一项贺、引言

　　數(shù)控加工是一種可編程的柔性加工方法。數(shù)控機床正向著高速、高精纸措、高柔性、復合化的方向發(fā)展官脓，其費用相對較高协怒，故適用于精度高，形狀復雜的零件的加工卑笨，而葉片零件公差帶小孕暇，其型面多為復雜的空間曲面，需要制造專用的工裝夾具赤兴，成批量生產(chǎn)要求精確復制妖滔，一直是數(shù)控加工的應用對象。

　　二桶良、 四聯(lián)動NC機床

　　四軸聯(lián)動加工技術主要應用于加工具有較為復雜曲面的工件座舍，與三軸聯(lián)動加工相比，四軸聯(lián)動加工可以加工出更高質(zhì)量艺普、更復雜的曲面簸州，主要適用于飛機、模具歧譬、汽車等行業(yè)的特殊加工岸浑，目前已經(jīng)普及國產(chǎn)四坐標機床。如下左圖所示四坐標立式NC機床是在三個線性平動軸的基礎上增加一旋轉(zhuǎn)軸。

　　三慷郎、葉片的結構特點

　　從葉片的結構來看啡产，其葉身型面部分為復雜的空間曲面，各部分的曲率促驶、扭轉(zhuǎn)變化較大肢有，是典型的薄壁件。由于其為動力等裝置的重要部件物遗，工作條件較為惡劣涣恤，對零件本身的精度和質(zhì)量提出的很高的要求。型面的加工質(zhì)量直接影響其工作性能插撩，從而可能影響整機的性能络骤。葉片的材料要求有很高的質(zhì)量—強度比，加工中難切削摹院，切削抗力大朵令，引起的變形也大。由于其截面形狀众巷，在葉盆和葉背方向上抵抗變形的能力也不同彼硫，進排邊緣處又較薄，加工中的形變很復雜凌箕。對數(shù)控加工提出了很高的要求拧篮。

　　四、葉片的CAD建模

　　Mastercam是美國CNC Software公司開發(fā)的一套CAD/CAM 軟件陌知，最早的版本為V3.0他托，可用于DOS。由于其誕生較早仆葡，兼具CAD軟件和CAM軟件的重要功能赏参，發(fā)展至今無疑是CAD/CAM軟件中的一枝奇葩，有很高的市場占有率沿盅。軟件的CAD功能可以繪制2D和3D圖形把篓，構建自由曲面的功能更是遠遠勝于同類的CAD軟件；軟件的CAM功能方便直觀腰涧，可以直接在點韧掩、線、曲面窖铡、實體上產(chǎn)生刀軌柒汉，其后置處理文件是一種用戶回答式的自由修改文件，默認的后置處理文件Mpfan.pst與FANUC控制系統(tǒng)的NC機床無縫集成萨宙。

　　1监昏、構建截面線

　　按設計給定數(shù)據(jù)繪制出各個平面上的截面線斜州，葉盆和葉背上的型線均為自由曲線，進排氣邊緣為一段圓弧承副，將各曲線光滑過渡愁逝，并保證各段曲線的連續(xù)。根據(jù)給定的扭轉(zhuǎn)角將各個平面上的曲線通過Xform—Rotate命令進行旋轉(zhuǎn)冻菌，得到一組空間曲線敷忠。

　　2、構建曲面

　　將所得到的截面線通過Create(創(chuàng)建)—Surface(曲面)—Loft（舉升）操作荚砍，可以得到葉片的葉身型面崎北，截面的數(shù)量將影響曲面的光順性，調(diào)整各數(shù)據(jù)點的對齊方式胖真，和曲面公差沦匿。

　　五、葉片的CAM加工

　　葉片型面加工可在三坐標振峻、四坐標、五坐標數(shù)控機床上加工完成择份，所采用的刀具有球頭刀扣孟、平底刀、牛鼻刀荣赶、環(huán)形刀凤价、鼓形刀、錐形刀等拔创，可根據(jù)曲面陡峭程度利诺、機床主軸自由度、加工要求選擇適合的刀具剩燥。

　　1慢逾、四坐標數(shù)控機床型面加工的優(yōu)勢

　　在以往的型面加工中多采用三坐標加工，其特征是加工軸線始終不變灭红。

　　即平行于Z坐標軸侣滩。三坐標曲面加工是通過逐行走刀來完成加工的。刀具沿各切削行的運動变擒，近似地包絡加工曲面相询，行距是影響加工質(zhì)量和效率的主要因素。

　　過大的行距將使表面殘余過大蹂甥，后續(xù)工序的工作量變大褒谒，過小的行距會使加工程序和時間的成倍增加。其中走刀方式和零件相對刀具的姿態(tài)是影響行距的重要因素虚缘。

　　以下是三坐標常用的幾種走刀方式奕喻，沿截面方向走刀您奶，這種走刀方式可以獲得較好的輪廓度，行距受到的影響也小迂唤，但是刀具切削點是不斷地劇烈變化的五妹，加工余量相對也處下不斷的變化，對刀具和機床都產(chǎn)生不利影響革惊。

　　沿切削方向走刀的辞皇，有較高的效率，在實際中應用較多骏卿。但是隨著曲面切削點的法矢和刀具軸線（Z坐標軸）的夾角增大符焊，表面殘余增大，曲面的陡峭程度和其在夾具上的安裝方位對行距很敏感姻僧。

　　環(huán)切方式规丽，是前兩種方式的綜合，主要應用于邊界受限的型面加工撇贺，從內(nèi)到外環(huán)切時赌莺，刀具切削部位的四周可以受到毛坯的剛性支持，有利減少變形松嘶。

　　四軸聯(lián)動加工則可解決上述問題艘狭，有效地控制刀具和曲面切削點法矢的夾角，從而使切削余量相對均勻翠订，在型面扭轉(zhuǎn)較大的葉片加工中有明顯的優(yōu)勢巢音；同時一次完成了葉盆、葉背尽超、進排氣邊緣的加工官撼，具有較高的加工精度。

　　2似谁、葉片的型面加工

　　葉片的型面為自由曲面傲绣，毛坯為模鍛件，需要進行半精加工和精加工傻椿。在半精加工中可以根據(jù)被加工的面生成偏置面阅秀。利用Mastercam中Toolpaths(刀具路徑)—Multiaxis（多軸加工）—Msurf5ax（五軸曲面加工）,選用曲面驅(qū)動，Cut Pattern(切削模式)肤狞、Tool Axis Control(刀軸控制)京拣、Cut Surfaces（切削曲面）都選擇被加工曲面。 選用直徑為12的球刀加工货瘫，半精加工步距取1mm帜猩，精加工步距取0.3mm，余量為0.2mm鬓灼，螺旋式走刀朦阶。

　　3杜凌、加工仿真

　　為了檢驗刀軌的正確性，防止加工中過切現(xiàn)象杰翰，Mastercam提供了強大仿真校驗功能名篷。先通過Jobstup(毛坯設置)設置毛坯尺寸，利用Verify(校驗)功能仿真切削焰诲。

　　4途茫、后置處理

　　Mastercam系統(tǒng)分為主處理程序和后置處理程序兩大部分。主處理程序針對加工對象溪食，加工系統(tǒng)建立3D模型囊卜，計算刀具軌跡，生成NCI文件（刀具路徑文件）错沃。NCI文件是一個用ASCII碼編寫包括NC程序的全部資料的文件栅组。后置處理系統(tǒng)配置了適應單一類型控制系統(tǒng)的通用后處理，該后置處理提供了一種功能數(shù)據(jù)庫模型枢析，用戶根據(jù)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況玉掸，可以對其數(shù)據(jù)庫進行修改和編譯，定制出適應某一數(shù)控機床的專用后置處理程序醒叁。其文件的擴展名為PST排截，定義了切削加工參數(shù)、NC程式格式辐益、輔助指令，接口功能等脱吱。默認的MPFAN.PST是內(nèi)定成適應FANUC控制器的通用格式智政，如FANUC3M、FANUC6M苦频、FANUC0-M等清截。

　　5、進給速度的修正

　　進給速度對葉片加工質(zhì)量梧杠、加工精度弧蜒、表面質(zhì)量有著重要作用。精加工時希望能保持恒定的切削速度啤都，由于葉片型面的變化砰穗，切削點的速度也處于不斷變化。

　　根據(jù)葉片的截面可以分析葉片的曲率變化規(guī)律：葉盆和葉背方向上的曲率變化平坦溃锤，加工中渣么，旋轉(zhuǎn)軸A軸的轉(zhuǎn)動就慢，XYZ軸的行程也短灿拗，這時的運動速度就很快蛋鸡；進排氣邊處的曲率變化劇烈醇樱，加工中A軸旋轉(zhuǎn)的很快，XYZ的行程也很大弓候，這樣會導致飼服系統(tǒng)驅(qū)動功率不足郎哭，使系統(tǒng)整體速度下降。數(shù)控編程往往只給出加工速度的參考值菇存，理想情況下由數(shù)控系統(tǒng)自動完成夸研，使數(shù)控編程可以不考慮速度的變化情況，適應實際的加工撰筷。但由于葉片曲面的加工程序均為微小直線段陈惰，實現(xiàn)速度平滑要提前預讀多段，這就要求控制系統(tǒng)有很高的處理速度毕籽，高檔系統(tǒng)已具有這樣的能力抬闯。當數(shù)控系統(tǒng)具有G93進給率控制指令時（速度倒數(shù)，執(zhí)行該程序段所用的時間）关筒，可直接用G93方式實現(xiàn)恒表面進給速度溶握。（可以修改Mastercam后處理文件Mpfan.pst生成含G93指令格式的NC程式），在系統(tǒng)不具備G93指令時可以編制合適的后處理文件對機床速度動態(tài)修正蒸播，使之在曲率變化小的葉盆葉背處降低切削進給速度睡榆，在曲率變化大的進排氣邊處提高切削速度 ，來補償機床功率不足袍榆。

　　6栽铁、 DNC（直接控制）加工

　　由于葉片型面程序量大，NC機床的磁泡存儲器容量有限柜步，常用PC機與NC機床RS232接口通訊判原。通過Mastercam中的Communications(通訊)功能,設置傳輸文件格式、串口冲或，傳輸速率今天、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位等與CNC控制器的參數(shù)一致從而實現(xiàn)在線加工腌棒。

　　六置悦、結束語

　　葉片的四軸聯(lián)動數(shù)控加工，較以往的三坐標加工隧蜀，一次完成葉身型面的加工捂旨，極大地減輕了后續(xù)拋光工序的工作量，大大提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率短材，同時提高了設備的利用率宝各。Mastercam以其強大的功能已成功地應用于葉片的四聯(lián)動加工，較好地解決了該類零件的批量生產(chǎn)中的質(zhì)量和效率問題搭独，取得了良好的經(jīng)濟效益婴削。 

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