基于 MasterCAM 的曲面多轴加工实例分析

    在三轴数控机床加工中，规则斜面和曲面可以通过插补的方法来加工，但精度和效率不高，对于一些特殊的曲面，通常需要多轴联动加工。多轴加工相对于三轴加工有许多优势，比如扩大了加工范围，提高了加工精度和效率等。目前多轴曲面加工一般都是借助各种CAM软件进行编程，MasterCAM 就是其中之一，它提供的曲线(Multiaxis→Curve5ax)、钻孔(Multiaxis→Drill5ax)、拔摸角面(Multiaxis→Swarf5ax)、曲面流线(Multi-axis→Msurf5ax)、多重曲面(Multiaxis →Flow5ax)和旋转四轴(Multiaxis→Rotary4ax)等多轴加工方法，如图1所示。尤其是在多重曲面加工方面，MasterCAM达到了实用化的阶段：Mas-terCAM能够把CAD造型和CAM数控编程集成于一个系统环境中，完成零件的造型、刀具路径的生成、加工模拟仿真、数控程序生成以及与数控机床进行通讯，完成数据传输，最终完成零件的加工。

一、问题的提出

    叶轮在目前很多行业中得到了广泛的应用，如图2所示。由于叶轮属于动力元件，其成型技术往往影响到所设计产品的性能。加之所有叶片都比较薄，加工时易变形，导致最终叶片截面形状与原设计有较大误差。

    叶轮的曲面特点如采用普通的三轴数控加工方法，非常困难，不仅装夹次数多，而且在加工叶片底部时会在顶部存在干涉现象，因此往往要求多轴数控机床进行加工才能完成。而采用MasterCAM造型，并用曲面多轴加工方法生成走刀路径，则刀具轴线方向可以根据曲面特点自由控制，因此刀具的实际加工角度和切削条件得到改善(图3)，一次装卡就可以把叶片以及叶根同时加工出来，同时能保证加工后叶片的变形小，叶片表面的光洁度高，从而提高了叶轮的加工质量和效率。

二、零件造型和零件加工工艺分析

    根据图2所示，分析零件的结构和特点，确定CAD造型方法，在MasterCAM 绘图区依据零件图生成零件模型：该零件为回转零件，采用旋转功能构建基体，绘制第一曲线和第二曲线，如图4所示，并生成扫描曲面构建叶片，周边叶片结构相同，采用旋转复制功能生成其余叶片。叶片槽中包含叶片的左右两面、倾斜曲线和底面，如图5所示。