摘要

CAXA制造工程師2008是我國(guó)自主研發(fā)的CAD/CAM軟件，在造型和多軸加工方面都為國(guó)內(nèi)用戶(hù)提供了較為實(shí)用的操作界面和加工策略，并為加工葉輪提供了專(zhuān)用的加工方案。但其仿真功能還十分有限，只能對(duì)路徑模擬而不能實(shí)體仿真，對(duì)最后結(jié)果還不能精確的檢測(cè)。配合VERICUT仿真軟件會(huì)使設(shè)計(jì)、加工的葉輪作準(zhǔn)確的校驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題返回CAXA中修改完善。通過(guò)二者的配合使用，使加工程序的可靠性大大提高，保證了一次加工產(chǎn)品的成功率。

關(guān)鍵詞：CAXA  葉輪  仿真  VERICUT 

Abstract

CAXA manufacturing engineer in 2008 is China's own R & D of CAD / CAM software, in the form and multi-axis processing for domestic users with a more useful interface and processing strategy, as well as processing of the impeller to provide a dedicated processing program. However, the simulation.

Key words: CAXA  Impeller  Simulation  VERICUT

Author unit: China First Heavy Industry Technician

葉輪是航天器材與電動(dòng)機(jī)的核心部件，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域，其加工質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的工作性能有決定性影響。由于葉輪葉片的形狀是由機(jī)械中最難加工的復(fù)雜曲面構(gòu)成的，因此，葉輪的加工長(zhǎng)期以來(lái)一直是工藝人員研究的主要對(duì)象。隨著CAD/CAM、仿真軟件與多軸數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，葉輪的加工精度和效率，才得以滿(mǎn)足和提高。

葉輪的造型

考慮到加工的需要，只用線框和曲面造型就可以滿(mǎn)足加工條件。葉輪的造型尺寸如表1所示，葉輪造型如圖1所示。

    表1  葉輪輪造型參數(shù)                            圖1  葉輪

葉輪的加工

葉輪的形狀較為簡(jiǎn)單，精度較低，為了降低加工成本，在配有A軸的數(shù)控立式加工中心上完成葉輪的加工任務(wù)。四軸平切面加工策略是對(duì)回轉(zhuǎn)體的外圓表面加工，無(wú)法生成適合加工葉輪的走刀軌跡。而四軸曲線加工可以完成葉片的加工，通過(guò)VERICUT的仿真，發(fā)現(xiàn)葉片的根部過(guò)切較嚴(yán)重，出現(xiàn)了超差現(xiàn)象。

借鑒MASTERCAM對(duì)葉片加工的經(jīng)驗(yàn)，可以用五軸側(cè)銑完成葉片的加工，后通過(guò)修改后處理生成加工程序。在CAXA中的加工方案又略有不同，用五軸側(cè)銑生成五軸加工走刀軌跡，再通過(guò)五軸轉(zhuǎn)四軸加工軌跡的方式，將五軸軌跡轉(zhuǎn)換成四軸軌跡，用軟件中提供的四軸后處理完成程序的生成任務(wù)。                                          

1.五軸側(cè)銑加工參數(shù)設(shè)置

切削行數(shù)選項(xiàng)決定加工的精度，行數(shù)越多加工的精度就越高，但加工效率會(huì)受到影響，要根據(jù)實(shí)際加工精度和效率綜合考慮加工參數(shù)設(shè)置。最大步長(zhǎng)和加工誤差可以控制零件加工的尺寸精度。

刀具選擇 平底刀，要求擴(kuò)展方式中進(jìn)刀和退刀要有一定的距離，否則刀具切入工件時(shí)的切削量會(huì)很大，容易撞壞刀具。偏置方式選擇刀軸偏置，相當(dāng)于對(duì)刀具建立刀具半徑補(bǔ)償，以使加工的輪廓面能夠符合圖紙要求。起止高度、安全高度和下刀相對(duì)高度的數(shù)值要根據(jù)工件的大小及工件原點(diǎn)的具體位置確定參數(shù)，以免進(jìn)刀、加工和退刀時(shí)刀具與工件或夾具相撞，發(fā)生干涉現(xiàn)象。

加工對(duì)象不是曲面和實(shí)體，而是組成曲面的線框。在五軸側(cè)銑中，只選擇葉片的上下兩相對(duì)曲線即可，不能選擇相鄰的兩條曲線，否則生的成軌跡是錯(cuò)誤的，不能對(duì)葉片進(jìn)行正確的加工。

使用五軸側(cè)銑加工策略，使刀具的切削刃始終與葉片的被加工表面相切，利用了刀具的最佳切削部位對(duì)工件切削，充分發(fā)揮了五軸數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)。但利用五軸數(shù)控機(jī)床加工上例中的葉輪成本會(huì)很高，為了降低成本，可以采用四軸機(jī)床加工。這就需要把五軸側(cè)銑加工軌跡轉(zhuǎn)換成四軸軌跡，生成四軸加工程序清單。

2.生成加工程序

為了提高加工表面光潔度，減小切削力，要采用順銑的方式銑削。葉輪的葉片厚度較小，容易變形，要粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行，并且在粗、精加工階段分層銑削以達(dá)到減小變形的目的，葉片的內(nèi)外表面分兩個(gè)加工階段，每個(gè)階段分別生成單獨(dú)的程序清單。

CAXA制造工程師2008的后置處理分為兩種，第一種是為三軸數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)備的，只能生成三軸數(shù)控機(jī)床程序。第二種是為四軸或五軸數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)的，可以生成四軸或五軸加工程序。本文采用第二種后置處理，選擇fanuc_4axis_A后置處理文件，繞X軸旋轉(zhuǎn)方式，生成四軸加工程序清單。

需要強(qiáng)調(diào)的是，不能對(duì)所有葉片都生成加工軌跡和加工程序，如果抬刀、進(jìn)刀和退刀處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)損壞工件或刀具。所以只對(duì)一個(gè)葉片作加工處理，在加工時(shí)對(duì)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，就可以用一組程序加工出所有的葉片了。

葉輪加工仿真

目前應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、模具制造等行業(yè)的VERICUT加工仿真軟件是一款專(zhuān)業(yè)的數(shù)控加工仿真軟件，具有優(yōu)越的仿真功能和靈活的仿真環(huán)境構(gòu)建功能。VERICUT軟件可仿真數(shù)控車(chē)床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過(guò)程，具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，可以對(duì)切削模型進(jìn)行尺寸測(cè)量，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序削加工。

基于VERICUT軟件構(gòu)建的數(shù)控加工仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控編程的虛擬制造，比刀位文件仿真更真實(shí)、直觀。仿真后的NC程序不用試切可直接輸入機(jī)床進(jìn)行加工，極大地提高了數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。使用VERICUT大大減小了編程的風(fēng)險(xiǎn)，提高了編程的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

       葉輪的仿真需要構(gòu)建四軸數(shù)控方式銑床，如圖3所示，數(shù)控操作系統(tǒng)選擇fan21im。對(duì)A軸要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)設(shè)置，當(dāng)加工完一個(gè)葉片后，A軸以22.5角度增量旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到用一組程序加工所有葉片的目的，仿真結(jié)果如圖4所示。

加工精度檢驗(yàn)

仿真后的葉輪還需要精度檢驗(yàn)，特別是葉片的厚度不能超過(guò)允許的公差。第一種驗(yàn)證方法可以用X測(cè)量規(guī)中的材料厚度，對(duì)葉片厚度檢測(cè)，加工公差控制在 范圍內(nèi)，滿(mǎn)足使用要求。第二種驗(yàn)證方法可以用自動(dòng)-比較功能，將在CAXA中設(shè)計(jì)好的葉輪模型導(dǎo)入到VERICUT中，仿真模型與設(shè)計(jì)模型以曲面的方式按設(shè)定好的公差比較，同樣驗(yàn)證葉片的厚度控制在了圖紙要求的公差范圍內(nèi)。

結(jié)論

通過(guò)使用CAXA制造工程師2008和VERICUT仿真軟件極大的提高了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造效率，按照設(shè)計(jì)與仿真得到的加工方案和結(jié)論，經(jīng)加工檢驗(yàn)，葉輪滿(mǎn)足使用要求。