離心葉輪粗加工基于UltraCAM的編程實(shí)踐

◇宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 華 奇 李玉龍

針對(duì)離心葉輪粗加工的數(shù)控編程與CAM仿真，依序展開UltraCAM編程軟件下的CAD模型導(dǎo)入和粗加工CAM操作，其下的余量、方法、刀路、姿態(tài)、刀具設(shè)置和后處理設(shè)置及VERICUT的CAM仿真，方法簡(jiǎn)單可靠，編程的質(zhì)量好、效率高。

1 前言

離心葉輪廣泛應(yīng)用于航空與能源設(shè)備等重要鄰域，具有葉片厚度小、曲面要求高、葉片間距小等結(jié)構(gòu)特征，因此加工上具有一定的難度，傳統(tǒng)上多先鑄造后電火花/電解加工的工藝流程。隨著五軸加工中心的日益普及[1]，逐漸偏向于數(shù)控銑削的加工工藝，相應(yīng)的數(shù)控程序常采用國(guó)外的通用編程軟件，例如UG、Concepts NREC和HyperMill等[2-3]。經(jīng)過多年國(guó)產(chǎn)化的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的編程軟件層出不窮，其中，蘇州千機(jī)智能技術(shù)有限公司自主研發(fā)的一款適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件的專用編程軟件UltraCAM，因其豐富的加工策略庫(kù)、易用的模型處理、一鍵式后置處理等功能模塊，能有限降低編程時(shí)間和提高加工質(zhì)量，深受業(yè)界用戶的歡迎。鑒于此，本文擬基于UltraCAM軟件展開離心葉輪的粗加工編程實(shí)踐，為后續(xù)實(shí)際加工提供合理的加工策略和最優(yōu)的加工工藝[4]。

2 葉輪結(jié)構(gòu)與加工策略分析

離心葉輪主要由有輪轂、主葉片、分流葉片三大部分組成，如圖1所示。由于葉輪開粗的去除材料量大，層銑只能靠銑刀頭部的刀刃去除材料，而擺線銑則可以充分利用刀具的側(cè)刃，快速高效地去除毛胚材料，故擺線銑更為合適。

圖1 離心葉輪的結(jié)構(gòu)

3 粗加工程序之模型的導(dǎo)入

通過導(dǎo)入離心葉輪3D/CAD模型的 *.IGS數(shù)據(jù)文件，和設(shè)置相關(guān)的葉片數(shù)目、葉片型面、輪轂面、圍帶面、后緣面、前緣、過渡圓角半徑，及葉片前后緣左側(cè)點(diǎn)、右側(cè)點(diǎn)，使UltraCAM軟件得到相關(guān)必備的數(shù)據(jù)來源，如圖2所示。

圖2 CAD數(shù)據(jù)的CAM前導(dǎo)入

4 流道擺線銑粗加工

第一步，在操作視圖中創(chuàng)建新的粗加工分組并添加流道擺線銑粗加工策略，如圖3所示。

圖3 粗加工操作設(shè)置

第二步，設(shè)置粗加工之余量，其中到葉片、輪轂和圍帶的余量均設(shè)置為0.4mm，葉片前后緣余量設(shè)置為5mm。余量設(shè)置按實(shí)際加工需求設(shè)置，如圖4左所示。

圖4 粗加工的余量與設(shè)置

第三步，設(shè)置粗加工之方法為U型。其中，從葉輪的前緣開始加工，其余加工參數(shù)可按實(shí)際加工需求設(shè)置，如圖4右所示。

第四步，設(shè)置粗加工之刀路。其中，數(shù)據(jù)點(diǎn)越多道路計(jì)算速度越慢，精度越高；深度方向、長(zhǎng)度方向、切深方向和切寬方向取值范圍為0-1，起始處為0，終止處為1，之間用小數(shù)表示，如圖5左所示。

第五步，設(shè)置粗加工之姿態(tài)。其中，碰撞檢查點(diǎn)數(shù)為每條刀路離散成一定數(shù)量的點(diǎn)，在每個(gè)點(diǎn)上做干涉檢查，確定刀軸方向，碰撞檢查點(diǎn)數(shù)越多計(jì)算精度越高，但計(jì)算速度越慢。其中，到主葉片的自由角度為刀具在主葉片碰撞點(diǎn)與刀位點(diǎn)連線的偏移角度（側(cè)傾角）；到相鄰葉片的自由角度為刀具在相鄰葉片碰撞點(diǎn)與刀位點(diǎn)連線的偏移角度。自由范圍為在每個(gè)刀位點(diǎn)上，刀具可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍。每回路的平滑點(diǎn)數(shù)：每條刀路上平滑點(diǎn)數(shù)越多，刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)越光順，但計(jì)算速度越慢，加工效率越低。此類均可以根據(jù)加工的需求與精度自行設(shè)置。如圖5右所示。

圖5 粗加工的刀路和姿態(tài)設(shè)置

第六步，設(shè)置粗加工之刀具。其中，考慮到兩葉片間距小，側(cè)刃切削深度大，開粗使用刀具為D4R2的整體硬質(zhì)合金球頭銑刀。配置銑刀參數(shù)，并根據(jù)切削材料計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給量，如圖6左上角所示。

圖6 粗加工的刀具設(shè)置和刀路仿真

第八步，葉輪后緣粗加工編程。只需將參數(shù)配置界面中“方法”一欄中的起始位置改為后緣即可，其余操作與前緣粗加工保持一致，如圖7左所示。

圖7 葉輪后緣粗加工及后處理設(shè)置

第九步，后處理配置。因?yàn)閷⑹褂?GF的Mikron P800 五軸加工中心加工葉輪，所以后處理配置將選擇Heidenhain iTNC 640控制系統(tǒng)的Mikron P800后處理配置文件。通過點(diǎn)擊圖標(biāo)，將生成*.H的NC代碼文件，如圖7右所示。

5 VERICUT仿真

將經(jīng)過后置處理過的NC代碼加載到建立好的Mikron P800仿真環(huán)境中，運(yùn)行程序。通過VERICUT軟件的模擬，可以查看加工運(yùn)行中是否存在工件、刀具和機(jī)床間是否存在干涉，確保加工的安全與精度，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 VERICUT仿真結(jié)果