基于PowerMill整体叶轮数控编程研究
ȥ {br(WZrb)yZٮؚ+&ib)!h"'^+ȦVj,jwhئ6)zY^v"ȧW˭J{,(ϣ2)e(!uݚmbf) ^r薈2> z&ۥy(V̊Y|i"http://www.hzxdks.com/p/cailiao/" target="_blank" class="keylink">材料6061，允许最大的叶片根部圆角半径为3mm，叶片形状误差为±0.05mm，轮毂上保留流道的形状，最大道路间距约为1.5mm。
单个叶片可采用PowerMill中的曲面精加工或曲面投影精加工加工策略完成加工轨迹生成，但是利用PowerMill中叶轮加工模块计算可使计算过程简单化，因此，我们利用PowerMill的叶轮加工模块完成整体叶轮的五轴联动加工。该模块包括叶轮的开粗，叶片的精加工以及轮毂精加工等加工策略。
11加工初始设定
1.1设定步骤
（1）导入模型
在UG 、Pro/E等CAD软件中，对要加工的叶轮进行造型，经Delcam Exchange软件转化成dgk格式文件，导入到PowerMill软件中。
（2）定义叶轮几何体
在PowerMill中将叶轮不同的几何形体如：套（叶冠）、轮毂、左右叶片、分流叶片，分别定义在各图层中，目的是为了便于管理各零件，分别实现隐藏，显示等功能。为了防止限制加工范围，套（叶冠）要进行忽略加工设置。
（3）毛坯导入
由于要进行仿真加工需要自定义毛坯，利用UG等CAD软件对毛坯进行造型，再转化成dgk格式的毛胚模型文件然后导入到PowerMill软件中。
（4）建立用户坐标系 为了便于加工建立用户坐标系POST与世界坐标系重合。
（5）保存项目后调入直径为6mm球头刀，完成开粗和精加工。
1.2加工初始设定还需注意以下几点：
（1）将叶轮不同几何体分配到不同层中，其中套（叶冠）一定要忽略，否则加工中会提示过切。同时为了避免产生多余刀路，将套与左右叶片及分流叶片重合部分也可进行曲面缺省设置。
（2）在进行模型加工之前最好将切入切出和连接，快进高度，开始点和结束点等参数设定好，避免在以后的加工中每次设置参数，节省编辑连接移动等项目的时间，它直接会影响到叶轮的加工效率。
2 叶轮加工
叶轮加工工序步骤为：叶盘开粗加工，叶片精加工，分流叶片精加工，轮毂精加工，轮毂与轮毂间清角加工。各加工工序的参数设置如表1所示。
叶轮加工需注意问题：
（1）刀轴仰角的选择。刀轴仰角有径向矢量、轮毂法线、套法线、偏置法线、平均轮毂法线、平均套法线五种，其中轮毂法线、套法线、偏置法线是以轮毂或套的法线方向摆动，摆动角度连续变化，刀具伸长长度小，适合长叶片大叶轮加工，如果用于小叶轮加工，A轴摆动大，加工稳定性较差。而径向矢量、平均轮毂法线、平均套法线三种方式需设定仰角值或系统自动计算固定角度值，在机床加工中，A轴基本不动，C轴摆动，适合短叶片小叶轮加工。本例中叶盘开粗加工刀轴仰角选择径向矢量，角度20º，叶片及分流片精加工刀轴仰角同样选择径向矢量，角度22 º。
（2）偏置方式选择。偏置方式有三种偏置向上、偏置向下、合并方式，其中偏置向下方式在叶片根部刀具轨迹不连续，合并方式计算量大走刀费时间，偏置向上方式清角更干净，我们优选偏置向上方式。
（3）刀轴限界。目的是限制A（B）C轴摆动范围以适应机床，可在PowerMill中设置刀轴限界，定义一旋转工作半径，从而在多轴刀具路径产生过程中，使刀轴不超过该工作半径范围。
（4）刀轨复制。单叶片精加工程序生成后通过变换刀具路径菜单，可完成轨迹复制，如果所使用PowerMill版本中没有阵列功能只能一个一个复制轨迹，最后将复制好的刀轨依次叠加到第一个刀轨中去。操作时需按ctrl键同时左击新生成刀轨拖入到第一个刀轨中，复加刀具刀径后，需重新编辑退刀点和进刀点连接，切入切出连接，最后执行撞刀和过切检查。
（5）实体仿真。对于刀具路径进行“过切”与“碰撞”检查后就可以进行实体仿真，在ViewMill工具栏点击开始按钮在仿真工具栏里选择要模拟的方式，就可以模拟加工结果，同时也可以在机床工具栏里选择相应的机床，对实际加工过程进行仿真，发现加工中有无超出机床加工范围，以及是否会出现刀具与机床的碰撞现象。
（6）程序生成。生成后置处理数控程序需注意NC参数选择时，输出用户坐标系一定是原始的工件坐标系，同时一定要锁定，这样才能正确地将PowerMill下生成的刀位文件转化为数控系统和加工机床能识别的NC文件。同时还需注意文件名的扩展名是 MPF（西门子系统）一定要大写。
3 数控仿真
为了保证程序的准确性，防止在加工中发生碰撞与过切，我们需要对加工过程进行仿真，虽然PowerMill软件可以完成实体仿真，但是不能更清晰的看到刀具的轨迹以及加工出来的结果， 因此我们可以采用Vericut软件对后置处理后的程序进行加工仿真。仿真过程如图1所示。
五轴加工中由于工作台或刀头的摆动和旋转，加工过程中容易发生主轴或刀头刀具跟工件、夹具、工作台碰撞。所以仿真加工要非常注意刀具刀长与刀柄的形状设置，避免发生碰撞，以验证G代码程序的正确性。经多次调整修改，加工后的模型与叶轮理论模型对比，叶片型面各处误差均小于0.05mm，符合叶轮零件精加工要求。
4 结语
本文利用PowerMill的叶轮加工模块生成数控加工程序，通过Vericut软件完成叶轮加工的仿真与优化，提升叶轮表面加工质量，在Huron K2X8 Five优龙五轴加工中心完成试切加工，加工效果达到上机试切的要求（如图2）。
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本文系2014年宝鸡职业技术学院重点教研课题《数控技能大赛知识模块体系构建研究》（课题编号：2014013Z）的研究成果之一。
作者简介：杲春芳（1979—），女，江苏人，工作单位：宝鸡职业技术学院，职称：讲师、专业：机械制造，学位：工程硕士，研究方向：数控技术。