基于HyperMILL和VERICUT的整体叶轮五轴联动加工与仿真

龚建全 孙华 邓禹 胡方平 邱章令

摘要：本文利用专业多轴数控编程软件HyperMILL，对整体叶轮的五轴联动加工策略进行分析和实现。首先，工艺分析并拟定加工路径，最后生成POF刀路文件导入VERICUE仿真软件，实现了整体叶轮加工过程仿真和刀具轨迹优化。

关键词：HyperMILL 整体叶轮 五轴联动 VERICUT 仿真

1 概述

整体叶轮的加工一直是加工过程中长期困扰人们的问题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，故其加工复杂性一直让工程师们头痛不已。HyperMILL软件中有专门加工叶轮的模块，使得原本极其复杂的编程变得简单，利用模块就能轻松获得所需要的参数。

2 加工整体叶轮的工艺流程

在本文所述零件加工中，需要加工的表面主要为流道面、叶片表面和过渡圆角面。另外叶片之间有大量材料需要去除，由于不同表面在加工中都有不同的精度要求，因此，在安排工序时，为了保证叶轮的加工质量、生产效率和加工成本，要遵循工序集中、先粗后精的加工原则，尽可能减少换刀和装夹。所以本文采用的加工流程为：①对叶轮基本回转体进行粗加工和精加工。②叶轮流道开槽加工。③叶轮流道及叶片半精加工。④流道精加工。⑤叶片精加工。

3 基于HyperMILL的整体叶轮加工刀路设计

基于HyperMILL 软件对叶轮的五轴部分进行加工，创建叶轮特征模型，分析和选用加工策略，创建用户刀具库，在参数选项卡中进行相关的设置，生成叶轮五轴加工轨迹仿真，以及加工方法，如表1所示，为叶轮加工提供了最优化的解决方案。

4 基于VERICUT软件的虚拟仿真

VERICUT软件已广泛应用于航空、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序。

4.1 虚拟机床的构建 首先用UG三维建模软件构建DMU50V型五轴联动数控机床，如图1所示，再生成IGES格式文件，最后导入到VERICUT中设置好相对位置关系，其模型树如图2所示。

4.2 刀具轨迹的仿真 为了避免程序错误造成零件过切、干涉和撞机等，利用VERICUT软件进行仿真加工。具体操作步骤：①配置好控制系统文件以及刀具库文件。②添加夹具模型和毛坯模型。③设置G代码零点偏置。④添加经后置处理的数控程序。⑤单击复位按钮，使机床复位。⑥单击播放按钮，如图3所示，进行刀路轨迹仿真。

5 刀具轨迹的优化

优化主要针对不同的刀具，工件材料和切削条件而建立的进给速度和主轴速度的切削参数库。VERICUT软件集成了一个Ingersoll刀具的切削参数库，可供参考应用VERICUT所有的优化设定都保存在中央数据库，按类型（如不同的刀具，数控机床等）分类存放。通过设定，基于恒定的材料去除量、主轴转速、切削深度及角度，恒定线速度CSS等方面进行设置参数。VERICUT通过对刀具路径的调整，减少空行程，合理地进行参数修改，能极大地提高加工效率。本文以叶轮加工为研究模型，通过优化节约了33.9%的加工时间，让加床利用率达到了100%。

6 总结

整体叶轮的加工一直是加工过程中长期困扰人们的问题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这给叶轮加工提出了更高的要求。利用VERICUT软件虚拟仿真，可以检测出加工过程中可能存在的问题，为用户挽回不必要的损失。

参考文献：

[1]王玉双.机械自动化技术的应用及发展[J].河南科技，2013（03）：140-142.

[2]刘雄伟.数控加工理论及编程技术[M].北京：机械工业出版社，2003（9）：123-136.

[3]黄正浩.用HYPERMILL进行叶轮加工[J].航空精密制造技术，2009（2）：40-41.