叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性

4 叶轮CAD/CAM软件系统的选择

　　按照以上技术要求，对国内常用的三维CAD/CAM软件的建模特点和CAM性能进行比较。在CAD建模方面，从造型理论上来说，CATIA和NX是复合建模，其本质上属于实体造型技术。CATIA技术本身已相对落后。但其庞大用户群的巨大惯性以及由IBM提供的强有力系统集成支持，使得它依然排在CAD行业前列。NX软件采用基于特征的建模技术，建模过程仿真零件的加工过程，并着重在曲面技术的基础上发展CAM技术；SolidWorks相对于其他软件在功能上较弱，因此主要用在产品不很复杂的中小企业和在相关高等院校中作为教学软件使用。Pro/E采用的是参数化建模技术。它主要的优点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。然而一旦所设计的零件形状过于复杂时，面对满屏幕的尺寸，如何改变这些尺寸以达到所需要的形状就很不直观。如在设计中关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束的几何特征也会造成系统数据混乱。I-DEAS Master Series软件是基于变量化的实体造型技术的大型CAD/CAE软件，从造型理论上来说，是所有CAD软件中最先进的。

　　由此可见，叶轮造型的CAD系统主要从Pro/E和NX两种软件中选择。在建模方面，NX为复合建模，可以局部参数化，对于模型的更新有利，其综合能力很强大，主要适合于建立大型的、复杂的模型。Pro/E强调的是全相关设计，完全参数化，进行小的设计可以，大的模型（飞机，汽车）在更新时就显得比较吃力，而且其刷新时间也会影响设计时的思路。主要适合于快速建立较为简单的模型。曲面造型方面，同Pro/E比较，NX的曲面功能非常强大。NX不仅提供更为丰富的曲面构造工具，而且可以通过一些参数（在Pro/E中相对少一些）来控制曲面的精度、形状。另外，NX的曲面分析工具也极其丰富，模型渲染功能比Pro/E强得多。而Pro/E在草图功能上很强大，非NX所能比。如果所从事的设计没有太多的曲面造型，使用Pro/E会比较有灵活性。反之，如果叶轮造型中的曲面比较复杂，可以选用NX软件进行建模应用。

　　在CAM方面，用于数控铣削加工编程的CAM软件平台较多，比较常用的有NX、CATIA、Pro/E、Mastercam、Cimatron、Surfcam、PowerMILL等。数控三轴铣削编程上，各平台的基本功能都差不多，都能满足要求，但在五轴铣削编程、刀具轴矢量控制与后处理程序开发等方面还是存在较大差别的。叶轮加工与编程主要涉及五轴连续加工，因此，软件的选择就要偏重于五轴功能的强弱。由于五轴加工时产品的复杂性和刀具轴控制的灵活性和多样性，导致五坐标联动加工编程的难度和复杂性较大。常见的各个CAM平台用于五轴数控铣削编程时，一般均能满足需求，主要依赖于用户的灵活应用开发上。但是从用户的使用经验上讲，NX平台在细节控制上更胜一筹，在刀具轴矢量控制方面表现得更加灵活，尤其是其提供的插补刀具轴矢量控制和顺序铣削编程功能能够使得用户轻松地生成五坐标联动铣削刀具轨迹。后处理程序开发上NX的PostBuilder功能表现也更加突出。

　　然而NX是基于曲面的CAM系统，加工中涉及CAD的部分比较多，编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关。对于叶轮这种复杂曲面模型，其编程难度相当高，需要设置和考虑的参数很多，编程所需时间较长，对于编程人员的技术水平要求也很高。叶轮以单件小批生产为主，采用NX进行叶轮加工编程显然是不现实的。应该考虑采用面向整体模型对象、面向工艺特征的CAM系统。这方面有两种选择：一种是通用型CAM系统，这方面PowerMILL软件可以胜任。PowerMILL提供完善而丰富的加工策略，清角方法多。而且PowerMILL操作简单，计算刀路快。PowerMILL有很多适合复杂叶轮、叶片加工的连续5轴加工功能，及其他丰富的5轴刀轴控制方式，能很好地解决加工中刀轴干涉碰撞、优化刀具路径等问题，在加工叶轮等连续、平滑、复杂曲面方面更加简单、安全。据测算，相同步距，相同目的刀路生成的程序，PowerMILL所用加工时长只是NX的60%左右。另一种可供选择的是专用CAM系统。结合行业具体应用而开发的专用CAM软件，能抓住产品的关键问题最有效地提出解决方案，弥补了通用软件的不足，减轻了工艺人员的负担。这方面的软件有NREC MAX-PAC和HyperMILL等。MAX-PAC是透平机械专用数控加工编程软件包，长期以来一直被业内人士公认为用于叶轮、叶盘、转子等透平零件数控编程的卓越软件产品。在全世界范围的透平机械制造商，以及机床厂商等行业内都享有极高的声誉。MAX-PAC易学易用，可以显著地减少用户的编程和加工时间。HyperMILL的叶轮专用模组具有很高的智能性，使用者只要按照提示进行少量的设置即可得到叶轮从五轴粗加工到精加工的安全、高效率的刀具路径。可以大幅度提高叶轮的编程和加工效率。

　　只是上述两款软件的价格较昂贵，其报价均在百万元人民币以上，而且使用时的限制也较多，影响了它们的普及。

5 结语

　　从以上分析可看出，有关的CAD/CAM软件有很多种，不同的软件有各自不同的特点。就叶轮加工来说，只有利用不同软件各自的优势，几种软件混合使用，才能高质、高效地加工出合格产品。

　　如果叶轮模型中没有太多的曲面造型，使用Pro/E会比较有灵活性。反之，如果叶轮造型中的曲面比较复杂，可以选用NX软件进行实体造型设计；加工时使用Delcam PowerMILL进行数控编程。充分发挥几种软件的优势，在实际应用中取得了很好的效果。而且这几种软件价位适中，特别适合于我国制造业当前的情况。另外，如果条件允许，数控编程还可以选择叶轮加工专用软件NREC MAX-PAC或HyperMILL等，以便更方便地进行叶轮的数控加工。