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隨著高速銑削技術(shù)、多軸尤其是五軸數(shù)控機床及CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用五軸聯(lián)動數(shù)控機床進行葉輪加工，既可以保證刀具的球頭部分對工件進行準(zhǔn)確的切削，又可以利用其轉(zhuǎn)動軸工作以避免刀具的刀體或刀桿部分與工件其他部分發(fā)生干涉或過切，充分滿足了葉輪零件生產(chǎn)的要求。
對于CAD/CAM處理后產(chǎn)生的葉輪加工程序，在葉輪正式加工之前，都必須經(jīng)過刀具軌跡的干涉檢驗和程序試切。其目的就是為了檢驗和驗證NC程序的正確性，因而產(chǎn)生了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真技術(shù)，它能夠全面逼真地反映現(xiàn)實加工環(huán)境和加工的過程，如工件的裝夾定位、機床調(diào)整、切削參數(shù)選取、加工結(jié)果和設(shè)計結(jié)果的比較等；同時，對加工過程中出現(xiàn)的碰撞、干涉等進行提前預(yù)警。因此合理地評價了現(xiàn)場工、夾、刀具等的實用性，并能對產(chǎn)品、工裝等的可加工性和工藝規(guī)程的合理性進行評估，這也是工藝、編程人員所需要的。
葉輪加工工藝分析
葉輪結(jié)構(gòu)可分為輪轂曲面以及葉片曲面2部分，葉片包含包覆曲面、壓力曲面和吸力曲面，如圖1所示。葉輪輪轂曲面由葉片中性面根部曲線和葉片中性面頂部曲線繞Z軸轉(zhuǎn)而成；經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸Z的設(shè)計基準(zhǔn)面為子午面；中性面是處于葉片壓力面和吸力面中間位置的曲面。
葉輪在航空航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用
從整體葉輪的結(jié)構(gòu)特點可以看出，加工整體葉輪時刀具軌跡規(guī)劃的約束條件較多，相鄰葉片空間較小，加工時極易產(chǎn)生碰撞干涉，自動生成無干涉刀位軌跡較困難。
整體葉輪的加工難度如下所述：
（1）葉輪加工流道變窄，葉片相對較長，剛度較低，屬于薄壁類零件，在加工過程中極易變形。
（2）流道最窄處葉片深度超過刀具直徑的9倍以上，相鄰葉片空間極窄，在清角加工時刀具直徑較小，刀具容易折斷，切削深度的控制也是加工的關(guān)鍵技術(shù)。
（3）葉輪曲面為自由曲面（包含小葉片、窄流道），葉片扭曲比較嚴(yán)重，加工時極易產(chǎn)生干涉。
本課題采用米克朗UCP800DURO五軸聯(lián)動加工中心完成對葉輪的精加工。
根據(jù)工藝分析結(jié)果及采用的五坐標(biāo)精加工設(shè)備，本課題所選案例——葉輪的加工路線為：毛坯→車加工外子午曲面→五坐標(biāo)精加工。對于葉片及圓角，采用五坐標(biāo)設(shè)備一次加工完成，既保證了刀具軌跡切削的連續(xù)性，又保證了葉片、圓角的精度以及葉片和圓角之間的銜接，其中五坐標(biāo)精加工工序細分為：荒加工流道→葉片荒加工→葉片半精加工→流道半精加工→葉片精加工→流道精加工。
本課題采用UGNX4.0對整體葉輪進行加工軌跡規(guī)劃及數(shù)控程序的編制。
構(gòu)建虛擬仿真平臺
虛擬仿真加工技術(shù)的一項指標(biāo)就是要求虛擬仿真環(huán)境及系統(tǒng)能夠逼真地反映現(xiàn)實加工。因此，在構(gòu)建虛擬機床環(huán)境的過程中，需要認(rèn)真搜集物理機床的相關(guān)技術(shù)資料及外觀資料，明確機床各運動軸之間的幾何運動關(guān)系，確保構(gòu)建的虛擬機床環(huán)境與物理機床環(huán)境相一致。
1虛擬仿真
選擇Vericut軟件，并輔助CimcoEdit軟件作為工藝仿真系統(tǒng)構(gòu)建的平臺來對整體葉輪進行虛擬仿真。
（1）Vericut軟件。
Vericut是美國CGTech公司開發(fā)的專為制造業(yè)設(shè)計的CNC數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化軟件，該軟件自1988年問世以來，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件和高精密零件（如透平機械零件）加工領(lǐng)域。Vericut通過準(zhǔn)備模擬整個機床加工過程和校驗加工程序，避免了機床碰撞和干涉，實現(xiàn)了程序的優(yōu)化，提高了生產(chǎn)效率和零件表面質(zhì)量。
（2）CimcoEdit軟件。
除了采用仿真功能比較強大的Vericut軟件外，還在編程員與操作者2個不同的層面引入了一款比較方便的程序代碼編碼查看軟件CimcoEdit。它對計算機硬件環(huán)境要求低，易于操作和應(yīng)用，適合在制造現(xiàn)場應(yīng)用，并具有實用的數(shù)控編輯功能、文件的智能比較、刀位軌跡的三維模擬及程序統(tǒng)計等功能。
2UCP800五軸加工中心仿真平臺
工藝仿真系統(tǒng)的建立，需要對機床環(huán)境、夾具、刀具、控制系統(tǒng)等預(yù)先定義或配置，為了獲得機床幾何運動模型及相關(guān)數(shù)據(jù)，需要分析、測量機床相關(guān)部件間的機械運動關(guān)系及相應(yīng)的尺寸（如X、Y、Z、A、C各軸間幾何運動關(guān)系）、工作臺尺寸、附件頭的尺寸規(guī)格、橫梁距離工作臺的初始高度等。
通過對機床相關(guān)技術(shù)資料的收集、整理、分析，使用UGNX4.0CAD軟件功能，以機床C旋轉(zhuǎn)臺中心為零點構(gòu)建UCP800機床3D模型，完成了米克朗五坐標(biāo)機床模型，如圖2所示。
葉輪在航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用
根據(jù)圖2所示機床的幾何運動結(jié)構(gòu)，在Vericut軟件模擬仿真環(huán)境下，打開“ComponentTree”機床結(jié)構(gòu)樹，在“Base（0，0，0）”節(jié)點下首先添加機床的X、Y、Z、A、C共5個運動部件，然后根據(jù)各軸間的聯(lián)動關(guān)系通過拖拽方式進行重新布局。為了實現(xiàn)機床仿真的真實性，將UG構(gòu)建的3D機床各部件以STL格式輸出并添加到機床結(jié)構(gòu)樹的各個相關(guān)部件下，配置完成UCP800機床結(jié)構(gòu)樹。
對于機床來講，控制系統(tǒng)是正確模擬加工程序的前提，是對加工程序指令的解釋和處理。接下來為葉輪仿真環(huán)境配置控制系統(tǒng)。米克朗UCP800坐標(biāo)機床的CNC控制系統(tǒng)配置為HeidenhainiTNC530系統(tǒng)，因此選擇Vericu軟件“Library”目錄下的Hei530.ctl。
Vericut軟件本身已有控制系統(tǒng)的基本功能，但對于每一臺物理機床設(shè)備，都會有一些特殊指令，針對這些控制系統(tǒng)文件不具備的特殊指令，就必須經(jīng)過二次開發(fā)，通過宏命令、編寫子程序等來實現(xiàn)特殊定制。
