整體葉輪作為航空發動機、螺旋推進器等的關鍵部件，廣泛運用于航空航天等領域，其加工質量的優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雜的曲面構成，相鄰葉片之間的導流槽空間較小，加工時容易產生干涉碰撞，難以規劃刀具的加工軌跡。如采用三坐標數控機床先加工單葉片，再將旋轉分度頭附加在三坐標數控機床上來實現其他葉片的加工，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量和生產效率，也極大地提高了設備的利用率，減輕了操作者的勞動強度。當今使用較廣泛的多軸聯動機床是四軸或五軸數控機床，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，在數控加工中發揮了巨大的作用，但是這些軟件價格比較昂貴，掌握和使用相對困難，導致在我國大量中小型企業中的使用受到限制。

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

1 實體建模

　　根據整體葉輪的結構和特點，確定建模的方法。在MasterCAM中可以通過兩種途徑實現實體建模。

　　1)MasterCAM軟件在CAD設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：因為該葉輪為回轉體零件，故首先采用曲面功能中的旋轉;命令創建輪轂基體，分別繪制構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，由于其余的葉片結構相同，只需采用旋轉復制功能來構建，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，系統本身提供了DXF、STL、IGES、DWG、VDA、PARASLD 等標準圖形轉換接口。通過這些接口，可將其它CAD 軟件生成的圖形文件轉變為MasterCAM 系統的圖形文件，實現資源的共享。

2 工藝分析

　　零件工藝分析是根據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、刀具的補償等，只有選擇合適的工藝參數及切削策略才能獲得理想的加工效果。

　　從葉輪的結構分析，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，與葉片設計型面的要求更為相符，而且加工時的走刀方向和設計的流線方向一致，有利于葉輪運行時的動力性能。

3 刀軌創建

　　零件建模后，根據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，選擇相應工序所使用的刀具，并進行各種工藝參數的設置，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欄中出現;加工群組;信息，繼續在主菜單中選擇;刀具路徑；多軸加工多曲面五軸”，系統顯示如圖3 所示的多曲面五軸加工對話框。可按照系統提示的默認選項進行設置，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，系統彈出;多曲面五軸刀具參數;對話框，在刀具管理器中選擇直徑為6mm 的球頭銑刀，并設置刀具進給速度為500mm/min ， 主軸轉速為2500r/min；在多軸參數中設置Tip(刀尖;補償形式，補償方向為“Left”；在“曲面參數”中設置切削步距和步長均為0.8mm。通過以上設置，用選擇的曲面來定義五軸加工刀具路徑所在的區域，刀軸與切削模式曲面的法線重合，系統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過切。

4 仿真加工

　　產 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，首先要設置毛坯，根據零件的尺寸，在“實體驗證配置”選項中設置一個直徑為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，加工過程是否發生過切，刀具與型面是否產生干涉與碰撞等。MasterCAM系統為刀軌的生成提供了顏色區分，若發生過切或碰撞，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”狀態欄上的“后處理操作”功能，即可由刀具路徑產生NCI文件，但是NCI文件并不能直接控制數控機床，必須要進行后處理，實際上就是一個文字處理過程。根據所用機床的運動結構和控制指令格式，將刀具路徑的計算數據變換成機床各軸的運動數據，原先的NCI文件就轉換成了能被不同數控機床識別的NC程序，從而實現對機床的控制，完成自動加工。通過后處理操作，系統生成的NC數控加工程序如下(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五軸聯動，這樣能準確捕捉葉片上每一個坐標點的數值，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，利用數控機床上的RS232 通訊接口將NC 程序直接傳入工作臺回轉的五軸加工中心，葉輪坯件在一次裝夾以后就可高效高質量地完成加工。

6 結束語

　　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，充分發揮了多軸聯動加工的應用價值，也為提高其他同類零件的加工質量和生產效率提供了參考。