摘要

CAXA制造工程師2008是我國自主研發(fā)的CAD/CAM軟件，在造型和多軸加工方面都為國內(nèi)用戶提供了較為實用的操作界面和加工策略，并為加工葉輪提供了專用的加工方案。但其仿真功能還十分有限，只能對路徑模擬而不能實體仿真，對最后結果還不能精確的檢測。配合VERICUT仿真軟件會使設計、加工的葉輪作準確的校驗，對出現(xiàn)的問題返回CAXA中修改完善。通過二者的配合使用，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機的核心部件，被廣泛應用于機械工業(yè)等領域，其加工質量對產(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械中最難加工的復雜曲面構成的，因此，葉輪的加工長期以來一直是工藝人員研究的主要對象。隨著CAD/CAM、仿真軟件與多軸數(shù)控技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，葉輪的加工精度和效率，才得以滿足和提高。

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。四軸平切面加工策略是對回轉體的外圓表面加工，無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VERICUT的仿真，發(fā)現(xiàn)葉片的根部過切較嚴重，出現(xiàn)了超差現(xiàn)象。

借鑒MASTERCAM對葉片加工的經(jīng)驗，可以用五軸側銑完成葉片的加工，后通過修改后處理生成加工程序。在CAXA中的加工方案又略有不同，用五軸側銑生成五軸加工走刀軌跡，再通過五軸轉四軸加工軌跡的方式，將五軸軌跡轉換成四軸軌跡，用軟件中提供的四軸后處理完成程序的生成任務。                                          

1.五軸側銑加工參數(shù)設置

切削行數(shù)選項決定加工的精度，行數(shù)越多加工的精度就越高，但加工效率會受到影響，要根據(jù)實際加工精度和效率綜合考慮加工參數(shù)設置。最大步長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，要求擴展方式中進刀和退刀要有一定的距離，否則刀具切入工件時的切削量會很大，容易撞壞刀具。偏置方式選擇刀軸偏置，相當于對刀具建立刀具半徑補償，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高度的數(shù)值要根據(jù)工件的大小及工件原點的具體位置確定參數(shù)，以免進刀、加工和退刀時刀具與工件或夾具相撞，發(fā)生干涉現(xiàn)象。

加工對象不是曲面和實體，而是組成曲面的線框。在五軸側銑中，只選擇葉片的上下兩相對曲線即可，不能選擇相鄰的兩條曲線，否則生的成軌跡是錯誤的，不能對葉片進行正確的加工。

使用五軸側銑加工策略，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工件切削，充分發(fā)揮了五軸數(shù)控機床的優(yōu)勢。但利用五軸數(shù)控機床加工上例中的葉輪成本會很高，為了降低成本，可以采用四軸機床加工。這就需要把五軸側銑加工軌跡轉換成四軸軌跡，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、精加工分開進行，并且在粗、精加工階段分層銑削以達到減小變形的目的，葉片的內(nèi)外表面分兩個加工階段，每個階段分別生成單獨的程序清單。

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)控機床準備的，只能生成三軸數(shù)控機床程序。第二種是為四軸或五軸數(shù)控機床開發(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軸旋轉方式，生成四軸加工程序清單。

需要強調的是，不能對所有葉片都生成加工軌跡和加工程序，如果抬刀、進刀和退刀處理不當會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，嚴重的會損壞工件或刀具。所以只對一個葉片作加工處理，在加工時對坐標系旋轉，就可以用一組程序加工出所有的葉片了。

葉輪加工仿真

目前應用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)的VERICUT加工仿真軟件是一款專業(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)境構建功能。VERICUT軟件可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設備的數(shù)控加工過程，具有真實的三維實體顯示效果，可以對切削模型進行尺寸測量，并能保存切削模型供檢驗、后續(xù)工序削加工。

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

       葉輪的仿真需要構建四軸數(shù)控方式銑床，如圖3所示，數(shù)控操作系統(tǒng)選擇fan21im。對A軸要進行旋轉設置，當加工完一個葉片后，A軸以22.5角度增量旋轉，以達到用一組程序加工所有葉片的目的，仿真結果如圖4所示。

加工精度檢驗

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

結論

通過使用CAXA制造工程師2008和VERICUT仿真軟件極大的提高了產(chǎn)品的開發(fā)和制造效率，按照設計與仿真得到的加工方案和結論，經(jīng)加工檢驗，葉輪滿足使用要求。