1 前言

　　整體葉輪是一類具有代表性且造型比較規范、典型的復雜零件，其形狀特征明顯，工作型面的設計涉及到空氣動力學、流體力學等多個學科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面質量對其性能參數都有很大影響。在數控銑削中，四軸、五軸數控加工因具備有效避免干涉、可側銑直紋面、切削狀態良好等優點，從而成為提高整體葉輪加工效率和質量的首選。

　　本文基于整體葉輪的幾何特征，利用PowerMILL10.0軟件對其進行加工軌跡規劃，詳細闡敘了葉輪加工的要點及加工的參數，對于編制葉輪四軸加工程序有詳細的介紹，為讀者今后加工同類型零件提供了一定的借鑒。

2 PowerMILL的工作流程

　　PowerMILL是由英國Delcam Plc公司開發的一個獨立運行、世界領先的專業數控加工編程軟件。它的功能齊備，加工策略極其豐富，適用于廣泛的工業領域。PowerMILL獨有的5軸加工策略、高效粗加工策略以及高速精加工策略，可生成最有效的加工路徑，確保最大限度地發揮機床潛能。它功能強大，易學易用，可快速、準確地產生能最大限度發揮CNC數控機床生產效率的、無過切的粗加工和精加工刀具路徑，確保生產出高質量的零件。

3 葉輪的編程

　　3.1 檢查分析模型

　　整體葉輪的關鍵體素是葉片，葉片曲面可以分為直紋曲面和自由曲面（非直紋曲面），其中直紋面又可分為可展直紋面和非可展直紋面。此外，為合理選擇刀具并生成加工軌跡，也要確定流道的進水口寬度、出水口寬度等參數值。對葉輪零件進行測量可知葉片根部的R為1.5MM，葉片最厚處為1MM、最薄處為0.6MM，出水口處寬度為15MM、進水口處寬度為9MM。葉片的側面為可展直紋面、葉輪流道的底面為自由曲面（非直紋曲面）。根據葉輪的幾何結構特點和使用要求，我們可以發現葉片的壁薄易發生變形，開粗時應留出足夠多的余量給精加工，葉片表面要求光滑，刀路必須順滑、刀路中間不能有接刀痕。

　　由于不是所有葉輪都可以用四軸加工中心加工，所以我們還要分析一下零件的可加工性。四軸加工中心是通過零件沿旋轉軸方向作勻速進給，同時繞旋轉軸作勻速旋轉運動，使刀具在空間形成運動軌跡為阿基米德螺旋線等空間復雜曲線，沿徑向由外向內逐層切削從而完成零件的加工。分析圖形我們可以發現，葉輪葉片的扭曲度不大，葉片間的間隙較寬，當零件繞旋轉軸慢慢旋轉，我們沿著零件的直徑方向看過去，產生的試加工刀路所有的刀軸都平行于曲面的經線，也就是說所有的曲面都可以加工到，由此我們可以確定此葉輪可以使用四軸加工中心加工。

　　3.2 葉輪的加工工藝方案

　　通過對整個模型的分析，我們可以確定基本的加工工藝流程為：a.在POM塑料上車削加工回轉體的基本形狀；b.參考線精加工策略開粗葉輪的流道；c.曲面精加工策略精加工葉片內側曲面；d.曲面精加工策略精加工葉片外側曲面；e.曲面投影精加工策略精加工葉輪的流道；f.曲面精加工策略清1.5MMR角。整個零件采用PowerMILL10.0軟件編程，選用普通的合金涂層刀具加工，加工機床為日本MAZAK NEXUS 6000_Ⅱ臥式加工中心。

　　3.3 葉輪的編程

　　a.參考線精加工策略開粗葉輪流道

　　葉輪流道出水口處寬度為15MM、進水口處寬度為9MM。開粗葉輪流道只能選擇直徑小于￠9MM的平底刀，為了給精加工留有足夠的余量，我們現在選取盡可能大的刀具￠5MM的平底刀進行加工。我們先在葉輪底面中心處繪制一條線作為刀路的軌跡線；設定刀具的刀軸朝向原點為（X0.Y0.Z0.）平行于X軸的直線；運用參考線精加工策略設置各個加工參數，產生如圖1顯示的刀路。參考線精加工策略產生的刀路，特點是所有刀路將按照所畫參考線軌跡，沿著刀軸的方向，向上或向下以設定的步距偏置出多條刀路。由于零件是由6片形狀完全相同且均布在圓周上的葉片構成，所以我們可以通過復制旋轉的方法產生其他5個槽的程序。

　　b.曲面精加工策略精加工葉輪內側曲面

　　開粗完葉輪流道后，每片葉片都留有單邊2MM以上的余量。根據余量的分布和根部R角大小，我們選擇￠6R1的牛鼻刀對內側葉片進行精加工。分析模型時我們發現，整個葉片的側面是由一整塊可展直紋面構成，因此我們選擇曲面精加工策略加工葉片。曲面精加工策略是按曲面的UV方向對單一的模型曲面進行加工的加工策略，它不受投影方向的限制，只按所選曲面的經緯線方向產生出刀路軌跡。選取葉片的內側曲面，設定完加工參數后，通過計算我們可以得到圖2刀路。

　　c.曲面精加工策略精加工葉輪外側曲面

　　同樣，我們使用曲面精加工策略，選取葉片的外側曲面，可以得到如圖3所示刀路。

　　d.曲面投影精加工策略精加工葉輪的流道

　　對于葉輪的流道，我們選用￠4MM的球頭刀，運用曲面投影精加工策略加工。曲面投影精加工是以所選曲面作為投影源，對單一的模型曲面按UV方向進行軌跡投影的加工策略。曲面投影精加工只能對單一的模型曲面進行編程，而葉輪底面有3塊自由曲面，因此我們只能分別選取曲面，計算出3個刀路后，將刀路疊加成一個精加工的程序。我們設好刀軸，先選取中間的一塊曲面，設定加工參數，計算出第一條刀路（注意UV方向的設置），以相同的方法分別將其他的底面生成刀路，用刀路疊加功能得到圖4刀路。

　　e.曲面精加工策略清1.5MMR角

　　因為加工葉片時￠6R1的牛鼻刀會與葉輪槽底部的曲面發生干涉，所以葉輪根部的R角需要進行清角加工。我們選用￠2MM的球頭刀，設置好刀軸，選擇葉輪根部內側R1.5MM的曲面，用曲面精加工策略計算出第一條清角刀路，以相同的方法，計算出清外側R角的另一條清角刀路，將兩條刀路疊加獲得如圖5的刀路。

　　3.4 葉輪的加工仿真

　　PowerMILL軟件為我們提供了集成一體的加工切削實體仿真功能，我們可用它仿真模擬完整的加工切削過程，檢查過切、碰撞、順銑/逆銑和加工質量等切削情況，節省上機床實際試切加工的成本。PowerMILL的加工切削實體仿真模塊還可從任何方向局部放大察看、旋轉察看仿真過程中和仿真完畢后的加工情況，提高了加工切削實體仿真的效率。對于四軸、五軸加工僅僅是加工切削實體仿真是不夠的，由于其運動方式不單有X、Y、Z軸的直線運動，還同時存在了A、B、C 軸的旋轉運動，加工時很容易發生零件與機床、刀具與機床、夾具與機床發生干涉的情況，不裝載機床仿真，后續加工時在機床上就必須花費大量的時間進行校核以避免碰撞的發生。PowerMILL的機床運動仿真和碰撞檢查模塊既適用于已定義的標準類型的機床，也可根據需要定義自己的機床模型。我們可以在屏幕上看到實際加工中將出現的機床運動的真實情況，可以發現使用不同加工策略時機床運動的合理性，可以發現機床在運轉時與運動中的各個部位是否碰撞，只有通過了機床運動仿真，我們才可以放心的將程序發送至機床進行加工。

4 結束語

　　四軸加工中心因有旋轉軸的運動，所以其運動軌跡的計算較為復雜，編程時能用到的加工策略也不多。本文介紹的加工與編程方法，不僅適用于葉輪的加工，對于圓柱凸輪、少齒轉子、異形螺桿等零件的加工也有一定的借鑒作用。PowerMILL是一款集多種功能于一體的加工編程軟件，它功能強大對于四軸、五軸零件的加工很有幫助，它易學易用初學者能很快掌握它的用法，但我們要想編制出高效優質的四軸加工程序，單單靠強大的編程工具是遠遠不夠的，它還需要我們不斷的鉆研新的加工工藝、改進加工方法，不斷的積累經驗教訓，在一次次的實際加工中完善我們的程序。