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叶轮加工是当今多轴联动数控加工最常见的实例。本文从实际出发，结合零件毛坯形状制定数控加工工艺，使用NX规划了整体叶轮数控刀轨，同时合理控制进退刀，实现了整体叶轮无干涉铣削加工轨迹生成，通过后置处理生成数控程序，并将生成的程序在Vericut中进行数控仿真，最终在VMC—0656e 5轴联动加工中心进行实验，验证了叶轮数控加工方案及程序的可行性，为复杂产品的造型和数控加工提供了设计思路和方法，也给其他类型叶轮的工艺设计与加工提供了参考方案。
一、前言
在计算机辅助设计与制造技术和多轴加工技术迅猛发展之前，整体式叶轮（图1）加工一般采用铸造成形后再由钳工抛光的加工方法，在加工质量与加工效率上有明显缺陷。普通的3轴数控机床，由于没有旋转轴，刀轴方向是固定的，在加工叶片时，叶片面（尤其是吸力曲面）必然存在背对刀轴的情况，产生加工干涉的现象。5轴加工中心配备了两根旋转轴，使刀轴能够相对工件旋转，通过5轴联动避免了叶片加工的干涉，能够完成叶轮的铣削加工。
本文选用目前流行且功能强大的NX8.0对复杂曲面叶轮进行加工仿真研究，其加工叶轮的专用模块可以减少编程人员的工作量，提高叶片类零件的制造精度，同时具有很高的计算速度、强大的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能以及加工残余分析等功能。
二、叶轮加工工艺分析
在本文加工的叶轮中，需要加工部分主要为中心孔、流道、叶片以及圆角部分。在叶片之间有大量的材料需要去除，由于每一个表面的加工要求都有所不同，在安排工序时要遵循基准先行，先粗后精，先主后次和分面加工的工艺原则，根据上述原则及精度要求，叶轮加工首先由最初的毛坯——棒料采用车床进行外轮廓的车削加工，得到叶轮回转体的基本形状，再粗加工叶片间流道（叶轮开粗）、流道曲面的半精加工（在粗加工的基础上生成余量均匀的表面，为精加工做好准备），叶片精加工、流道精加工和倒圆部分的清根加工等工序组成。加工工艺，如表所示。
在加工设备上选用VMC—0656e 5轴联动加工中心（图2）。其具有双回转工作台，带有一个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴。主轴最大转速为8 000r/min，数控系统为飞阳C0。X轴行程：-400～400mm。Y轴行程：-320～330mm。Z轴行程：105～605mm。A轴摆动角度：-105°～120°。
三、利用NX8.0生成刀轨
1.车削加工模块
通过剪裁叶轮的包覆曲面可以得到叶轮的外轮廓曲线，将它导入到NX车削加工模块中，可以对外轮廓进行粗精车。为减少铣削余量，钻孔后还可粗镗叶轮顶面轮廓，提高加工效率。通过定义部件和毛坯边界、进给量、主轴转速、加工余量、进退刀和走刀路线生成合理的刀具轨迹，如图3所示。
2.多轴铣削加工模块
（1）通道粗加工。
利用MULTI_BLADE_ROUGH 对叶轮进行粗加工，粗加工余量为1mm，每层切3mm，刀具为8mm球头铣刀，计算得粗加工刀位轨迹如图4所示。
（2）叶片面半精加工及精加工。
利用BLADE_FINISH 对叶片进行半精加工及精加工，刀具为6mm球头铣刀，刀轴为自动，半精加工余量为0.3mm，给精加工留更均匀的余量，保证后续加工切削稳定性，计算得刀位轨迹如图5所示。
（3）流道面半精加工及精加工。
利用HUB_FINISHI 对轮毂进行半精加工及精加工，刀具为6mm球头铣刀，刀轴为自动，半精加工余量0.3mm，计算得刀位轨迹如图6所示。
四、加工程序仿真检验
由于5坐标铣削加工时，刀具轨迹比较复杂，且加工过程中刀具轴矢量变化控制频繁，尤其是在进行高速切削时，刀具运动速度非常快，因此在进行实际产品加工前，进行数控程
序的校对审核是非常必要的。由于5坐标联动高速切削其程序量大，许多程序采用手工的方法或者在CAM软件里进行模拟，是难以有效地检查数控程序和机床的实际输出是否存在问题。采用Vericut软可以很好地节省校对时间，进行真实的模拟加工，Vericut软件能够非常真实地模拟机床加工过程中的干涉、过切以及进退刀等状况，尤其能很好地模拟5轴加工及其RTCP功能。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工。
NX Vericut切削仿真模块是集成在NX软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。NX Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以很容易地检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量。NX中的数字模型可直接传输到Vericut软件中进行模拟，包括毛坯、产品、数控刀具轨迹与刀具等数字信息。图7为进行整体叶轮机床加工时在Vericut软件中的模拟情况，为保证该产品的质量提供了较好的检测过程。
五、结语
5轴加工最难最重要的是避免发生干涉，NX作为通用软件，能够很好地完成叶轮零件的数控编程。本文利用NX软件对整体叶轮进行了加工编程，合理选择加工使用的刀具和机床，并对流道和底部圆角加工时对刀具的进退刀进行了控制，依据叶轮的特征，区域之间快速移动时以球的方式控制刀轴的移动，使刀轨变得更清晰，不仅提高了加工效率，还使加工变的更加安全。同时，对生成的数控程序在Vericut进行了仿真验证，保证生成的刀具轨迹的正确性。最后通过VMC—0656e 5轴联动加工中心实现了叶轮零件的加工，加工过程平稳，加工表面光洁度高，达到了预期的目标。
一、前言
在计算机辅助设计与制造技术和多轴加工技术迅猛发展之前，整体式叶轮（图1）加工一般采用铸造成形后再由钳工抛光的加工方法，在加工质量与加工效率上有明显缺陷。普通的3轴数控机床，由于没有旋转轴，刀轴方向是固定的，在加工叶片时，叶片面（尤其是吸力曲面）必然存在背对刀轴的情况，产生加工干涉的现象。5轴加工中心配备了两根旋转轴，使刀轴能够相对工件旋转，通过5轴联动避免了叶片加工的干涉，能够完成叶轮的铣削加工。
本文选用目前流行且功能强大的NX8.0对复杂曲面叶轮进行加工仿真研究，其加工叶轮的专用模块可以减少编程人员的工作量，提高叶片类零件的制造精度，同时具有很高的计算速度、强大的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能以及加工残余分析等功能。
二、叶轮加工工艺分析
在本文加工的叶轮中，需要加工部分主要为中心孔、流道、叶片以及圆角部分。在叶片之间有大量的材料需要去除，由于每一个表面的加工要求都有所不同，在安排工序时要遵循基准先行，先粗后精，先主后次和分面加工的工艺原则，根据上述原则及精度要求，叶轮加工首先由最初的毛坯——棒料采用车床进行外轮廓的车削加工，得到叶轮回转体的基本形状，再粗加工叶片间流道（叶轮开粗）、流道曲面的半精加工（在粗加工的基础上生成余量均匀的表面，为精加工做好准备），叶片精加工、流道精加工和倒圆部分的清根加工等工序组成。加工工艺，如表所示。
在加工设备上选用VMC—0656e 5轴联动加工中心（图2）。其具有双回转工作台，带有一个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴。主轴最大转速为8 000r/min，数控系统为飞阳C0。X轴行程：-400～400mm。Y轴行程：-320～330mm。Z轴行程：105～605mm。A轴摆动角度：-105°～120°。
三、利用NX8.0生成刀轨
1.车削加工模块
通过剪裁叶轮的包覆曲面可以得到叶轮的外轮廓曲线，将它导入到NX车削加工模块中，可以对外轮廓进行粗精车。为减少铣削余量，钻孔后还可粗镗叶轮顶面轮廓，提高加工效率。通过定义部件和毛坯边界、进给量、主轴转速、加工余量、进退刀和走刀路线生成合理的刀具轨迹，如图3所示。
2.多轴铣削加工模块
（1）通道粗加工。
利用MULTI_BLADE_ROUGH 对叶轮进行粗加工，粗加工余量为1mm，每层切3mm，刀具为8mm球头铣刀，计算得粗加工刀位轨迹如图4所示。
（2）叶片面半精加工及精加工。
利用BLADE_FINISH 对叶片进行半精加工及精加工，刀具为6mm球头铣刀，刀轴为自动，半精加工余量为0.3mm，给精加工留更均匀的余量，保证后续加工切削稳定性，计算得刀位轨迹如图5所示。
（3）流道面半精加工及精加工。
利用HUB_FINISHI 对轮毂进行半精加工及精加工，刀具为6mm球头铣刀，刀轴为自动，半精加工余量0.3mm，计算得刀位轨迹如图6所示。
四、加工程序仿真检验
由于5坐标铣削加工时，刀具轨迹比较复杂，且加工过程中刀具轴矢量变化控制频繁，尤其是在进行高速切削时，刀具运动速度非常快，因此在进行实际产品加工前，进行数控程
序的校对审核是非常必要的。由于5坐标联动高速切削其程序量大，许多程序采用手工的方法或者在CAM软件里进行模拟，是难以有效地检查数控程序和机床的实际输出是否存在问题。采用Vericut软可以很好地节省校对时间，进行真实的模拟加工，Vericut软件能够非常真实地模拟机床加工过程中的干涉、过切以及进退刀等状况，尤其能很好地模拟5轴加工及其RTCP功能。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工。
NX Vericut切削仿真模块是集成在NX软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。NX Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以很容易地检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量。NX中的数字模型可直接传输到Vericut软件中进行模拟，包括毛坯、产品、数控刀具轨迹与刀具等数字信息。图7为进行整体叶轮机床加工时在Vericut软件中的模拟情况，为保证该产品的质量提供了较好的检测过程。
五、结语
5轴加工最难最重要的是避免发生干涉，NX作为通用软件，能够很好地完成叶轮零件的数控编程。本文利用NX软件对整体叶轮进行了加工编程，合理选择加工使用的刀具和机床，并对流道和底部圆角加工时对刀具的进退刀进行了控制，依据叶轮的特征，区域之间快速移动时以球的方式控制刀轴的移动，使刀轨变得更清晰，不仅提高了加工效率，还使加工变的更加安全。同时，对生成的数控程序在Vericut进行了仿真验证，保证生成的刀具轨迹的正确性。最后通过VMC—0656e 5轴联动加工中心实现了叶轮零件的加工，加工过程平稳，加工表面光洁度高，达到了预期的目标。