0 引言

　　整體葉輪加工是指輪轂和葉片在同一毛坯上進行的整體加工，由于葉片形狀復(fù)雜扭曲使得葉輪的整體加工具有很大的難度。傳統(tǒng)的葉輪加工一般采用鑄造成型后拋光的方法，這種方法使葉輪的模具制造復(fù)雜，葉片精度很難保證，動平衡性能差，生產(chǎn)周期長。近年來，隨著計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)，以及數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，整體葉輪的加工越來越多地采用通用或?qū)Ｓ肅AD/CAM軟件，如UG、Pro/E等進行數(shù)控編程后，在五坐標聯(lián)動的數(shù)控機床上完成。由于零件形狀復(fù)雜，機床刀具軌跡的生成過程中一般不考慮機床的具體結(jié)構(gòu)和工件的裝夾方式，所以不能確保計算出的數(shù)控加工程序能夠安全、正確的執(zhí)行，盡管目前在工藝規(guī)劃和刀具軌跡生成等技術(shù)方面已經(jīng)取得了很大的進展，但是由于這些零件形狀的復(fù)雜多變以及加工環(huán)境的復(fù)雜性，要確保所生成的加工程序并不存在任何問題仍十分困難。因此，為確保數(shù)控程序的正確性，在實際加工前采取仿真的方法對加工程序進行檢驗并修正是十分必要的。

　　VERICUT是切削仿真及機床仿真軟件，主要用于模擬2-5軸銑、鉆、車等加工操作，采用人機交互方式模擬、檢驗和顯示NC加工程序，是一套世界領(lǐng)先的NC校驗軟件。本文作者利用VERICUT實現(xiàn)了整體葉輪的加工和仿真。

　　1 零件結(jié)構(gòu)及主要解決的問題

　　整體葉輪采用的材料為30CrMnSiA，經(jīng)熱處理后，其強度相當大，屬于典型的薄壁件，葉片壁厚為4mm，易產(chǎn)生加工變形，加工周期長。該零件不但對尺寸精度和表面粗糙度要求高，而且對切削刀紋也有較高的要求。刀紋要順著流路方向。加工所使用的機床設(shè)備價格昂貴，制造成本高，不允許發(fā)生碰撞事故。程序編制復(fù)雜，不僅要保證幾何尺寸，而且還要避免機床主軸在切削過程中與零件或工裝發(fā)生碰撞。因此，采用VERICUT軟件主要是為了解決如下問題：

　　(1)由于編程時選擇的加工方式不理想，后置處理程序有缺陷，或因為編程員經(jīng)驗不足，提前發(fā)現(xiàn)加工程序可能存在的問題，以免產(chǎn)生不必要的浪費。

　　(2)進行干涉檢查，及時對必須修正的地方進行修正甚至重新編程，以保證向機床操作人員提供正確的加工程序。

　　(3)模擬零件裝夾與加工過程中機床的真實運動情況，以避免機床部件與夾具和零件的碰撞。

　　(4)檢測零件加工后是否存在過切、欠切現(xiàn)象，測量加工后的零件與設(shè)計圖紙要求之間的差別等。

　　2 數(shù)控機床仿真環(huán)境的建立

　　用VERICUT建立的機床模型是機床結(jié)構(gòu)在計算機上的映射，在計算機上可以顯示機床的結(jié)構(gòu)外形，也可以通過組件樹建立其相互依附關(guān)系。在計算機上建立虛擬的數(shù)控機床本體、控制系統(tǒng)、刀具庫等，通過添加毛坯，調(diào)用數(shù)控程序，就可以在PC機上觀看到和機床加工一樣的效果，因此建立數(shù)控機床仿真環(huán)境是進行切削仿真的基礎(chǔ)。下面介紹在VERICUET中建立加工中心仿真整體葉輪環(huán)境的過程。該加工中心采用FANUC0iMB數(shù)控系統(tǒng)，具有X、Y、Z、A、曰運動軸，可實現(xiàn)X、Y、Z三軸聯(lián)動控制。Z軸行程為635mm，Y軸行程為610ram，X軸行程為1 100ram，主軸最高轉(zhuǎn)速可達8 000r/min，刀庫容量為20把拉o。

　　(1)建立機床組件樹

　　打開VERICUT中新建用戶文件，在Model—ComponentTree中，定義機床的組成部分，添加順序為base—Z—Tool，base—Y—X—Fixture—Stock，base—Y—X—B—A，這樣就得到機床組件樹，如圖1所示。

圖1 機床組件樹

　　(2)添加機床幾何模型

　　在三維實體軟件Pro/E中按機床實際位置尺寸繪制各組成部分模型，并轉(zhuǎn)化為STL格式導(dǎo)人VERlCUT，依次按組件樹添加實體，以Base為例，在ModelingWindow中，設(shè)置ActiveComponent=Base，ModelType=ModelFile，利用Browse選擇路徑，選擇添加相應(yīng)的機床Base組件，設(shè)置Normals=Outward，Unit=Millimeter。Color=Lisht SteelBlue，同樣可添加其余機床組件，生成的機床幾何模型。

　　(3)機床參數(shù)設(shè)置

　　機床模型設(shè)置完后，還要對機床進行參數(shù)設(shè)置，打開Setup—Machine—Settings選項，在MachineSetting Window中，依次設(shè)置機床的CollisionDetect、

　　TravelLimits、Axis Priority選項，在Tables選項中設(shè)置機床初始位置、機床零點、換刀位置等參數(shù)。

　　(4)建立機床刀具庫

　　VERICUT中的刀具由刀柄和刀片組成，刀柄的形狀可在VERICUT中畫出，也可先用其它軟件建模，并將其轉(zhuǎn)換成STL格式，便于使用時調(diào)入和調(diào)整位置。刀片必須在VERICUT中設(shè)置，選擇相應(yīng)刀片型號，輸入刀片尺寸即可在VERICUT中建立刀具模型，如圖2所示。

圖2 刀具庫

　　3 機床加工過程仿真

　　使用VERICUT進行機床加工過程仿真，不但能用彩色的三維圖像顯示出刀具切削毛坯形成零件的全過程，還能逼真地顯示刀具、夾具、機床的運行過程和虛擬的工廠環(huán)境，其操作過程如下。

　　(1)在VERICUT中打開機床模型，在ModelingWindow中，設(shè)置毛坯大小及形狀。

　　(2)打開Setup—Control—Open，設(shè)置Shortcut=CGTECHLIBRARY，選擇FANUCOiMB控制文件。

　　(3)在ToolManageWindow中添加已建立的刀具庫。

　　(4)Setup—Toolpath調(diào)入加工程序，在Toolpath-Window中，設(shè)置ToolpathType和ToolChangeBy選項，添加相應(yīng)的刀軌文件，作為NC驅(qū)動程序。

　　(5)在VERICUT主窗口中，點擊右下角的Reset按鈕，再點擊PlaytoEnd按鈕，運行加工過程的仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 加工過程

　　4 結(jié)束語

　　VERICUT是集多種功能于一體的切削仿真系統(tǒng)。本文作者基于VERICUT軟件構(gòu)建了加工中心的仿真環(huán)境，用同樣方法可構(gòu)建其它各種數(shù)控機床的仿真環(huán)境。此方式基于完整的加工工藝系統(tǒng)環(huán)境進行NC編程仿真，比CAD/CAM軟件的單純刀位文件仿真更真實、直觀，更接近實際加工情況，仿真后的NC程序不用試切可直接輸入機床進行加工，而且利用該平臺可以以形象直觀的方式實現(xiàn)對數(shù)控代碼的效驗，對于保證數(shù)控程序的正確性具有重要意義，可以將過切與干涉等不安全因素消除在機床加工之前。