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(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

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基于Edgecam的葉輪五軸加工技術(shù)研究

田曉春，王海飛，李聰，祝捷

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

針對整體葉輪的加工問題，研究了數(shù)控程序的編制方法。首先，基于Edgecam軟件提出了葉輪加工的加工工藝方案。然后，闡述了程序編制、加工仿真和后置處理等關(guān)鍵技術(shù)。最后，以某零件的實(shí)際加工為例，測試了該方法的有效性，實(shí)現(xiàn)了葉輪制造的智能化和快速化，為其他機(jī)床的葉輪編程和加工提供了借鑒。

葉輪；數(shù)控編程；Edgecam；加工仿真

Edgecam是由Vero公司開發(fā)的智能數(shù)控車銑加工編程系統(tǒng)[1-2]，客戶使用量居于獨(dú)立CAM系統(tǒng)前列，可以讀入主流商務(wù)CAD軟件的所有數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行程序編制，具有智能化的編程方式，界面友好，能夠定制復(fù)雜機(jī)床的后置處理系統(tǒng)，特別適合于復(fù)雜零件的數(shù)控程序編制。因此，基于Edgecam軟件研究了整體葉輪的數(shù)控加工程序編制問題，提出了工藝設(shè)計(jì)、程序編制和后置處理等關(guān)鍵性技術(shù)的解決方案。

1　關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法

1.1工藝設(shè)計(jì)

葉輪通常連接于轉(zhuǎn)子上，以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，為了獲得更好的流體力學(xué)性能，采用了雙參數(shù)扭轉(zhuǎn)曲面的設(shè)計(jì)方案。傳統(tǒng)葉輪采用分體加工制造方式，而后進(jìn)行焊接，形成裝配件。整體葉輪是指輪廓和葉片由同一毛坯體整體加工形成。整體葉輪工作在高溫高壓環(huán)境中，材料為難加工的合金材料，相鄰葉片間的空間范圍狹小，葉片屬于薄壁類零件，具有如下特點(diǎn)：葉片相對較長，剛度較低，加工過程中易產(chǎn)生變形；葉片曲面在加工時(shí)只能使用直徑較小的刀具，刀具容易折斷; 葉片扭曲的曲率大，加工時(shí)容易產(chǎn)生干涉。

圖1　典型葉輪

整體葉輪主要由葉片、輪轂兩部分組成，葉片和輪轂交界處的葉根圓角R0.5過渡。葉輪有12片葉片，直徑為100mm，高度為45mm,葉片厚度的最薄處為0.8mm,相鄰葉片間的最小間距為8mm，如圖1所示。

選擇圓柱體毛坯進(jìn)行加工，其直徑為100mm，高度為120mm。按照數(shù)控加工工藝規(guī)劃的原則,擬定出整體葉輪的初步加工工藝方案,然后對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后制定好加工工藝，如表1所示。

表1　數(shù)控加工簡明工藝過程

1.2程序編制

Edgecam可以讀入主流CAD軟件的模型數(shù)據(jù)，具有數(shù)控車和數(shù)控銑兩種編程環(huán)境，可以無縫切換[3-4]，編程流程如圖2所示。

圖2　梯形螺紋編程功能流程

數(shù)控車削的程序編制由普通車床的外圓車削和端面車削功能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車削完成后，利用五軸機(jī)床對葉片進(jìn)行加工。葉片的加工程序采用高級五軸功能中的ModuleWorks多葉片加工模式進(jìn)行編程，具有葉片粗加工、葉片精加工和流道面精加工等方式。

圖3　葉片編程

葉片的加工界面如圖3所示，其中刀軌計(jì)算策略具有與流道面平行、與葉冠面平行和混合模式等策略，該程序采用與流道面平行策略。在刀具軌跡的加工次序上具有起始于葉輪出口邊的往復(fù)加工、起始于葉輪出口邊的單向加工、起始于葉輪進(jìn)口邊的往復(fù)加工和起始于葉輪進(jìn)口邊的單向加工等模式，該程序采用起始于葉輪出口邊的往復(fù)加工形式，可以設(shè)置步幅深度和步距數(shù)值。數(shù)控編程后的銑削刀具軌跡如圖4所示。

圖4　刀具軌跡

葉輪零件程序編制完成后，需要利用Edgecam進(jìn)行加工仿真，用以檢測程序的正確性。在數(shù)控銑床上對葉輪零件進(jìn)行加工時(shí)，由于五軸指令空間運(yùn)動(dòng)變換的復(fù)雜性，零件需要大角度的聯(lián)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過程中容易發(fā)生刀具、機(jī)床主軸與夾具、機(jī)床工作臺(tái)的碰撞，使機(jī)床受到損傷。

為了真實(shí)再現(xiàn)銑削加工的運(yùn)動(dòng)情況，在Edgecam編程時(shí)需要建立夾具的三維模型。通過仿真得到的加工結(jié)果如圖5所示，仿真結(jié)果驗(yàn)證了程序編制的正確性。

1.3后置處理

后置處理是生成具體加工用NC程序的過程，Edgecam使用代碼向?qū)odeWizard程序生成加工用機(jī)床的接口CGD文件。在構(gòu)造CGD文件時(shí)需要建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型、幾何模型和數(shù)控系統(tǒng)模型。運(yùn)動(dòng)模型表達(dá)機(jī)床部件間的裝配關(guān)系，表征幾何模型的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；幾何模型是機(jī)床部件的三維實(shí)體模型，如圖6所示。

圖5　Edgecam仿真加工結(jié)果

數(shù)控系統(tǒng)模型承擔(dān)對具體的機(jī)床NC數(shù)控指令的解釋作用，在CodeWizard中采用菜單交互式選擇方式設(shè)置，包括對機(jī)床總體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，定制程序字的樣式，選擇具體的NC代碼樣式，定制代碼構(gòu)造器和輔助M功能[5-6]。對特殊的機(jī)床結(jié)構(gòu)和代碼格式的指令需要利用專有的CODE語言在代碼構(gòu)造器中進(jìn)行定制。

圖6　機(jī)床幾何模型

數(shù)控銑加工用機(jī)床DMU50的具體機(jī)床參數(shù)如表2所示，需按照機(jī)床參數(shù)定制設(shè)置程序字的樣式。

表2　DMU50機(jī)床參數(shù)

DMU50具體的機(jī)床數(shù)控程序特殊指令如表3所示，需要在NC代碼樣式中進(jìn)行設(shè)置。

2　應(yīng)用實(shí)例

經(jīng)過實(shí)際切削加工得到的成品零件如圖7所示，經(jīng)過數(shù)控坐標(biāo)測量機(jī)檢驗(yàn)，尺寸滿足要求；對比分析表面粗糙度達(dá)到圖紙要求，加工的零件合格。

表3　DMU50特殊指令

圖7　實(shí)際切削零件

3　結(jié)　論

1)Edgecam能夠很好地解決復(fù)雜葉輪的數(shù)控加工程序編制問題，程序編制界面友好，刀具路徑的控制策略靈活，參數(shù)的輸入方便，程序易于編制。

2)Edgecam具有強(qiáng)大的仿真加工功能，具有仿真建模和分析方法，能夠真實(shí)地模擬零件的加工狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)零件的欠切和過切，可以避免刀具、機(jī)床主軸同夾具和工作臺(tái)的碰撞。

3)通過實(shí)際加工得到合格的零件，證明了基于Edgecam的葉輪五軸加工解決方案能夠滿足葉輪的制造需求，為其他葉輪的加工提供了參考。

[1]李鐵鋼.基于Edgecam的車銑復(fù)合編程技術(shù)研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2015,11(4):374-377.

[2]李鐵鋼.基于Edgecam的禮品雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)開發(fā)[J].制造技術(shù)與機(jī)床：2015(2)：29-31.

[3]鄧文超.梯形螺紋各種車削方法之比較[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2015(4)：67-68.

[4]李鐵鋼.基于UGPostbuilder的五軸后置處理器設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2009,31(10):72-74.

[5]RaoYUN-qing，HuangGang，LiPei-gen，etal.Anintegratedmanufacturinginformationsystemformasssheetmetalcutting[J].IntJAdvManufTechnol，2007，33：436-448.

[6]李鐵鋼.基于Edgecam的電極自動(dòng)化編程系統(tǒng)開發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2015,1(上):127-129.

(責(zé)任編輯張凱校對佟金鍇)

ResearchonFive-AxisCNCMachiningforImpellerBasedonEdgecam

TIANXiao-chun,WANGHai-fei,LICong,ZHUJie

(SchoolofMechanicalEngineering,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,LiaoningProvince)

Inordertosolvethemachiningproblemonimpeller,themethodofautomaticCNCprogrammingwasintroduced.Firstly,theprocessesplanningforprogramminginEdgecamsoftwarewasproposed.Then,thekeytechnologyofprogramming,machiningsimulationandpost-processingwerestudied.Finally,thecasestudyusedbyimpellerintypicalpartvalidatedtheproposedmethod,whichwouldprovidereferenceforthemanufacturingintelligentlyandrapidlyinotherparts.

impeller;CNCprogramming;Edgecam;machiningsimulation

2016-06-13

沈陽工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目葉輪的五軸數(shù)控編程和虛擬加工(201511632107)

田曉春(1994-)，男，遼寧沈陽人。

王海飛(1979-)，男，遼寧錦州人，高級實(shí)驗(yàn)師，碩士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.03.020

TP391

A

1673-1603(2016)03-0284-05