控機(jī)床加工仿真和優(yōu)化軟件。VERICUT取消了傳統(tǒng)的切削實(shí)驗(yàn)部件方式，通過(guò)模擬整個(gè)機(jī)床加工過(guò)程和校驗(yàn)加工程序的準(zhǔn)確性，來(lái)幫助用戶清除編程錯(cuò)誤和校驗(yàn)程序。

此仿真是需要在1：1的機(jī)床模型上添加刀具、工裝、毛坯、數(shù)控程序代碼等進(jìn)行數(shù)控加工仿真，詳細(xì)步驟如下：

（1）首先在VERICUT文件下建立新項(xiàng)目；

（2）在工位下面組件模型樹(shù)中添加數(shù)控機(jī)床Mikron_UCP800_Duro.mch和配置控制文件hei530.ctl，并加載Fixture（夾具）和Stock（毛坯）；

（3）設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)。設(shè)置毛坯上表面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，在“位置”中輸入0 0 235.5（235.5為毛坯上表面距離工作臺(tái)的距離）

（4）設(shè)置程序零點(diǎn)。在配置的“偏置名”中選擇程序零點(diǎn)，選擇從“TOOL”到“坐標(biāo)原點(diǎn)”；

（5）創(chuàng)建加工刀具。在“刀具管理器”中“添加-新-銑刀”φ12R0.5玉米銑刀和φ8R4球頭銑刀；

（6）調(diào)入加工程序。在“數(shù)控程序”中“G-代碼數(shù)據(jù)”下添加數(shù)控程序文件，本例中的數(shù)控程序文件是有Cimatron E10.0中的后置文件Mikron UCP800生成的“yelun..h”；

（7）在VERICUT主窗口中，點(diǎn)擊右下角的Reset按鈕重置模型，再點(diǎn)擊Play To End按鈕，開(kāi)始數(shù)控加工仿真，仿真結(jié)果如圖6。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Cimatron E10.0的數(shù)控加工模塊完成了葉輪的NC程序的設(shè)計(jì)，并詳細(xì)的介紹了葉輪程序的設(shè)計(jì)步驟及思路，并且利用VERICUT進(jìn)行機(jī)床仿真進(jìn)行驗(yàn)證。此程序已通過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證其正確性，為整體葉輪五軸加工提供了更為合理的方法支持。

參考文獻(xiàn)：

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