基于Cimatron E10.0&VERICUT整體葉輪的數控加工與仿真

郭漢相 白躍輝

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

關鍵詞：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動機的關鍵部件，而且對發動機的性能有很大的影響，它的加工成為提高發動機性能的一個關鍵因素。本文就針對整體葉輪（如圖1）加工談談自己是如何設計程序并仿真模擬到最后的上機實操。

1 Cimatron E10.0整體葉輪五軸數控加工及數控工藝規劃

1.1 整體葉輪根據用途廣泛，其結構形式也是多種多樣

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

1.2 數控加工工藝流程及刀具的選擇如表1

1.3 數控加工程序的設計及編制

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

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達到更好的表面質量。選用φ8R4球頭銑刀，采用五軸航空銑之兩曲線之間仿形，五軸聯動加工完成葉片的精銑。刀具路徑如圖3所示。圖示上只顯示一個葉片精加工的刀具路徑，其余可以通過陣列刀路實現。此時的刀具的擺角的設置是個關鍵，本例中采用的是88.9°，已無限接近最大的擺角，如果設置過小會與葉片干涉造成過切。另外干涉檢查更是關鍵中的關鍵，選擇不合適的干涉檢查曲面會導致刀具與葉片碰撞或者刀柄與葉片發生碰撞或者葉片過切等等。設置如圖4所示。

③ 流道為葉輪底面部分，13個葉片把一個整體的流道面分成相等的13份，所以每兩個葉片之間的流道面又是一個獨立的部分。此時的程序設計，考慮的主要是干涉，如果不干涉程序就相對簡單的很多。因為只看流道面的話其實就是一個稍微帶點弧度的圓錐面，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，五軸聯動加工完成流道的精銑。此時的刀軸的控制就顯得更為關鍵，合理的刀軸控制可以計算出更加流暢刀具路線，此例是通過選定曲線來控制刀軸的走向。刀具路徑和控制曲線如圖5所示。圖示上只顯示一個流道精加工的刀具路徑，其余可以通過陣列刀路實現。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 后置處理并生成數控機床Mikron UCP800識別的代碼

完成以上的程序設計后，由于Cimatron E10.0生成的刀位文件機床是無法識別的，可以通過定制的數控機床Mikron UCP800的后置處理文件得到需要的NC程序代碼，并制定詳細的刀具清單和裝示意簡圖，交付車間使用。

2 VERICUT7.3機床加工過程仿真

VERICUT 是一款專為制造業設計的CNC數控機床加工仿真和優化軟件。VERICUT取消了傳統的切削實驗部件方式，通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性，來幫助用戶清除編程錯誤和校驗程序。

此仿真是需要在1：1的機床模型上添加刀具、工裝、毛坯、數控程序代碼等進行數控加工仿真，詳細步驟如下：

（1）首先在VERICUT文件下建立新項目；

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

（3）設置坐標系統。設置毛坯上表面中心為坐標原點，在“位置”中輸入0 0 235.5（235.5為毛坯上表面距離工作臺的距離）

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

（5）創建加工刀具。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）調入加工程序。在“數控程序”中“G-代碼數據”下添加數控程序文件，本例中的數控程序文件是有Cimatron E10.0中的后置文件Mikron UCP800生成的“yelun..h”；

（7）在VERICUT主窗口中，點擊右下角的Reset按鈕重置模型，再點擊Play To End按鈕，開始數控加工仿真，仿真結果如圖6。

3 結束語

本文利用Cimatron E10.0的數控加工模塊完成了葉輪的NC程序的設計，并詳細的介紹了葉輪程序的設計步驟及思路，并且利用VERICUT進行機床仿真進行驗證。此程序已通過實際加工驗證其正確性，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：

[1]劉平安.CimatronE10.0數控加工看圖速成[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2]思美創（北京）科技有限公司.Cimatron E數控編程（公司內部教程）[S].