基于 MasterCAM 的曲面多轴加工实例分析

    从叶轮的结构分析，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率和扭转变化都较大，且为动力等装置的重要部件，所以在制造过程中要保证叶轮的质量性能。型面的加工质量直接影响其工作性能，还可能影响整机性能。叶片的材料要求有很高的质量强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂，对数控加工提出了很高的要求。

    叶轮的制造工艺过程大致为：确定叶轮的基本参数→制作零件毛坯→毛坯探伤检验→CAM建模并生成程序→叶轮加工→检验。叶轮CAM系统数控编程流程如图6所示。

三、叶轮加工实例

    如图7所示，该叶轮的基本参数为：叶轮直径为425.45mm，孔径为110mm，高度为106mm，叶片均匀分布12处，五轴联动铣削叶片曲面理想的加工方案如下。

    (1)去除余料，刀具沿轴线螺旋走刀，去除余料。

    (2)铣削叶片，刀具沿轴线螺旋走刀，从一端走到另一端。

    (3)去除残角，精铣底面和叶片，保证精度和表面光洁度。

    (4)铣削叶根的过渡面时，确保叶片两端的凸台不受损伤。

    在CAM菜单中点击“ToolPaths”→“Job Setup”，设置叶轮毛坯，选择“ToolPaths”→“Multiaxis”→“Flow5ax”，系统显示如图8所示对话框。在“Output Format”(输出模式)选项中选择“5Aaxis”(五轴)，“Cut Pattern”(切削模式) 选项中选择“Surfaces”(曲面)，“Tool Axis Control”(刀具轴线控制方式) 选项中选择“Pattern Surfaces”(模式曲面)，“Cut Surfaces”(被切削曲面)选项中选择“Comp to Surfaces”(补偿曲面)。以上设置表示，生成刀具的路径为五轴加工刀具路径，用所选择的曲面定义刀具路径所在区域，刀具轴线与切削模式中选择的曲面法线重合，系统将刀具位置投影到所选择的被切削曲面上，并对刀具矢量进行补偿以防止过切。

    对于叶片铣削，可采用近似于螺旋的走刀路径。刀具相对于叶片绕轴线做旋转运动，同时沿轴线作直线运动，如图9所示。路径仿真如图10所示。

    采用这种走刀路径，叶片的变形小，质量可靠，且叶背和叶盆刀痕匀布，余量均匀，减少了后续打磨和抛光等工序的工作量，可明显地提高叶片的生产效率。