（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西 柳州 545000）

馬曉宏

0 引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）已顯出巨大的潛力，現(xiàn)代數(shù)控編程加工的CAM軟件五軸加工模塊開發(fā)了典型加工策略，并廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和機(jī)械制造中，運(yùn)用CAD/CAM軟件進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)和加工制造，可使企業(yè)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

近幾年技能大賽中五軸機(jī)床操作方面的技能競(jìng)賽是比較熱門的一項(xiàng)賽事，葉輪件的三維建模和CAM加工是必要的競(jìng)賽內(nèi)容，是五軸加工的主要考點(diǎn)。葉輪作為動(dòng)力機(jī)械的核心部件，在航天、能源動(dòng)力等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。葉輪加工質(zhì)量的好壞直接影響到葉輪的空氣動(dòng)力性能和整個(gè)動(dòng)力裝置的機(jī)械效率。而葉輪由于其特殊的形狀結(jié)構(gòu)，使得葉輪的加工成為機(jī)械加工領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)，因此對(duì)葉輪加工的關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要的意義。

1 模型分析

如圖1所示，該葉輪零件的葉片均布在球面上，加工難度增加，加工葉輪輪轂部分時(shí)，要想達(dá)到較高的表面質(zhì)量，走刀軌跡必須和葉片平行，在無法使用軟件葉輪模塊的情況下，葉輪輪轂的精加工策略的應(yīng)用非?？简?yàn)編程人員的技術(shù)水平。通過對(duì)Mastercam軟件多軸刀路的研究分析，最終找到了適合的多軸刀路。漸變刀路非常適合該葉輪零件的輪轂精加工，該刀路可以很完美的就葉片的形狀生產(chǎn)平行葉片的刀路軌跡。

圖1 葉輪件數(shù)模

葉輪的粗加工我們采用3D優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗切得方式進(jìn)行的，粗加工主要是為了去除余料，我們現(xiàn)在加工的這個(gè)葉輪，葉片較少，葉片之間空間較大，采用定軸方式完全可以完成粗加工，在此就不詳細(xì)介紹了。本文我們主要針對(duì)葉輪輪轂的精加工進(jìn)行詳細(xì)的分析。下面我們?cè)敿?xì)介紹一下漸變刀路的應(yīng)用。

2 漸變刀路應(yīng)用

首先在多軸刀路中找到漸變刀路模塊，打開后我們?cè)趯?duì)話框中依次進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，首先是刀具和刀柄（如圖2所示），由于葉片和輪轂之間的圓弧為R3，我們選用的精加工刀具為直徑為6MM的球頭銑刀，建立刀具后根據(jù)實(shí)際切削參數(shù)設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度。在這里刀柄的設(shè)定很關(guān)鍵，在五軸聯(lián)動(dòng)加工過程中很容易出現(xiàn)碰撞干涉，我們?cè)谏傻堵奋壽E時(shí)一定要根據(jù)實(shí)際情況把機(jī)床、夾具、刀具、毛坯等因素全部考慮。在編程時(shí)一定要把刀柄的參數(shù)按實(shí)際情況設(shè)定，這樣生成刀路軌跡后，我們通過軟件仿真就可以觀察是否有碰撞干涉情況[3]。

圖2 刀具、刀柄參數(shù)設(shè)定

接下來我們進(jìn)行漸變刀路的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定“切削方式”（圖3）在對(duì)話框中我們依次對(duì)曲線（圖4）、模型圖形（圖5）、加工面、類型、切削方式、加工方向、切削間距參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

圖3 切削方式

圖4 曲線拾取

圖5 模型圖形拾取

在此頁面的參數(shù)設(shè)定中，曲線和模型圖形的拾取非常關(guān)鍵，關(guān)系到刀路軌跡是否能沿著葉片的走向，同時(shí)還要滿足輪轂精加工的質(zhì)量，精加工完成后加工表面滿足精度要求，不能有殘留。

在刀軸控制參數(shù)設(shè)定方面也是一項(xiàng)比較重要的數(shù)據(jù)，葉輪輪轂的加工是五軸聯(lián)動(dòng)加工，為了能得到較好的加工質(zhì)量，避免出現(xiàn)干涉過切現(xiàn)象，刀軸控制參數(shù)的設(shè)定很關(guān)鍵，首先輸出方式為五軸，刀軸控制設(shè)定為傾斜曲面，定義側(cè)傾設(shè)定為在每個(gè)位置正交于切削方向，其余參數(shù)默認(rèn)設(shè)定就可以了（如圖6所示）。

圖6 刀軸控制

在應(yīng)用五軸聯(lián)動(dòng)加工零件時(shí)，碰撞檢查是非常關(guān)鍵的，刀肩、刀桿、刀柄是否會(huì)與機(jī)床、夾具、零件產(chǎn)生碰撞干涉，這就需要我們?cè)谑褂镁幊誊浖r(shí)在碰撞控制界面設(shè)定好碰撞檢查參數(shù)，勾選零件的干涉面（如圖7所示）。

圖7 碰撞控制

葉輪輪轂加工過程中，葉片有三個(gè)，故輪轂加工部位有三個(gè)，生成刀路軌跡時(shí)我們只需要完成一個(gè)部位的刀路軌跡就可以了，然后使用軟件的刀路調(diào)整功能（如圖8所示），使用轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)功能，通過旋轉(zhuǎn)復(fù)制出另外兩個(gè)部位的加工刀路軌跡就可以了。

圖8 刀路調(diào)整

在使用Mastercam軟件編程時(shí)，最重要的一項(xiàng)參數(shù)設(shè)定就是平面的設(shè)定（圖9所示）。在軟件中分別有工作坐標(biāo)系、刀具平面、繪圖平面三個(gè)平面設(shè)定，大家在使用軟件時(shí)一定要結(jié)合加工的實(shí)際情況，如實(shí)的設(shè)定這三個(gè)平面，三個(gè)平面必須與實(shí)際情況相符合。通過以上參數(shù)的設(shè)定，我們就可以生成葉輪零件輪轂的精加工刀路軌跡（如圖10所示）。使用漸變刀路模式生成的刀路軌跡，完全滿足加工要求。根據(jù)實(shí)際加工結(jié)果，零件的精度和質(zhì)量完全達(dá)到要求。型面的加工質(zhì)量，工作性能符合整機(jī)的性能[4-5]。

圖9 平面參數(shù)

圖10 漸變刀路軌跡

3 結(jié)語

Mastercam漸變編程策略具有幾何形狀上的典型代表性，是軟件開發(fā)者根據(jù)常見的工業(yè)產(chǎn)品、軍工產(chǎn)品和其他需要使用五軸機(jī)床加工的零件中典型幾何形狀的集成，在如此繁多的編程策略中，究竟每一種編程策略對(duì)應(yīng)什么樣的加工特征對(duì)象，經(jīng)過多次編程加工實(shí)踐，探討了Mastercam的編程加工策略應(yīng)用方法，并比較分析了相對(duì)應(yīng)的刀軸控制應(yīng)用形式以及機(jī)床結(jié)構(gòu)種類參數(shù)的設(shè)定方法。該加工方法能很好的兼顧零件的加工質(zhì)量和效率，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。