基于CAXA制造工程师2011的叶片金属铸模的建模及数控加工

（抚顺市技师学院，辽宁 抚 顺 1 13123）

金属模铸造由于铸件的机械性能好，精度高，表面粗糙度低，工艺收得率高，生产率高的特点在生产中得到广泛应用。同时，随着CAD/CAM软件、仿真软件的出现及不断发展，曲面的加工精度与效率不断得到满足和提高。CAXA制造工程师作为国内典型的CAD/CAM软件，在具有复杂曲面零件的造型、自动编程、NC代码自动校验和模拟加工的仿真功能方面不逊于国外同类软件。运用CAXA制造工程师对叶片的金属型铸模进行造型及自动编程，可实现叶片的少加工或无加工。

1 叶片金属铸模的实体设计

1.1 叶片截面参数的计算与绘制

为了在CAXA制造工程师中，建立叶片金属模的实体模型，必须计算叶片各截面的参数。首先根据叶片的公式，叶片与其它结构的连接要求，计算各个截面的曲线，再计算其空间坐标。接下来，在叶片半径方向上按重要截面将叶片分为7份，计算出8个截面曲线。然后，根据截面的平面曲线和相应的半径，在CAXA制造工程师中得到各个截面的三维坐标值。叶片各个截面由样条线组成，凹面和凸面之间以圆弧过渡，如图1所示。

图1 叶片截面曲线

图2 生成网格面

1.2 生成叶片曲面

以凹面构成的凸模为例，将凹面和凸面之间的所有过渡圆弧在其中心点处打断，删除凸面的各个样条曲线及与其相连的半个过渡圆弧。

在“曲线生成栏”中点击“样条线”，将凹面中样条线及圆弧的同一侧端点连接为样条线，点击“曲面生成栏”上的网格面按钮，在立即菜单中把精度设置为0.01，接提示依次拾取U向截面线及V向截面线，生成网格面，拾取样条曲线两侧的圆弧，用同样方法生成网格面，如图2所示。

1.3 主叶片部分铸模的三维实体设计

当叶片曲面生成后，按图3所示的零件图进行三维实体设计。

图3 凸模零件图

构造一距离“平面XY”为200，方向相反的基准平面。进入草图状态，在“曲线生成栏”中点击“曲线投影”按钮，分别拾取图2中主叶片部分四周的样条线，构成草图。采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，拾取图2中主叶片曲面，点击确定，删除主叶片曲面上除两侧外的所有样条线及曲面。如图4所示。

图4 主叶面部分实体

图5 生成叶片两侧分型面

1.4 叶片金属模左右分型面及叶片两侧半圆弧部分设计

构造距离“平面XZ”为250的基准面，进入草图，单击“曲线生成栏”中的“曲线投影”按钮，拾取相应的实体棱线及圆弧曲面的外侧样条线，形成草图。再次采用“拉伸增料”—“拉伸到面”的方式，选择与草图相对的曲面，单击确定，生成分型面部分实体。单击“特征生成栏”工具栏中的“曲面裁剪除料”按钮，选定圆弧曲面，确定除料方向，生成叶片边缘圆弧实体部分。采用同样方法生成另一侧实体，如图5所示。

1.5 构造金属模其它部位实体结构

生成其它部位的实体，相关部分倒圆角，根据金属模铸造工艺图纸，构造冒口及凸模与凹模间的定位销孔等结构，最终金属模实体结构，如图6所示。

图6 叶片铸模实体

2 叶片金属铸模的数控加工

叶片金属模的毛坯为球墨铸铁铸件，加工余量为3 mm。另外，图3左视图中的R75孔、R150孔先在镗床上加工完成，数控加工时采用半粗加工去除大部分余量，再用精加工最终完成。设备采用VMC 1300A立式加工中心，系统为FANUC 0i-MC。

2.1 铸模上表面的半粗加工

从金属型铸模的结构特点和加工要求两方面考虑，可采用等高线加工的方式来进行加工，由于CAXA制造工程师没有提供半粗加工的模式，因此，在加工中采用等高线精加工的方法进行半粗加工，为了提高加工效率，具体参数可设置大一些。对金属模的等高线加工的各项设置见图7。

拾取图6所示实体的全部上表面（需利用“曲面生成栏”中的“实体表面”按钮生成），生成刀轨如图8所示。

图7 等高线半粗加工参数设置

图8 等高线半粗加工刀轨

图9 曲面区域式精加工刀轨

2.2 铸模上表面精加工

采用曲面区域式精加工方式，刀具分别选用D10R2.5的圆角端铣刀，余量设为0，设置合适的加工范围，加工铸模上表面（局部半粗补加工及精加工从略），生成刀轨，如图9所示。

2.3 铸模加工仿真

拾取相应刀轨进行铸模仿真加工操作，确保无过切、撞刀的现象，实体上表面的半粗加工仿真如图10所示（其它刀轨仿真加工从略）。

图10 等高线半粗加工上表面实体仿真

2.4 后置处理

经过前述对金属模的各种加工方法的使用及设置，再对凸模与凹模间的定位销孔等结构生成刀轨，经仿真加工无误后选用相应的机床系统生成G代码。

3 结束语

在仿真加工前按金属模的铸造工艺图设计毛坯实体，在仿真加工时，在仿真加工界面中点击“改变毛坯设定”按钮，选择自定义毛坯。在仿真加工时，应在“干涉”列表框中选取“所有干涉”模式，按下“请选择是否执行和制品形状比较显示”按钮，并配合键盘的方向键进行模型的旋转，仔细观察有无过切、撞刀等现象。一旦发现有过切、撞刀等现象，应重新设定加工面、加工范围、干涉面等参数。经过检验，达到加工要求和效果后才可生成G代码。在VMC1300A加工中心加工后的叶片金属铸模凸模实际效果，如图11所示。

图11 实际生产效果图

[1]吴子敬.CAXA制造工程师2008实用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]卢继平.基于UGⅡ的叶片建模与加工[J].北京理工大学学报，2004，（4）：303-305.

[3]张群艳.基于CAXA制造工程师曲面加工方法的比较[J].数字技术与机械加工工艺装备，2009，（6）：75-77.