葉輪在MasterCAM軟件中的軌跡設(shè)置與VERICUT優(yōu)化加工

肖善華，袁永富

(宜賓職業(yè)技術(shù)學院，四川宜賓 644003）

葉輪在MasterCAM軟件中的軌跡設(shè)置與VERICUT優(yōu)化加工

肖善華，袁永富

(宜賓職業(yè)技術(shù)學院，四川宜賓 644003）

分析葉輪五軸數(shù)控加工工藝和加工內(nèi)容，應(yīng)用MasterCAM X6軟件生成葉輪五軸粗加工軌跡、葉輪擴槽及輪轂精加工軌跡、葉片精加工軌跡。在VERICUT仿真軟件中進行機床設(shè)置、添加刀具庫、添加毛坯、添加葉輪加工數(shù)控程序、設(shè)置碰撞及干涉顏色顯示、程序優(yōu)化等操作，經(jīng)仿真得到無碰撞、無過切的五軸葉輪。

MasterCAM X6；VERICUT；葉輪；五軸數(shù)控加工

五軸葉輪曲面加工是現(xiàn)代制造業(yè)的一大難題，用手工編程很難實現(xiàn)，最快捷和高效的方法就是使用自動編程CAD/CAM軟件完成。MasterCAM是最經(jīng)濟、最有效率的CAD/CAM軟件，MasterCAM提供了豐富的五軸曲線、曲面五軸、流線五軸、管道五軸、葉輪專家系統(tǒng)等五軸加工功能，但對復(fù)雜葉輪加工曲面生成的G代碼程序卻不能全面檢查其碰撞和干涉?；诖?，文中提出利用MasterCAM X6軟件生成葉輪五軸加工程序代碼，應(yīng)用優(yōu)秀的VERICUT仿真軟件完成葉輪的模擬仿真和程序優(yōu)化，使其能滿足葉輪五軸生產(chǎn)實際加工需要，提高葉輪加工效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 葉輪五軸數(shù)控加工工藝

1.1 準備葉輪毛坯

葉輪毛坯可以選用焊接件、鑄件、鍛壓件等。其中，焊接件采用將葉片加工成形后焊接在輪轂上的工藝方法，強度較差。為增加葉輪的強度，減少焊接時產(chǎn)生的變形，滿足設(shè)計要求，整體葉輪毛坯大多選擇鍛壓件，經(jīng)數(shù)控車床粗、精車削加工得到葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀，再進行多軸銑削加工得到零件產(chǎn)品。整體葉輪的毛坯如圖1。

圖1 葉輪毛坯

1.2 葉輪加工工藝方案

五軸葉輪加工工藝方案為葉輪開槽粗加工、葉輪擴槽與輪轂精銑加工、葉片曲面精加工。由于葉片之間加工空間狹小、曲率變化較大、葉片扭曲嚴重，另一方面，葉片壁薄，加工時容易產(chǎn)生變形和裂紋，因此，在葉片間及流道內(nèi)要合理控制刀具軸的擺動才能有效防止葉輪的干涉及過切現(xiàn)象，并得到圓滑光順的刀紋。葉輪開槽粗加工盡量選用較大直徑的球頭銑刀從槽的中間位置向外緣進行加工，并保證槽底與輪轂有0.5～1.0 mm的加工余量。葉輪擴槽與輪轂精銑加工在一次加工中完成，既能保證加工精度，又能使輪轂表面刀痕得到較好的一致性。采用較小直徑的球頭銑刀從中心向外側(cè)擴槽，擴槽時保證葉片留有0.0～1.0 mm的精加工余量。最后完成葉片曲面精加工，葉片曲面精加工與清根加工一次完成，能較好保證葉片的精確形狀，同時，使葉片根部圓滑，減少裂紋的產(chǎn)生。

2 葉輪后置程序處理

葉輪零件加工選擇五軸立式數(shù)控加工中心VR-6/50TR機床，該機床配置HAAS數(shù)控系統(tǒng)。要得到正確的五軸葉輪程序，需要在MasterCAM X6軟件中修改五軸后置處理系統(tǒng)。進入MasterCAM X6設(shè)置菜單，單擊“控制器定義”，彈出后置程序?qū)υ捒?，如圖2，單擊“后處理程序”文件，選擇“增加文件”，選擇Generic Haas VF-TR_Series 5X Mill.pst，然后單擊“增加文件”，選擇 Generic Haas VF-TR_Series 5X Mill.pst，選擇“打開”，再選擇“確認”，如圖3所示，完成葉輪五軸后置處理程序設(shè)置。

圖2 選擇后置處理程序

圖3 HASS后置程序

3 葉輪五軸刀路軌跡

3.1 葉輪開槽粗加工軌跡

MasterCAM X6軟件提供豐富的五軸加工模塊，特別是多軸加工有五大類型，共計29種多軸加工方法，用戶可以根據(jù)實際零件的形狀特點合理選擇相應(yīng)的五軸加工方法，生成五軸刀具軌跡。此例葉輪為復(fù)雜的曲面加工，選用自定義應(yīng)用程序中的葉輪專家模塊生成刀路。選擇粗加工刀具為硬質(zhì)合金球頭銑刀，直徑為φ8R4mm，設(shè)置轉(zhuǎn)速3 500 r/min，進給速度為500 mm/min，粗加工參數(shù)設(shè)置如圖4、圖5所示。選擇切削方式:“粗加工”，“從中心偏移”，切削順序:“雙向切削，從頂部開始”；在部分定義選項中設(shè)置葉輪葉片圓角，單擊箭頭，并選擇兩相鄰葉片曲面，輸入精加工預(yù)留量0.3 mm。同理，選擇輪軸，單擊箭頭，并選擇葉盤曲面，如圖6所示。單擊預(yù)留量，分別輸入精加工預(yù)留量0.3 mm，輸入安全高度0.9 mm。其余選項可以默認設(shè)置，生成葉輪粗加工軌跡，如圖7所示。

圖4 粗加工切削方式

圖5 部分定義選項

圖6 選擇葉盤曲面

圖7 葉輪粗加工軌跡

3.2 葉輪擴槽及輪轂精加工軌跡

選擇擴槽加工及輪轂精加工刀具為硬質(zhì)合金球頭銑刀，直徑為φ6R3 mm，設(shè)置轉(zhuǎn)速6 000 r/min，進給速度為300 mm/min，精加工參數(shù)設(shè)置如圖8。選擇切削加工類型:“輪轂修整”，切削方式:“單向切削，從頂部開始”，切削順序:“由左至右”；在部分定義選項中設(shè)置葉輪葉片圓角，單擊箭頭，并選擇兩相鄰葉片曲面，輸入精加工預(yù)留量0及輪軸預(yù)留量0。其余選項可以默認設(shè)置，生成葉輪擴槽加工及輪轂精加工軌跡如圖9所示。

圖8 葉輪輪轂精加工設(shè)置

圖9 輪轂精加工軌跡

3.3 葉片精加工軌跡

進入葉輪專家系統(tǒng)生成葉片精加工刀路，選擇葉片精加工刀具為硬質(zhì)合金球頭銑刀，直徑為φ6R3 mm，設(shè)置轉(zhuǎn)速 6 000 r/min，進給速度為 150 mm/min，刀具選擇參數(shù)見圖10，精加工參數(shù)設(shè)置見圖11。選擇切削加工類型:“葉片修整”，切削方式:“從中心偏移”，在等高外形中選擇“球形”，切削順序:選擇“單個切削，從頂部開始”，切削方向:選擇“順銑”；在部分定義選項中設(shè)置葉輪葉片圓角，單擊箭頭，并選擇兩相鄰葉片曲面，輸入精加工預(yù)留量0及輪軸預(yù)留量0。其余選項可以默認設(shè)置，生成葉片精加工軌跡見圖12。

圖10 葉片精加工刀具參數(shù)

圖11 葉片精加工參數(shù)設(shè)置

圖12 葉片精加工軌跡

4 葉輪的VERICUT仿真優(yōu)化

VERICUT是一款專為制造業(yè)設(shè)計的CNC數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化軟件，VERICUT通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性，來幫助用戶消除編程錯誤和改進切削效率，以避免機床部件與夾具和零件的碰撞。利用VERICUT軟件實現(xiàn)葉輪的五軸數(shù)控虛擬加工仿真，需要建立五軸加工中心機床本體、HAAS控制系統(tǒng)和刀具庫等，通過添加葉輪毛坯，調(diào)用由MasterCAM X6生成的五軸葉輪程序，模擬五軸HAAS數(shù)控機床真實加工環(huán)境，保證虛擬仿真和真實加工環(huán)境的一致性。

4.1 建立HAAS五軸機床三維模型

圖13 機床模型

圖14 選擇毛坯文件

圖15 添加毛坯圖

進入VERICUT仿真界面，在“機床”上用鼠標右擊“打開”，并在圖13中選擇“機床庫”，在機床庫中選擇HAAS_VF2.MCH，再單擊打開，得到五軸機床模型。

4.2 添加葉輪毛坯

進入MasterCAM X6軟件，打開葉輪文件，隱藏其他圖層，僅顯示毛坯圖層，單擊“文件”，另存為yelun.stl，然后進入VERICUT仿真軟件，右擊“打開”STOCK(0，0，0），選擇其下的“模型”、“添加模型”、“模型文件”，選擇圖14的葉輪毛坯文件，單擊“打開”后，完成葉輪毛坯的添加，見圖15。

4.3 添加刀具庫

圖16 刀具庫配置

進入組件樹中選擇“加工刀具”，鼠標右擊，選擇“刀具管理器”，彈出圖16，在該圖中設(shè)置相關(guān)的刀具參數(shù)。單擊圖16右側(cè)的圖形，彈出圖17，選擇刀具組件類型“旋轉(zhuǎn)型刀具”，設(shè)置刀具類型為球頭刀，粗加工選擇直徑為φ8R4 mm，長度為100 mm，刀刃長30 mm，刀柄直徑16 mm，刀具旋轉(zhuǎn)方向為順時針，同理設(shè)置精加工刀具為φ6R3 mm。

圖17 刀具參數(shù)

4.4 添加葉輪加工數(shù)控程序

在組件樹中選擇“數(shù)控程序”，在配置窗口中單擊“添加NC程序文件”按鈕，在彈出的窗口中選擇如圖18所示的yelun.nc文件，完成葉輪數(shù)控程序的導(dǎo)入。

圖18 葉輪數(shù)控程序

4.5 設(shè)置加工原點

在組件樹中選擇“G代碼偏置”，在“配置G代碼偏置”窗口中的“偏置名”下拉列表中選擇“程序零點”按鈕，子系統(tǒng)名為1，寄存器為1，單擊“添加”按鈕，在彈出的圖19窗口中選擇“從組件/到定位”在“名字”下選擇TOOL，在“到組件”在“名字”下選擇STOCK，完成葉輪加工原點的設(shè)置。

圖19 設(shè)置加工原點

4.6 設(shè)置碰撞及超程、干涉等顏色顯示

在VERICUT仿真界面主菜單欄中，單擊“配置”→“機床設(shè)定”，如圖20所示，單擊“碰撞檢測”選項卡，分別選中其X、Y、Z、B、C軸及刀具碰撞選項，使其發(fā)生干涉或碰撞時顯示顏色為紅色。單擊“行程極限”選項卡，分別輸入X、Y、Z、B、C軸的最大、最小極限尺寸，以防止機床在仿真加工運動過程中超程。

圖20 碰撞設(shè)定

4.7 程序優(yōu)化及切削速度優(yōu)化

在VERICUT仿真界面主菜單欄中，單擊“優(yōu)化”、“控制”，選擇優(yōu)化方式為“開”，單擊“yelun.nc文件”，對葉輪的NC代碼進行優(yōu)化處理。單擊“刀具庫管理器”選項卡，選擇第01號刀具，選擇主菜單中的“添加”→“優(yōu)化”→“新”，在其參數(shù)表中對該刀具的進給和轉(zhuǎn)速進行優(yōu)化。

4.8 葉輪仿真

在VERICUT仿真界面中設(shè)置所有的參數(shù)后，單擊“仿真到末端”按鈕，直至葉輪加工仿真完畢，如果在仿真過程中出現(xiàn)碰撞或干涉，需要返回到MasterCAM X6軟件中修改NC程序，直到仿真完畢后無碰撞、無干涉、無過切現(xiàn)象發(fā)生。該葉輪最終優(yōu)化仿真結(jié)果如圖21所示。

圖21 葉輪仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

研究葉輪五軸加工工藝，利用功能強大的MasterCAM X6軟件生成五軸粗、 精加工刀具軌跡，在VERICUT仿真軟件中進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，得到無碰撞、無過切的仿真結(jié)果，為葉輪復(fù)雜零件的機床實際生產(chǎn)加工提供技術(shù)支持。

［1］楊勝群.VERICUT7.0數(shù)控加工仿真技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社，2010.

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［8］肖善華.基于CAXA制造工程師特征造型與MasterCAM9模具加工應(yīng)用實例［J］.模具制造，2007(11）:4－6.

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Impeller Track Set in MasterCAM Software and VERICUT Optim ization Processing

XIAO Shanhua，YUAN Yongfu
(Yibin Vocational and Technical College，Yibin Sichuan 644003，China）

Impeller 5-axis CNC machining process and processing content were analyzed.MasterCAM X6software was used to generate five-axis roughing trajectory of the impeller，the impeller expansion tank and wheels finishing trajectory，blade finishing trajectory.VERICUT simulation software was used tomake tool set，addition of the tool library，addition of rough，addition of impellermachining CNC program，setting collision and interference color display，program optimization etc.Through simulation，five-axis impeller without collision and undercutting was gotten.

MasterCAM X6；VERICUT；Impeller；5-axis CNCmachining

TH164

B

1001－3881(2014）10－059－5

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.018

2013－02－21

肖善華 (1975—），講師，主要研究方向為CAD/CAM及數(shù)控加工。E－mail:yb_99888@163.com。