图8

四轴联动加工则可解决上述问题，有效地控制刀具和曲面切削点法矢的夹角，从而使切削余量相对均匀，在型面扭转较大的叶片加工中有明显的优势；同时一次完成了叶盆、叶背、进排气边缘的加工，具有较高的加工精度。

2．叶片的型面加工

叶片的型面为自由曲面，毛坯为模锻件，需要进行半精加工和精加工。在半精加工中可以根据被加工的面生成偏置面。利用Mastercam中Toolpaths(刀具路径)—Multiaxis（多轴加工）—Msurf5ax（五轴曲面加工），选用曲面驱动，Cut Pattern(切削模式)、Tool Axis Control(刀轴控制)、Cut Surfaces（切削曲面）都选择被加工曲面。 选用直径为12的球刀加工，半精加工步距取1mm，精加工步距取0.3mm，余量为0.2mm，螺旋式走刀。精加工的刀轨路径如下图所示（图9）。

图9

3．加工仿真

为了检验刀轨的正确性，防止加工中过切现象，Mastercam提供了强大仿真校验功能。先通过Jobstup(毛坯设置)设置毛坯尺寸，利用Verify(校验)功能仿真切削，如下图所示（图10）。

图10

4．后置处理

Mastercam系统分为主处理程序和后置处理程序两大部分。主处理程序针对加工对象，加工系统建立3D模型，计算刀具轨迹，生成NCI文件（刀具路径文件）。NCI文件是一个用ASCII码编写包括NC程序的全部资料的文件。后置处理系统配置了适应单一类型控制系统的通用后处理，该后置处理提供了一种功能数据库模型，用户根据数控机床和数控系统的具体情况，可以对其数据库进行修改和编译，定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序。其文件的扩展名为PST，定义了切削加工参数、NC程式格式、辅助指令，接口功能等。默认的MPFAN.PST是内定成适应FANUC控制器的通用格式，如FANUC3M、FANUC6M、FANUC0-M等。

通过Post processing （后置处理）操作，系统自动产生NC程式，如下：

5．进给速度的修正

进给速度对叶片加工质量、加工精度、表面质量有着重要作用。精加工时希望能保持恒定的切削速度，由于叶片型面的变化，切削点的速度也处于不断变化，如下图所示（图11）。

图11

根据叶片的截面可以分析叶片的曲率变化规律：叶盆和叶背方向上的曲率变化平坦，加工中，旋转轴A轴的转动就慢，XYZ轴的行程也短，这时的运动速度就很快；进排气边处的曲率变化剧烈，加工中A轴旋转的很快，XYZ的行程也很大，这样会导致饲服系统驱动功率不足，使系统整体速度下降。数控编程往往只给出加工速度的参考值，理想情况下由数控系统自动完成，使数控编程可以不考虑速度的变化情况，适应实际的加工。但由于叶片曲面的加工程序均为微小直线段，实现速度平滑要提前预读多段，这就要求控制系统有很高的处理速度，高档系统已具有这样的能力。当数控系统具有G93进给率控制指令时（速度倒数，执行该程序段所用的时间），可直接用G93方式实现恒表面进给速度。（可以修改Mastercam后处理文件Mpfan.pst生成含G93指令格式的NC程式），在系统不具备G93指令时可以编制合适的后处理文件对机床速度动态修正，使之在曲率变化小的叶盆叶背处降低切削进给速度，在曲率变化大的进排气边处提高切削速度 ，来补偿机床功率不足。

6．DNC（直接控制）加工

由于叶片型面程序量大，NC机床的磁泡存储器容量有限，常用PC机与NC机床RS232接口通讯。通过Mastercam中的Communications(通讯)功能,设置传输文件格式、串口，传输速率、奇偶校验、数据位等与CNC控制器的参数一致从而实现在线加工，如下图所示（图12）。

图12

六、结束语

叶片的四轴联动数控加工，较以往的三坐标加工，一次完成叶身型面的加工，极大地减轻了后续抛光工序的工作量，大大提高了加工质量和生产效率，同时提高了设备的利用率。Mastercam以其强大的功能已成功地应用于叶片的四联动加工，较好地解决了该类零件的批量生产中的质量和效率问题，取得了良好的经济效益。