1 葉輪零件結(jié)構(gòu)分析

　　如圖1所示為葉輪零件的工程圖樣，該零件內(nèi)圈為安裝連接軸用的帶鍵槽臺(tái)肩孔，外圈為8個(gè)葉片?；鶞?zhǔn)葉片在6150直徑柱切面(r/R--0.75)處葉截面的葉背和葉面型線及其位置關(guān)系在圖中已有表達(dá)，其葉截面主要數(shù)據(jù)為：葉型中線螺旋角為450，葉面型線至中線的距離為1.34mm，葉厚7.5mm，葉型曲面在葉根處轉(zhuǎn)角半徑為3mm。該零件的8個(gè)葉片有明顯重疊，必須采用五軸機(jī)床進(jìn)行加工。由于結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，需要利用CAM軟件先進(jìn)行模型構(gòu)建，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制程序，本文以MasterCAM軟件環(huán)境下的CAD/CAM為例進(jìn)行說(shuō)明。

2 葉輪零件的CAD建模

　　該葉輪零件3D建模的難點(diǎn)在于基準(zhǔn)葉片模型的構(gòu)建，只要完成了基準(zhǔn)葉片的建模，通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制即可得到其它7個(gè)葉片。

　　2.1 葉輪基體的3D構(gòu)建

　　葉輪基體建模時(shí)只需要按圖2所示在前視面繪制一封閉線框后，以繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)360°構(gòu)建實(shí)體的方法即可。雖然內(nèi)罔孔型亦可同時(shí)一次性構(gòu)建得出，但由于后續(xù)葉片構(gòu)建時(shí)尚需借助內(nèi)圈輪廓來(lái)切除多余部分，因此先不進(jìn)行內(nèi)圈孔型的構(gòu)建。

　　2.2 葉片模型的構(gòu)建

　　(1)繪制Φ150葉截面上的葉面型線如圖3(a)所示，先找到Φ150直徑柱切面與基體曲面的交線，以正前方(270°交點(diǎn))處正切面為構(gòu)圖面(前視面Z=75處)，按圖3(b)所示在新層中繪制葉截面的中線、葉背和葉面型線，同時(shí)以lOOmm的距離在左上繪出中線的平行線，作為葉型建模用的回轉(zhuǎn)軸心線。

　　(2)旋轉(zhuǎn)構(gòu)建葉片柱筒關(guān)閉葉輪基體所在圖層，按如圖4所示，將封閉的葉型線框繞回轉(zhuǎn)軸心線旋轉(zhuǎn)3600生成葉片柱筒實(shí)體。

　　(3)以外輪廓旋轉(zhuǎn)切割獲得葉片雛形按如圖5所示繪制旋轉(zhuǎn)切割用封閉的外輪廓線框，再繞葉輪軸心旋轉(zhuǎn)切割已構(gòu)建的葉片柱筒實(shí)體，即可得到單個(gè)葉片的雛形。切割用線框輪廓主要用于獲得葉輪上部及側(cè)面的葉型邊界，線框以能將柱筒殘料全部切割掉而繪制。

　　(4)切割葉片超出葉輪基體范圍的其余部分開啟葉輪基體圖層，觀察葉片與基體疊合情況，以判斷是否需要進(jìn)行多余部分的切割處理。由疊合情況來(lái)看，可按如圖6所示，在前視面構(gòu)建擠出切割用線框，對(duì)超出基體范圍的另一側(cè)和底部實(shí)施雙向貫穿切割，僅保留葉片有效部分。

　　在俯視構(gòu)圖面內(nèi)，采用旋轉(zhuǎn)復(fù)制的方法，將基準(zhǔn)葉片繞葉輪軸心以45°的間隔均勻生成其余7個(gè)葉片，如圖7所示。可以看出這些葉片間有很多重疊部分，且在開啟葉輪基體圖層后，大部分都將被基體所包容：采用布爾求并運(yùn)算，可將8個(gè)葉片與葉輪基體逐個(gè)合并成為葉輪整體。

3 葉輪零件五軸加工的CAM

　　該葉輪零件的內(nèi)孔型面和葉輪外輪廓可通過(guò)車削加工得到，鍵槽特征可采用銑削、插削或者線切割加工得到。這些都是常見的特征加工，總體來(lái)說(shuō)，該零件的加工難點(diǎn)在于葉片曲面的五軸加工。

　　當(dāng)葉輪零件建模完成后，在MasterCAM—X版中，可以選擇“高級(jí)多軸加工”刀路定義功能，并從中選擇“不使用傾斜曲線”的底面加工方式，如圖9所示。刀路定義時(shí)應(yīng)分別選擇左右側(cè)曲面和葉底曲面，同時(shí)還應(yīng)將左右側(cè)曲面設(shè)置為干涉曲面并開啟干涉檢查功能。

　　在刀路定義的參數(shù)設(shè)置時(shí)，可切換到高級(jí)設(shè)置方式以進(jìn)行較為詳細(xì)的參數(shù)項(xiàng)定義。如可指定超越曲面邊緣的延伸量、設(shè)置刀具軸傾斜的角度、進(jìn)退刀的引入引出方式、提刀的安全高度面等。圖10(a)所示是使用相對(duì)于切削方向傾斜進(jìn)給、傾斜邊為沿著曲面等角方向的刀具軸控制方式，對(duì)干涉面用沿刀軸方向提刀，段間沿著曲面連接等的設(shè)置后所得到未分層時(shí)葉底的五軸加工刀路，葉間槽的粗加工刀路可在粗加工選項(xiàng)卡中設(shè)置深度切削的分層參數(shù)后得到，圖10(b)是設(shè)置4次粗切、2次精切后所得到的刀路。

　　當(dāng)單槽加工刀路定義完成并通過(guò)仿真檢查認(rèn)可后，可在粗加工選項(xiàng)卡中設(shè)置旋轉(zhuǎn)變換參數(shù)項(xiàng)，如旋轉(zhuǎn)次數(shù)8、旋轉(zhuǎn)角度45°、繞z軸旋轉(zhuǎn)等，即可得到圖1l所示葉輪零件多槽五軸加工的刀路。

4 結(jié)語(yǔ)

　　葉輪是典型的五軸加工零件，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，必須借助于計(jì)算機(jī)輔助建模及自動(dòng)編程技術(shù)。MasterCAM作為一個(gè)應(yīng)用廣泛的CAM軟件，提供了比較方便的CAD建模及五軸加工CAM刀路設(shè)計(jì)境，在處理葉輪類典型零件方面具有比較成熟的模板，只要熟悉操作技巧，對(duì)于習(xí)慣于MasterCAM的用戶而言，其在零件五軸加工的實(shí)現(xiàn)方法上，較之其它CAM軟件更容易上手，可避免重新學(xué)習(xí)其它軟件，提高工作效率。