基于HyperMILL和VERICUT的整體葉輪五軸聯(lián)動加工與仿真

龔建全 孫華 鄧禹 胡方平 邱章令

摘要：本文利用專業(yè)多軸數(shù)控編程軟件HyperMILL，對整體葉輪的五軸聯(lián)動加工策略進(jìn)行分析和實現(xiàn)。首先，工藝分析并擬定加工路徑，最后生成POF刀路文件導(dǎo)入VERICUE仿真軟件，實現(xiàn)了整體葉輪加工過程仿真和刀具軌跡優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：HyperMILL 整體葉輪 五軸聯(lián)動 VERICUT 仿真

1 概述

整體葉輪的加工一直是加工過程中長期困擾人們的問題。在葉片之間有大量的材料需要去除。為了使葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結(jié)構(gòu)，故其加工復(fù)雜性一直讓工程師們頭痛不已。HyperMILL軟件中有專門加工葉輪的模塊，使得原本極其復(fù)雜的編程變得簡單，利用模塊就能輕松獲得所需要的參數(shù)。

2 加工整體葉輪的工藝流程

在本文所述零件加工中，需要加工的表面主要為流道面、葉片表面和過渡圓角面。另外葉片之間有大量材料需要去除，由于不同表面在加工中都有不同的精度要求，因此，在安排工序時，為了保證葉輪的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本，要遵循工序集中、先粗后精的加工原則，盡可能減少換刀和裝夾。所以本文采用的加工流程為：①對葉輪基本回轉(zhuǎn)體進(jìn)行粗加工和精加工。②葉輪流道開槽加工。③葉輪流道及葉片半精加工。④流道精加工。⑤葉片精加工。

3 基于HyperMILL的整體葉輪加工刀路設(shè)計

基于HyperMILL 軟件對葉輪的五軸部分進(jìn)行加工，創(chuàng)建葉輪特征模型，分析和選用加工策略，創(chuàng)建用戶刀具庫，在參數(shù)選項卡中進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，生成葉輪五軸加工軌跡仿真，以及加工方法，如表1所示，為葉輪加工提供了最優(yōu)化的解決方案。

4 基于VERICUT軟件的虛擬仿真

VERICUT軟件已廣泛應(yīng)用于航空、模具制造等行業(yè)，其最大特點是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序。

4.1 虛擬機床的構(gòu)建 首先用UG三維建模軟件構(gòu)建DMU50V型五軸聯(lián)動數(shù)控機床，如圖1所示，再生成IGES格式文件，最后導(dǎo)入到VERICUT中設(shè)置好相對位置關(guān)系，其模型樹如圖2所示。

4.2 刀具軌跡的仿真 為了避免程序錯誤造成零件過切、干涉和撞機等，利用VERICUT軟件進(jìn)行仿真加工。具體操作步驟：①配置好控制系統(tǒng)文件以及刀具庫文件。②添加夾具模型和毛坯模型。③設(shè)置G代碼零點偏置。④添加經(jīng)后置處理的數(shù)控程序。⑤單擊復(fù)位按鈕，使機床復(fù)位。⑥單擊播放按鈕，如圖3所示，進(jìn)行刀路軌跡仿真。

5 刀具軌跡的優(yōu)化

優(yōu)化主要針對不同的刀具，工件材料和切削條件而建立的進(jìn)給速度和主軸速度的切削參數(shù)庫。VERICUT軟件集成了一個Ingersoll刀具的切削參數(shù)庫，可供參考應(yīng)用VERICUT所有的優(yōu)化設(shè)定都保存在中央數(shù)據(jù)庫，按類型（如不同的刀具，數(shù)控機床等）分類存放。通過設(shè)定，基于恒定的材料去除量、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及角度，恒定線速度CSS等方面進(jìn)行設(shè)置參數(shù)。VERICUT通過對刀具路徑的調(diào)整，減少空行程，合理地進(jìn)行參數(shù)修改，能極大地提高加工效率。本文以葉輪加工為研究模型，通過優(yōu)化節(jié)約了33.9%的加工時間，讓加床利用率達(dá)到了100%。

6 總結(jié)

整體葉輪的加工一直是加工過程中長期困擾人們的問題。在葉片之間有大量的材料需要去除。為了使葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結(jié)構(gòu)，這給葉輪加工提出了更高的要求。利用VERICUT軟件虛擬仿真，可以檢測出加工過程中可能存在的問題，為用戶挽回不必要的損失。

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