整體葉輪作為航空發(fā)動機、螺旋推進器等的關(guān)鍵部件，廣泛運用于航空航天等領(lǐng)域，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響空氣動力性能和機械效率。

由于整體葉輪是葉片和輪轂在同一個毛坯上，葉片的形狀又是由復(fù)雜的曲面構(gòu)成，相鄰葉片之間的導(dǎo)流槽空間較小，加工時容易產(chǎn)生干涉碰撞，難以規(guī)劃刀具的加工軌跡。如采用三坐標數(shù)控機床先加工單葉片，再將旋轉(zhuǎn)分度頭附加在三坐標數(shù)控機床上來實現(xiàn)其他葉片的加工，這種加工方法使得整體葉輪葉片的一致性無法保證，加工精度和效率也比較低。但是若采用多軸聯(lián)動機床，就能一次完成整體葉輪全部葉片的加工，不僅有效地提高了葉輪的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也極大地提高了設(shè)備的利用率，減輕了操作者的勞動強度。當今使用較廣泛的多軸聯(lián)動機床是四軸或五軸數(shù)控機床，而利用多軸機床來加工零件，必須要使用由CAM 軟件自動生成的數(shù)控加工程序。在國外常用的葉輪類五軸加工專用軟件有Powermill、Hypermil、MAX-5、MAX-AB 等，通用的軟件如UG、CATIA、PRO/E、Cimatron 也能進行加工，這些較為高端的CAD/CAM 軟件功能強大，在數(shù)控加工中發(fā)揮了巨大的作用，但是這些軟件價格比較昂貴，掌握和使用相對困難，導(dǎo)致在我國大量中小型企業(yè)中的使用受到限制。

　　MasterCAM是由美國CNC Software公司開發(fā)的基于PC平臺的兼有CAD/CAM功能的軟件系統(tǒng)，其對硬件要求不高，易學易用，能夠滿足2-5軸的聯(lián)動加工，具有良好的性價比，深受我國廣大中小型企業(yè)和工程技術(shù)人員的歡迎。本文結(jié)合整體葉輪數(shù)控加工實例，利用MasterCAM軟件強大的CAD/CAM功能，在一個系統(tǒng)環(huán)境中，完成從零件造型、刀軌創(chuàng)建、仿真加工、數(shù)控程序生成到與數(shù)控機床通訊，最后進行整體葉輪加工的整個過程。本文探討運用MasterCAM 軟件實現(xiàn)復(fù)雜曲面的多軸數(shù)控加工。

1 實體建模

　　根據(jù)整體葉輪的結(jié)構(gòu)和特點，確定建模的方法。在MasterCAM中可以通過兩種途徑實現(xiàn)實體建模。

　　1)MasterCAM軟件在CAD設(shè)計方面提供了強大的二維和三維建模方法。可以利用MasterCAM所具備的造型功能直接在繪圖區(qū)生成零件模型，采用該方法分兩步進行。

　　第一步，葉輪曲面造型：因為該葉輪為回轉(zhuǎn)體零件，故首先采用曲面功能中的旋轉(zhuǎn);命令創(chuàng)建輪轂基體，分別繪制構(gòu)建大小葉片的共四條曲線，然后通過掃描曲面功能生成單個大小葉片，由于其余的葉片結(jié)構(gòu)相同，只需采用旋轉(zhuǎn)復(fù)制功能來構(gòu)建，這樣即可完成葉輪的曲面造型。

　　第二步，葉輪實體造型：通過&由曲面生成實體功能將葉輪曲面轉(zhuǎn)換成實體，然后對輪轂曲面和每個葉片曲面采用“薄片加厚”功能進行加厚，就生成了整體葉輪模型，導(dǎo)流槽中包含葉片的左右兩面和輪轂底面。

2)MasterCAM軟件具有非常強的交互性，系統(tǒng)本身提供了DXF、STL、IGES、DWG、VDA、PARASLD 等標準圖形轉(zhuǎn)換接口。通過這些接口，可將其它CAD 軟件生成的圖形文件轉(zhuǎn)變?yōu)镸asterCAM 系統(tǒng)的圖形文件，實現(xiàn)資源的共享。

2 工藝分析

　　零件工藝分析是根據(jù)零件的工程圖或三維造型圖所提供的各種特征信息，選擇最合理的加工設(shè)備、刀具、夾具等工藝裝備來確定最佳的加工方案，包括工序的劃分、加工順序的安排、走刀路線的確定、切削用量的選擇、刀具的補償?shù)龋挥羞x擇合適的工藝參數(shù)及切削策略才能獲得理想的加工效果。

　　從葉輪的結(jié)構(gòu)分析，該葉輪直徑為100mm、孔徑為20mm、高度為50mm，葉片有大小兩種，均勻分布12處。按照葉輪曲面形狀的不同，加工葉輪的方法通常有兩種：一種是側(cè)銑法，適用于直紋曲面型葉片的加工；另一種是點銑法，在自由曲面型葉片的加工中較為普遍，可采用銑刀沿著葉片的流線方向逐行走刀，逐漸加工出葉片型面。利用點銑法加工出的葉片精度較高，與葉片設(shè)計型面的要求更為相符，而且加工時的走刀方向和設(shè)計的流線方向一致，有利于葉輪運行時的動力性能。

3 刀軌創(chuàng)建

　　零件建模后，根據(jù)零件的要求安排加工工藝，選擇毛坯類型，確定工件坐標原點，建立合適的工件坐標系，選擇相應(yīng)工序所使用的刀具，并進行各種工藝參數(shù)的設(shè)置，最終得到零件加工的刀具軌跡。

　　在 MasterCAM 軟件的主菜單中點擊;機床類型;選擇;默認;，即可在刀具路徑狀態(tài)欄中出現(xiàn);加工群組;信息，繼續(xù)在主菜單中選擇;刀具路徑；多軸加工多曲面五軸”，系統(tǒng)顯示如圖3 所示的多曲面五軸加工對話框。可按照系統(tǒng)提示的默認選項進行設(shè)置，即在OutputFormat(輸出模型;的選項中選擇;5 Aaxis”CutPattern(切削模式;的選項中選擇，Tool Axis Control(刀軸控制)”的選項中選擇;Pattern Surfaces;Cut Surfaces;選項中選擇;Use Cut Pattern;，在選取加工曲面之后，系統(tǒng)彈出;多曲面五軸刀具參數(shù);對話框，在刀具管理器中選擇直徑為6mm 的球頭銑刀，并設(shè)置刀具進給速度為500mm/min ， 主軸轉(zhuǎn)速為2500r/min；在多軸參數(shù)中設(shè)置Tip(刀尖;補償形式，補償方向為“Left”；在“曲面參數(shù)”中設(shè)置切削步距和步長均為0.8mm。通過以上設(shè)置，用選擇的曲面來定義五軸加工刀具路徑所在的區(qū)域，刀軸與切削模式曲面的法線重合，系統(tǒng)將刀具位置投影到所選擇的被加工曲面上，并對刀具矢量進行補償以防止出現(xiàn)過切。

4 仿真加工

　　產(chǎn) 生整體葉輪的刀具軌跡后， 可利用MasterCAM 軟件的實體加工仿真功能來驗證刀軌的正確性。運用實體加工仿真功能，首先要設(shè)置毛坯，根據(jù)零件的尺寸，在“實體驗證配置”選項中設(shè)置一個直徑為100mm、高度為50mm的軸向為Z向的圓柱體作為葉輪毛坯，即可在屏幕上模擬零件的實際加工過程，檢查刀位計算是否正確，所選用的刀具、走刀路線、進退刀的方式是否合理，加工過程是否發(fā)生過切，刀具與型面是否產(chǎn)生干涉與碰撞等。MasterCAM系統(tǒng)為刀軌的生成提供了顏色區(qū)分，若發(fā)生過切或碰撞，在模型上會顯示出不同的顏色，方便用戶清楚地了解到模型零件上各個位置的加工情況。

5 NC后處理及代碼生成

　　用MasterCAM軟件建立刀具路徑后，選擇“刀具路徑”狀態(tài)欄上的“后處理操作”功能，即可由刀具路徑產(chǎn)生NCI文件，但是NCI文件并不能直接控制數(shù)控機床，必須要進行后處理，實際上就是一個文字處理過程。根據(jù)所用機床的運動結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將刀具路徑的計算數(shù)據(jù)變換成機床各軸的運動數(shù)據(jù)，原先的NCI文件就轉(zhuǎn)換成了能被不同數(shù)控機床識別的NC程序，從而實現(xiàn)對機床的控制，完成自動加工。通過后處理操作，系統(tǒng)生成的NC數(shù)控加工程序如下(部分)：

　　對以上程序分析可知，機床以500mm/min的進給速度同時控制X、Y、Z、B、C五軸聯(lián)動，這樣能準確捕捉葉片上每一個坐標點的數(shù)值，最終完成整體葉輪的自動加工。由于程序較長，可以通過MasterCAM中的“通訊”功能，利用數(shù)控機床上的RS232 通訊接口將NC 程序直接傳入工作臺回轉(zhuǎn)的五軸加工中心，葉輪坯件在一次裝夾以后就可高效高質(zhì)量地完成加工。

6 結(jié)束語

　　本文通過利用 MasterCAM軟件中的造型功能進行建模并運用曲面多軸加工功能建立刀具路徑、進行仿真加工并生成NC數(shù)控程序，解決了一次完成整體葉輪葉片型面加工的問題，充分發(fā)揮了多軸聯(lián)動加工的應(yīng)用價值，也為提高其他同類零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了參考。