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基于 MasterCAM 的曲面多轴加工实例分析

发布时间:2011-09-20 作者:刘春兰 卢培文  来源:智造网
针对复杂曲面类零件编程和加工难的问题,本文采用MasterCAM的曲面多轴加工功能,阐述了五轴联动数控铣削加工工艺及方法。利用软件建模和CAM生成加工程序,有效解决了叶轮叶片曲面加工的铣削问题,提高了效率,降低了出错率,对复杂曲面加工有一定的借鉴作用。

    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。