引言

整體葉輪是航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及各類透平機(jī)械的關(guān)鍵部件,廣泛應(yīng)用于航空、汽車、能源等領(lǐng)域,是影響相關(guān)產(chǎn)品工作性能的主要零件。整體葉輪造型較為規(guī)范,具有葉片薄、葉片間隔小、扭曲大的特點(diǎn),是典型的難加工零件。當(dāng)前,整體葉輪數(shù)控加工使用通用的CAD/CAM軟件進(jìn)行數(shù)控程序編制,并通過(guò)內(nèi)置的刀具軌跡仿真功能進(jìn)行刀具軌跡干涉驗(yàn)證。但刀具軌跡仿真不能檢測(cè)加工系統(tǒng)的碰撞干涉問(wèn)題,也無(wú)法反映NC代碼中存在的錯(cuò)誤,也就無(wú)法保證NC代碼的準(zhǔn)確性及數(shù)控加工過(guò)程的安全性。

&VERICUT是專業(yè)的數(shù)控加工仿真和優(yōu)化軟件,基于&VERICUT可真實(shí)模擬機(jī)床的實(shí)際加工過(guò)程,從而在虛擬環(huán)境下快速預(yù)測(cè)NC代碼中可能存在的加工系統(tǒng)干涉、碰撞等問(wèn)題?；诖?本文將NⅩ-CAM與&VERICUT軟件有機(jī)集成,為整體葉輪的數(shù)控加工與仿真提供系統(tǒng)解決方案,以提高整體葉輪的加工質(zhì)量和效率。

1基于Nx一CAM的整體葉輪數(shù)控加工自動(dòng)編程

1.1整體葉輪數(shù)控加工工藝規(guī)劃

本文加工的整體葉輪共十組葉片,每組包含一個(gè)大葉片和一個(gè)分流葉片,葉輪直徑137mm,高69.3mm,葉片最寬處1.27mm,相鄰葉片最窄處距離4mm,材料為鋁合金2C12-T4,毛坯為擠壓棒材。

通過(guò)分析整體葉輪結(jié)構(gòu),選擇五軸數(shù)控機(jī)床加工,分為粗加工和精加工兩個(gè)加工階段。粗加工階段進(jìn)行大量多余材料的快速去除,完成整體葉輪大致外形加工。精加工分為流道面精加工和葉片精加工,葉片根部圓角由精加工刀具圓角保證。

基于以上分析,制定整體葉輪數(shù)控加工工藝路線:開粗一流道面精加工一大葉片精加工一分流葉片精加工一流道面邊緣型面加工。

1.2刀具選擇

根據(jù)整體葉輪的幾何結(jié)構(gòu)及尺寸,選擇錐度球頭銑刀。刀具參數(shù)設(shè)置如下:(1)錐度球頭銑刀R2×80mm,刃長(zhǎng)30mm,錐角43,用于開粗:(2)錐度球頭銑刀R1.5×80mm,刃長(zhǎng)30mm,錐角43,用于精加工:(3)平底銑刀小8×80mm,刃長(zhǎng)30mm,底部圓角R1,用于流道面邊緣型面加工。

1.3數(shù)控加工編程及后處理

NⅩ-CAM中的多軸葉片銑削加工(millmultiblade)是專用的整體葉輪、葉片類零件數(shù)控加工編程模塊,在該模塊中完成數(shù)控加工工藝方案及刀具參數(shù)的設(shè)置,系統(tǒng)自動(dòng)生成數(shù)控加工刀具軌跡,再通過(guò)NⅩ-CAM系統(tǒng)自帶的后置處理器(本文選用HEIDENHCINiTNx530控制系統(tǒng)),將刀具軌跡自動(dòng)轉(zhuǎn)化為能被機(jī)床控制系統(tǒng)所識(shí)別的NC代碼。

2基于VER1CUT的整體葉輪數(shù)控加工仿真

2.1M1MRKoNHMS00ULP五軸仿真機(jī)床構(gòu)建

(1)定義機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu):本文所選的MIKRoNHsM600ULP五軸數(shù)控機(jī)床包含兩條傳動(dòng)鏈。主軸傳動(dòng)鏈由主軸連帶刀具附著于立柱上沿Z軸做直線移動(dòng),且該運(yùn)動(dòng)組件附著于機(jī)床基體上沿Y軸做直線移動(dòng),根據(jù)此運(yùn)動(dòng)關(guān)系,依次添加Base-Y-Z-spindle。毛坯進(jìn)給傳動(dòng)鏈中,以C軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)用于毛坯的安裝,同時(shí)該組件也可以進(jìn)行以B軸為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿X軸的直線移動(dòng),依據(jù)此運(yùn)動(dòng)關(guān)系,依次添加Base-x-B-C。至此,就完成了機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的定義。

(2)添加機(jī)床組件幾何模型:在Nx8.5環(huán)境中按照實(shí)際尺寸繪制各機(jī)床組件模

型,然后將其導(dǎo)出為sTL格式的模型文件,之后根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系,將其導(dǎo)入VER1CUT中完成裝配,實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)床實(shí)體模型的構(gòu)建。

(3)機(jī)床參數(shù)設(shè)置:完成機(jī)床模型構(gòu)建后,需對(duì)仿真機(jī)床進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,使其與實(shí)際加工過(guò)程中所用機(jī)床參數(shù)相匹配。在VER1CUT軟件中需對(duì)仿真機(jī)床坐標(biāo)系位置、機(jī)床行程、干涉檢查等進(jìn)行設(shè)置,其中機(jī)床坐標(biāo)系位置設(shè)置為"Y375Z520",機(jī)床行程范圍設(shè)置為X(-480,320),Y(-300,300),Z(-520,0),B(-30,110),C(0,360):干涉檢查設(shè)置Z軸和B軸的碰撞檢測(cè)條件為臨界間隙2.5,避免主軸和工作臺(tái)的碰撞。

(4)數(shù)控系統(tǒng)加載:完成仿真機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系構(gòu)建、建模和參數(shù)設(shè)定后,需要配置控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)仿真機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng),VER1CUT軟件支持控制系統(tǒng)的自定義功能,也提供常見(jiàn)的機(jī)床控制系統(tǒng)文件。本文所用機(jī)床控制系統(tǒng)為HE1DENHA1NiTNC530,可以從VER1CUT軟件控制系統(tǒng)文件數(shù)據(jù)庫(kù)中加載該控制系統(tǒng)文件。

2.2整體葉輪數(shù)控加工過(guò)程仿真

完成仿真機(jī)床構(gòu)建后,還需添加數(shù)控加工仿真所必須的夾具、刀具、毛坯和零件模型、NC代碼等,操作步驟如下:

(1)在項(xiàng)目樹的Fixture、stock和Design節(jié)點(diǎn)下分別導(dǎo)入夾具、毛坯和設(shè)計(jì)模型:

(2)按照數(shù)控編程時(shí)所選刀具參數(shù),在項(xiàng)目樹"加工刀具"節(jié)點(diǎn)添加本次數(shù)控加工仿真所需的刀具:

(3)按照數(shù)控編程要求,在項(xiàng)目樹"坐標(biāo)系統(tǒng)"節(jié)點(diǎn)下添加編程坐標(biāo)系PRoGARMZERo,本文中編程坐標(biāo)系位置為毛坯模型頂端中心:

(4)在項(xiàng)目樹"G-代碼偏置"節(jié)點(diǎn)設(shè)置工作偏置,在"偏置"下拉菜單中選擇"程序零點(diǎn)","選擇從/到定位"選項(xiàng)中設(shè)置到加工坐標(biāo)系PRoGARMZERo:

(5)在項(xiàng)目樹"數(shù)控程序"節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入本次數(shù)控加工所需的NC代碼,本文中NC代碼由NxCAM編制,由專用后處理程序輸出:

(6)在項(xiàng)目樹"工位"一"G-代碼"設(shè)置界面中設(shè)置編程方法為"刀尖":

(7)重置仿真環(huán)境后啟動(dòng)數(shù)控加工仿真過(guò)程,仿真結(jié)果如圖1所示。

2.3仿真結(jié)果分析

整體葉輪全要素?cái)?shù)控加工仿真過(guò)程運(yùn)行結(jié)束后,VER1CUT數(shù)控加工仿真軟件會(huì)對(duì)仿真過(guò)程中出現(xiàn)的程序語(yǔ)法錯(cuò)誤和碰撞等進(jìn)行報(bào)警提示。經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)在開粗過(guò)程中存在切傷夾具表面的問(wèn)題:通過(guò)分析自動(dòng)比較結(jié)果,發(fā)現(xiàn)流道表面部分位置有過(guò)切。之后通過(guò)數(shù)控程序復(fù)查定位問(wèn)題發(fā)生的程序段位置,調(diào)整并重新仿真后問(wèn)題得到解決。

3結(jié)語(yǔ)

本文基于NxCAM軟件中的葉輪加工模塊完成了整體葉輪的刀軌生成及后置處理,并輸出NC代碼,之后基于VER1CUT數(shù)控加工仿真軟件構(gòu)建了M1KRoNHsM600ULP五軸仿真機(jī)床,在此基礎(chǔ)上配置整體葉輪全要素?cái)?shù)控加工仿真環(huán)境,完成了整體葉輪全要素?cái)?shù)控加工仿真過(guò)程,通過(guò)仿真提前發(fā)現(xiàn)了加工過(guò)程中的切傷夾具表面和流道面過(guò)切問(wèn)題,并加以修正,檢驗(yàn)了NC代碼的準(zhǔn)確性,有效提升了NC代碼檢驗(yàn)的效率和數(shù)控加工過(guò)程的安全性,從而縮短了生產(chǎn)周期,降低了成本。