（撫順市技師學(xué)院，遼寧 撫 順 1 13123）

金屬模鑄造由于鑄件的機(jī)械性能好，精度高，表面粗糙度低，工藝收得率高，生產(chǎn)率高的特點(diǎn)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，隨著CAD/CAM軟件、仿真軟件的出現(xiàn)及不斷發(fā)展，曲面的加工精度與效率不斷得到滿足和提高。CAXA制造工程師作為國內(nèi)典型的CAD/CAM軟件，在具有復(fù)雜曲面零件的造型、自動(dòng)編程、NC代碼自動(dòng)校驗(yàn)和模擬加工的仿真功能方面不遜于國外同類軟件。運(yùn)用CAXA制造工程師對(duì)葉片的金屬型鑄模進(jìn)行造型及自動(dòng)編程，可實(shí)現(xiàn)葉片的少加工或無加工。

1 葉片金屬鑄模的實(shí)體設(shè)計(jì)

1.1 葉片截面參數(shù)的計(jì)算與繪制

為了在CAXA制造工程師中，建立葉片金屬模的實(shí)體模型，必須計(jì)算葉片各截面的參數(shù)。首先根據(jù)葉片的公式，葉片與其它結(jié)構(gòu)的連接要求，計(jì)算各個(gè)截面的曲線，再計(jì)算其空間坐標(biāo)。接下來，在葉片半徑方向上按重要截面將葉片分為7份，計(jì)算出8個(gè)截面曲線。然后，根據(jù)截面的平面曲線和相應(yīng)的半徑，在CAXA制造工程師中得到各個(gè)截面的三維坐標(biāo)值。葉片各個(gè)截面由樣條線組成，凹面和凸面之間以圓弧過渡，如圖1所示。

圖1 葉片截面曲線

圖2 生成網(wǎng)格面

1.2 生成葉片曲面

以凹面構(gòu)成的凸模為例，將凹面和凸面之間的所有過渡圓弧在其中心點(diǎn)處打斷，刪除凸面的各個(gè)樣條曲線及與其相連的半個(gè)過渡圓弧。

在“曲線生成欄”中點(diǎn)擊“樣條線”，將凹面中樣條線及圓弧的同一側(cè)端點(diǎn)連接為樣條線，點(diǎn)擊“曲面生成欄”上的網(wǎng)格面按鈕，在立即菜單中把精度設(shè)置為0.01，接提示依次拾取U向截面線及V向截面線，生成網(wǎng)格面，拾取樣條曲線兩側(cè)的圓弧，用同樣方法生成網(wǎng)格面，如圖2所示。

1.3 主葉片部分鑄模的三維實(shí)體設(shè)計(jì)

當(dāng)葉片曲面生成后，按圖3所示的零件圖進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)。

圖3 凸模零件圖

構(gòu)造一距離“平面XY”為200，方向相反的基準(zhǔn)平面。進(jìn)入草圖狀態(tài)，在“曲線生成欄”中點(diǎn)擊“曲線投影”按鈕，分別拾取圖2中主葉片部分四周的樣條線，構(gòu)成草圖。采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，拾取圖2中主葉片曲面，點(diǎn)擊確定，刪除主葉片曲面上除兩側(cè)外的所有樣條線及曲面。如圖4所示。

圖4 主葉面部分實(shí)體

圖5 生成葉片兩側(cè)分型面

1.4 葉片金屬模左右分型面及葉片兩側(cè)半圓弧部分設(shè)計(jì)

構(gòu)造距離“平面XZ”為250的基準(zhǔn)面，進(jìn)入草圖，單擊“曲線生成欄”中的“曲線投影”按鈕，拾取相應(yīng)的實(shí)體棱線及圓弧曲面的外側(cè)樣條線，形成草圖。再次采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，選擇與草圖相對(duì)的曲面，單擊確定，生成分型面部分實(shí)體。單擊“特征生成欄”工具欄中的“曲面裁剪除料”按鈕，選定圓弧曲面，確定除料方向，生成葉片邊緣圓弧實(shí)體部分。采用同樣方法生成另一側(cè)實(shí)體，如圖5所示。

1.5 構(gòu)造金屬模其它部位實(shí)體結(jié)構(gòu)

生成其它部位的實(shí)體，相關(guān)部分倒圓角，根據(jù)金屬模鑄造工藝圖紙，構(gòu)造冒口及凸模與凹模間的定位銷孔等結(jié)構(gòu)，最終金屬模實(shí)體結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 葉片鑄模實(shí)體

2 葉片金屬鑄模的數(shù)控加工

葉片金屬模的毛坯為球墨鑄鐵鑄件，加工余量為3 mm。另外，圖3左視圖中的R75孔、R150孔先在鏜床上加工完成，數(shù)控加工時(shí)采用半粗加工去除大部分余量，再用精加工最終完成。設(shè)備采用VMC 1300A立式加工中心，系統(tǒng)為FANUC 0i-MC。

2.1 鑄模上表面的半粗加工

從金屬型鑄模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求兩方面考慮，可采用等高線加工的方式來進(jìn)行加工，由于CAXA制造工程師沒有提供半粗加工的模式，因此，在加工中采用等高線精加工的方法進(jìn)行半粗加工，為了提高加工效率，具體參數(shù)可設(shè)置大一些。對(duì)金屬模的等高線加工的各項(xiàng)設(shè)置見圖7。

拾取圖6所示實(shí)體的全部上表面（需利用“曲面生成欄”中的“實(shí)體表面”按鈕生成），生成刀軌如圖8所示。

圖7 等高線半粗加工參數(shù)設(shè)置

圖8 等高線半粗加工刀軌

圖9 曲面區(qū)域式精加工刀軌

2.2 鑄模上表面精加工

采用曲面區(qū)域式精加工方式，刀具分別選用D10R2.5的圓角端銑刀，余量設(shè)為0，設(shè)置合適的加工范圍，加工鑄模上表面（局部半粗補(bǔ)加工及精加工從略），生成刀軌，如圖9所示。

2.3 鑄模加工仿真

拾取相應(yīng)刀軌進(jìn)行鑄模仿真加工操作，確保無過切、撞刀的現(xiàn)象，實(shí)體上表面的半粗加工仿真如圖10所示（其它刀軌仿真加工從略）。

圖10 等高線半粗加工上表面實(shí)體仿真

2.4 后置處理

經(jīng)過前述對(duì)金屬模的各種加工方法的使用及設(shè)置，再對(duì)凸模與凹模間的定位銷孔等結(jié)構(gòu)生成刀軌，經(jīng)仿真加工無誤后選用相應(yīng)的機(jī)床系統(tǒng)生成G代碼。

3 結(jié)束語

在仿真加工前按金屬模的鑄造工藝圖設(shè)計(jì)毛坯實(shí)體，在仿真加工時(shí)，在仿真加工界面中點(diǎn)擊“改變毛坯設(shè)定”按鈕，選擇自定義毛坯。在仿真加工時(shí)，應(yīng)在“干涉”列表框中選取“所有干涉”模式，按下“請(qǐng)選擇是否執(zhí)行和制品形狀比較顯示”按鈕，并配合鍵盤的方向鍵進(jìn)行模型的旋轉(zhuǎn)，仔細(xì)觀察有無過切、撞刀等現(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)有過切、撞刀等現(xiàn)象，應(yīng)重新設(shè)定加工面、加工范圍、干涉面等參數(shù)。經(jīng)過檢驗(yàn)，達(dá)到加工要求和效果后才可生成G代碼。在VMC1300A加工中心加工后的葉片金屬鑄模凸模實(shí)際效果，如圖11所示。

圖11 實(shí)際生產(chǎn)效果圖

[1]吳子敬.CAXA制造工程師2008實(shí)用教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2]盧繼平.基于UGⅡ的葉片建模與加工[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（4）：303-305.

[3]張群艷.基于CAXA制造工程師曲面加工方法的比較[J].數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備，2009，（6）：75-77.