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——CNC數(shù)控編程智造——

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作為動力機械的關鍵部件之一，整體式葉輪廣泛應用于航天航空等領域，其加工技術一直是機械制造中的一個關鍵課題。葉輪的加工質量直接影響整機的機械效率和動力性能，CNC數(shù)控加工是目前國內外廣泛采用的加工整體三元葉輪的方法。

整體葉輪的加工難點主要表現(xiàn)在：

1. 三元整體葉輪的形狀復雜，其葉片多為非可展扭曲直紋面。 

2. 整體葉輪相鄰葉片的空間較小，而且在徑向上設有半徑的減小通道越來越窄，因此加工葉輪葉片曲面時除了刀具與被加工葉片之間發(fā)生干涉外，刀具極易與相鄰葉片發(fā)生干涉。

3. 刀位規(guī)劃時的約束條件多，自動生成無干涉刀位軌跡較困難。

   目前國外一般應用整體葉輪的五坐標加工專用軟件，如美國NREC公司的MAX-5，MAX-AB葉輪加工專用軟件等。國內大多數(shù)生產葉輪的廠家多數(shù)采用國外大型CAD/CAM 軟件，如NX、PM、CATIA、MasterCAM等來加工整體葉輪。本文選用目前流行且功能強大的MASTERCAM 2017 來對復雜曲面整體葉輪進行數(shù)控編程及加工仿真。

準備工作主要包括工件坐標系建立、工件對刀點與機床換刀點的確定，在加工編程中，為了使工藝基準與設計基準保持一致，將工件坐標系零點與編程零點重合。

本整體葉輪零件加工的難點主要體現(xiàn)在以兩點：

(1)整個葉輪包括了11個葉片，葉片相鄰的空間狹小，加工時刀具容易和被加工的葉片以及相鄰的的葉片發(fā)生干涉；

(2)葉片為薄壁結構，且為非可展扭曲直紋面，形狀相對比較復雜，加工易變形；

在葉輪的加工設備上選用配有Heidenhain 數(shù)控系統(tǒng)的五軸加工中心，該機床能實現(xiàn)X、Y、Z、B、C五軸聯(lián)動，具體的工作行程參數(shù)為：X軸850mm縱向、Y軸660mm橫向；Z軸460mm垂直向，B軸(工作臺擺動)-120°～120°，C軸(工作臺旋轉)360°。從這些參數(shù)可以看出該機床能輕松勝任該整體葉輪加工的任務。

3.1 整體葉輪零件的幾何建模

運用CAD建立幾何模型是實現(xiàn)數(shù)控加工的基礎，MasterCAM四大模塊中的任何一個模塊都具有三維的設計功能?？梢赃\用Design模塊建模，也可以根據加工要求使用Mill模塊、Lathe模塊和Wire模塊直接建模，在進行零件的建模時，無需畫出整個零件的模型來，只需要畫出其加工部分的輪廓線即可，形位公差及配合公差可以不標出，應根據零件的實際尺寸來繪制圖形，以保證計算生成的刀具路徑坐標點位的正確性；并注意將不同的加工工序分別繪制于不同的圖層內，利用MasterCAM中圖層的功能，在確定刀具路徑時，加以調用或隱藏，作圖清晰，編程明了方便。

3.2  整體葉輪零件的模擬數(shù)控加工

設置好刀具加工路徑后，利用MasterCAM系統(tǒng)提供的零件加工仿真模擬功能，觀察切削加工的過程，可用來檢測工藝參數(shù)的設置是否合理，零件在數(shù)控實際加工中是否存在干涉，設備的運行動作是否正確，實際零件是否符合設計要求。同時在數(shù)控模擬加工中，系統(tǒng)還會給出相關加工過程的參數(shù)報表，這樣在實際生產中省去試切的過程，可降低材料消耗，節(jié)約成本。

3.3 生成數(shù)控指令代碼及程序傳輸

通過MASTERCAM模擬數(shù)控加工，確認符合實際加工要求時，就可以利用MasterCAM的后置處理程序來生成NC數(shù)控代碼，MasterCAM系統(tǒng)本身提供了多種后置處理PST程序。對于不同的數(shù)控設備、數(shù)控系統(tǒng)選用相應的后置處理程序。后置處理生成的NC數(shù)控代碼經適當手動修改后如能符合所用數(shù)控設備的要求，就可以輸出到數(shù)控設備，進行DNC加工。

根據零件的尺寸要求，選用材料為AULUMNUM5052直徑為100mm高度為50mm的棒料在數(shù)控車床上加工成階梯弧形狀作為毛坯，然后分以下幾道工序進行加工。

1.運用三爪夾持棒料下端面，采用φ4的硬質合金立銑刀去除流道間的主要余量。這種方式用立銑刀按等高面一層一層地銑削，層與層之間的高度為2mm，加工效率較高。在這一工序中主軸轉速S可以設為8000r/min，進給速度F3000mm/min。

2.進行葉片粗加工，這一工序需要五軸聯(lián)動來進行加工，加工中依然采用φ4R2的球頭刀，運用Mastercam 的“多軸刀路”中的“葉片專家”進行加工，具體的加工的相關參數(shù)在“多軸刀路--葉片專家”對話框中設置。幾個關鍵參數(shù)設置如下：“切削方式”模塊的“加工方式”選為粗加工，“排序方式”選擇“雙向，由前邊緣開始”以提高加工的效率：在“定義組件”模塊中“葉片”選擇兩相鄰的葉片，“輪轂”選擇剛選中的兩相鄰葉片的中間區(qū)域，并且設置“分段數(shù)量”為6。其他參數(shù)可以選擇默認，就可出程序完成粗加工。

3.進行輪轂的精加工，葉片專家中的“精修輪轂”即可，采用φ3R1.5錐度銑刀加工，轉速S12000,進給F4000。

4.進行葉片精加工，在Mastercam 的“多軸刀路”中選擇“曲面實體”并點選“Swaff milling”。在相應的對話框中設置加工參數(shù)。關鍵參數(shù)設置如下：“切削方式”模塊的“切削曲面”選擇葉片側面，“底部曲面”選擇兩相鄰葉片之間的輪轂；“曲面公差”中設定切削公差為0.01，最大距離為0.2。其他參數(shù)可以選擇默認，就可出程序完成本道工序的加工。

5.實體模擬仿真切削。

通過以上步驟最終完成整體葉輪零件的加工。通過三坐標測量儀測量該零件葉片的弧度，均滿足規(guī)定的要求。

在此次整體葉輪的加工中，并沒有采用費用高昂、功能高端的CAD/CAM軟件。熟用MasterCAM使得整個編程工藝過程如行云流水般酣暢淋漓 ，在該五軸CNC機床加工此零件也是龍飛鳳舞，氣貫長虹 ，一個優(yōu)質產品的產出是人、機、物，優(yōu)化配置和良好協(xié)調的結果，不僅僅是某一方面。

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