基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真研究
基于UG的叶轮五轴联动数控加工的开题报告
基于UG的叶轮五轴联动数控加工的开题报告
一、课题背景
随着航空、汽车制造等工业的发展，对叶轮的精度和表面质量的要
求也越来越高，而采用传统的加工方法难以满足这些要求。
因此，采用
数控加工技术加工叶轮成为一种趋势。
二、研究目的
本研究旨在基于UG软件，研究叶轮五轴联动数控加工技术，解决
叶轮表面质量精度低的问题。
三、研究方法
1.通过对UG软件的学习和实践，掌握五轴联动数控加工的基本原理、基础操作和程序编写方法。
2.通过仿真调试，优化加工程序，保证叶轮加工质量和效率。
3.通过实验验证五轴联动数控加工技术的可行性和有效性。
四、研究内容
1. 叶轮设计与建模
根据叶轮的实际形状和尺寸，使用UG软件进行三维建模，并生成STL格式文件以供数控加工。
2. 叶轮数控加工程序编写
根据叶轮的三维建模结果，编写五轴联动数控加工程序，包括刀具
轨迹、加工参数等。
3. 叶轮数控加工仿真与调试
将编写好的数控加工程序导入仿真软件，进行仿真调试，优化加工
程序，保证叶轮加工质量和效率。
4. 叶轮数控加工实验验证
根据优化后的数控加工程序，在数控加工设备上进行实际加工，并对加工结果进行评价和分析。
五、预期成果
1. 掌握叶轮五轴联动数控加工的基本原理、基础操作和程序编写方法。
2. 提高叶轮表面质量和加工精度，满足叶轮加工的要求。
3. 验证五轴联动数控加工技术在叶轮加工中的应用价值，为叶轮制造领域提供技术支持。
基于UG NX的整体叶轮五轴数控加工
1 前言叶轮是压缩机、透平机和泵等的核心部件，其加工质量的优劣对压缩机的性能有着决定性的影响。
20世纪80年代中期，在先进透平机械的结构设计中，出现了“三元整体叶轮”结构。
三元叶轮是根据透平式流体机械内部流体的三元真实流动状况而设计的，能大幅度地降低能耗。
整体式三元叶轮是指轮毂和叶片在同一毛坯上，具有结构紧凑、曲面误差小、强度高等优点。
由于叶轮采取了整体式结构，而叶片的形状又是机械加工中较难加工的复杂形状曲面构成的，因此加工时轨迹规划的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极易发生碰撞干涉，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。
目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，主要有美国叶轮制造公司NREC推出的专用软件包：MAX-5，MAX-AB；瑞士Starrag生产的数控机床所带的整体叶轮加工模块，还有Hypermill等专用叶轮加工软件。
此外，一些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E、 MasterCAM等也能用于整体叶轮的加工。
本文选用UG NX4.0对整体叶轮进行加工轨迹规划。
2 加工工艺及装备分析2.1 加工工艺流程规划叶轮的一般构成形式是若干组叶片均匀分布在轮毂上，相邻两个叶片间构成流道，叶片与轮毂的连接处有一个过渡圆角，使叶片与轮毂之间光滑连接。
叶片曲面为直纹面或自由曲面。
整体叶轮的几何形状比较复杂，一般流道较狭窄且叶片扭曲程度大，容易发生干涉碰撞。
因此主要难点在于流道和叶片的加工，刀具空间、刀尖点位和刀轴方位要精确控制，才能加工到其几何形状的每个角落，并使刀具合理摆动，避免发生干涉碰撞。
叶轮加工首先由最初的毛坯——棒料、铸造件或者锻压件采用车床进行外轮廓的车削加工，得到叶轮回转体的基本形状。
通过对叶轮结构和加工工艺的分析，叶轮加工主要由粗加工叶片间流道（叶轮开粗）、流道曲面的半精加工、叶片精加工、流道精加工和倒圆部分的清根加工等工序组成。
2.2 刀具选择刀具刚性和几何形状是叶轮加工刀具选择的主要因素，在流道尺寸允许的情况下尽可能采用大直径的刀具。
基于UG的叶片零件仿真加工
1 绪论众所周知，复杂曲面的数控编程和加工在机械制造行业被认为是高技术的领域，自从多坐标联动数控机床问世以来，复杂曲面的加工已紧密地与计算机辅助制造(CAM)技术联系在一起。
在复杂异型曲面的加工中，用三维软件设计比较直观和简便，UG是一大型CAD／CAM一体化软件，可以满足复杂零件的造型设计和自动数控编程以及仿真加工。
本文主要介绍了叶片的加工工艺以及利用UG软件进行仿真加工的过程，通过对零件图纸进行工艺分析，制定出合理的加工方案，利用UG软件对叶片进行造型，结合叶片的工艺特征，在UG的加工模块中选择出合适的加工方式，并选择合理的加工参数，然后生成刀具轨迹；通过生成的刀具轨迹对模型进行加工仿真，在动态仿真过程中观察切削现象，以判断工艺的合理与否以及刀具轨迹是否发生碰撞、干涉，有不合理的地方就进行优化，直到仿真加工效果达到最佳，在最佳效果的基础上对刀具轨迹进行后置处理，生成机床能够识别的加工代码，为实际加工做好充分的准备。
2 叶片零件的分析图2-1所示为叶片二维草图，该零件由螺纹轴、退刀槽、圆柱面（叶柄）、过渡面（R3圆角）、以及叶片组成。
图2-1 叶片零件图2.1 零件的结构特点此零件由螺纹轴、叶柄和叶片组成，螺纹轴一端的结构特点为:端面倒角C2，长为15mm的M21x2的螺纹、5x2的退刀槽、倒角C0.5长为20mm直径为Φ25的外圆面、长5mm直径为Φ40的外圆面（叶柄）；另一端为叶片，叶片的曲面由6个截面数据确定，各叶片截面之间扭曲比较大（有10°的扭曲角度），由于叶片曲面大多在流体中工作，所以曲面的本身和曲面与叶柄之间的过渡面（两者连接部分的R3圆角）的光顺程度要求较高，对数控加工精度提出了很高的要求。
本文重点是基于UG的叶片零件仿真加工，难点为叶片四轴联动工艺参数选择及后置处理技术。
2.2 零件的工艺分析零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗；差的工艺性会使零件加工困难，甚至无法加工，多耗工时，增大消耗。
毕业设计_基于UG叶轮的造型加工及数控编程
1 绪论1.1课题的确定整体式叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。
从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出：加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。
因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量。
目前，我国大多数生产叶轮的厂家多采用国外大型CAD/CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等随着航空航天技术的发展，为了满足发动机高速、高推重的要求，在新型中小发动机的设计中大量采用整体结构叶轮。
选择数控加工仿真技术，适合加工种类多、需求少、难加工的整体叶轮，减少整体叶轮加工的成本。
本课题主要研究的是航空发动机上整体叶轮的数控加工工艺、造型、数控加工仿真及数控编程。
而且且本文选用目前流行且功能强大的UG NX4.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。
下图是叶轮零件图1-1，1-2，1-3.前视图1-1俯视图1-2叶片之间的角度以上各图在后面会详细的分析。
1.2国内（外）发展概况及现状的介绍通常在整体叶轮的设计图上给出的是叶片中性面上顶部和根部的两组数据点，包括顶部和根部的一系列离散数据点和对应点的叶片厚度值。
本课题采用B 样条方法对叶轮曲面进行造型。
整体结构叶轮(图1－1)的应用可使航空发动机推重比、工作效率、寿命及可靠性大大提高，因此在各类新型发动机及大推力火箭发动机中应用愈来愈多，其加工质量的优劣对发动机的性能有着决定性的影响，而其叶片的形状又是机械中最难加工的曲面构成的。
因此，整体叶轮的加工一直是机械加工中长期困扰工程技术人员的难题。
为了加工出合格的叶轮，人们想出了很多的办法。
由最初的铸造成型后修光，到后来的石蜡精密铸造，还有电火花加工等方法。
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验与后置处理
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验与后置处理4.4.1 整体叶轮数控加工路径规划叶轮整体数控铣削加工是指轮廓与叶片在同一毛坯上铣削加工成形。
其加工过程大致包括以下几个主要工序：1.粗加工叶轮流道曲面；2.粗加工叶片曲面；3.叶片精加工；加工。
下面对其路径规划方法分别讨论。
1)创建整体叶轮数控加工父级组。
打开已经建构的整体叶轮三维CAD文件，进入UG加工界面，选择“mill_muti-axis(多轴铣削)”CAM加工配置模板，先后创建程序组、几何组、刀具组和方法组，为下面的加工仿真做准备，具体如下：a.创建程序组。
程序组是用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。
由于在单个叶片的多轴加工程序编制后，要使用旋转复制功能生成其余叶片的加工程序，因此这里先采用UG 缺省的程序组，待全部叶片加工程序完成后再统一修改、管理。
b.创建几何组。
在“导航器”中选择“几何视图”功能，进入几何视图工作界面，设置叶轮的圆柱圆心点为加工坐标系位置（双击MCS_MILL 在CSYS 状态下单击点对话框将捕捉类型设置为“圆弧中心/椭圆中心/球心”并将加工坐标系移至到圆心点），如图4.11所示；在铣削几何体中选择已经车削完成的回转体作为毛坯几何体，如图4.12所示c.创建刀具组根据前面已经确定的刀具类型和相关刀具参数，利用“创建刀具”功能，分别创建粗、精加工刀具，并且从内定库中检索刀具夹持器，创建刀具夹持器，本文中选取了库代号为“HLD001_00041”的刀具夹持器。
由于上一节中对刀具选择已作了比较详细的论述，这里不再重复，且此步的操作比较简单。
e.创建方法组由于叶片及流道曲面加工采用了表面积驱动方法，不便设置统一的加工余量、几何体的内外公差、切削步距和进行速度等参数，先选用内定的“METHOD ”加工方法，可根据需要再设置上述加工参数。
2)粗加工叶轮流道曲面通过可变轮廓铣程序控制驱动方法和刀具轴，根据叶轮流道曲面的加工要求创建多轴联动粗加工程序。
浅谈利用UG对整体式叶轮进行编程
浅谈利用UG对整体式叶轮进行编程朱健江苏省常州技师学院摘要：整体式叶轮是一典型的结构复杂的曲面零件，从毛坯到一个成型的叶轮需要经过很多关键环节，也运用到了很多先端的制造技术，从而其数控加工技术也一直是制造难点。
要加工一个整体式叶轮需要我们了解其数控编程，后置处理（制作特定后置文件），虚拟仿真，以及对多轴数控机床操作等技术。
当然这也就代表着我们需要熟练地去运用好一些计算机辅助制造软件，要了解、掌握这些软件各个功能的用途,以及各个功能的参数设置的改变对加工效果的影响，同时在操作过程中要多分析，多总结，多思考和研究一些编程技巧，提高工作效率和质量。
目前市面上的CAM软件很多，国外应用于整体式叶轮的五坐标加工专业软件有美国北方研究工程公司发行的MAX-5、MAX-AB专业软件包,德国OpenMill公司的HyperMill等专用叶轮加工软件，当然由于各种原因国外的有些软件或某些软件的某些功能对我国实行了技术封锁；除了专业软件外一些通用软件也可以实现对叶轮的加工，如： UG、PRO/E、CATIA、Cimatron 等。
除了以上一些国外软件外，我国自主研发的CAD/CAM软件CAXA制造工程师也是一款不错的软件，也支持叶轮加工。
本文运用NX7.0软件对叶轮对其编制CNC程序。
关键字；叶轮数控编程后置处理虚拟仿真叶轮的编程１、叶轮结构形状、毛坯选用、及装夹方法１.１需加工的叶轮结构图本文选用的为八叶片整体式的开式叶轮，具体形状如图1.1.1,1.1.2,1.1.3及1.1.4所示。
图1.1.1图1.1.2 叶轮正等侧视图图1.1.3 叶轮左视图图1.1.4 叶轮俯视图1.2叶轮毛坯的选材及一些预处理（1）选材由于叶轮一般都用于一些重要的场合，同时也在发挥着重要的作用，所以对其的刚性，硬度，抗疲劳强度（有些场合也要考虑其在高温下的工作性能）有这较高的要求。
叶轮的毛坯一般都选用精锻件，根据用途的不同选用不同的合金材料，在加工过后还可以对成型的叶轮进行涂覆防磨涂料或表面喷焊来增加其耐磨性和对其喷涂耐腐层来增加耐腐蚀性。
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真研究
工做好技术准备。另外对于整体叶轮这样复杂的三
维 曲面手工编程根本无 法实现 ， 须借助于 Ｃ Ｍ 必 Ａ
２２ 五坐标数控机床结构与选择 ．
软件实现 自动编程 。因此 ， 研究整体叶轮 的数控仿 真加工具有较高的工程应用价值。
叶轮 的毛坯外形可通过数控 车床车削成型， 而 流道和叶片的成型加工则必须在五轴联动数控机床
第 ２ 卷第 ２ １ 期
２０１１ ６月 年
陕 西 国 防工 业职 业 技 术 学 院学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｈ ａ ｘ ｎ ｔ ｕｅｏ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｎ ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ Ｓ Ｉ ｔ Ｔ
Ｖ０ ．２１Ｎｏ．２ １
Ｊ ｎ．２０１ １ ｕ
摆动， 刀具才不会与叶片发生干涉 。 根据叶轮的几何结构特征和使用要求 ， 其基本 加工工艺流程为 ：． １在数控车床上车削加工毛坯 的
基本 形状 ， 图 １所示 ；． 如 ２ 粗加 工 叶轮 流道 曲面 ；． ３ 粗加 工 叶 片 曲 面 ； ． 片 精 加 工 ； ． 轮 流 道 精 ４叶 ５叶 加工 。
基 于 ＵＧ ＮＸ６ ０的整体 叶轮 数 控 加 工仿 真 研 究 ．
李俊涛 ， 吴让利
（ 陕西 国防工业职业技术学院 ， 陕西 西安 ７００） １３０
摘
要： 针对整体叶轮数控加 工的特 点和难 点， 系统地提 出了基 于 ＵＧＮＸ ． ６ ０的数控加 工仿真方案和步骤 ， 用 ＵＧ 应
２； 。切削参数设置中“ 部件余量偏置” ｍ “ ２ ｍ，刀路数” ４ ， ０２ 条 留 ． ｍｍ 的精加 工余量 ， 内外公 差均 为 ０ ． ０ ｍ 非切削移动参数设置中“ ２ ｍ； 进刀类 型” 为线性 ，
基于UG／VERICUT的整体叶轮数控编程与仿真研究
性 教学 体 系 。
实施这种教学体系 ， 必须要从传统 的教学方式 中解脱 出来 ， 即首先 对ＡＰ Ｓ 五大对象和 五大组件 的运用逐一进行讲解 ， 再进入 Ａ Ｏ Ｄ 技术应 用 的教学 。这种教学方式 分割 了各对象 与组件 的横 向联 系 ， 同时也 阻 断 了Ａ Ｏ 术的综合性 应用 ， Ｄ 技 失去 了整体 设计 、 划的思路 。在这种 规 教学规划下 ， 当整个教学完成后 ， 学生看到 的仅仅是单个 功能的实现和 片段性的应用 ， 没有形成一个完整综合 的知识体 系 ， 更没有体现 Ａ Ｐ Ｓ 在 整个网站设计中支撑全局的作用。 实施｛ Ｓ 动态 网页设计 》 ＜ Ｐ Ａ 规模化 、 模块化 的针对性教 学体系 的基 点是 ， 首先选择一个适应 教学及 目前 市场流行 的功 能性 网站 ， 电子 如《
一
布局思想进行建 设 、 渲染 ， 逐步完成 网站各 网页的基本布局设 定 ， 并 并 完成对首页各基本模块的样式 建设 ， 网页内容为静态文本 ， 为最终形成 动态文本作 好铺 垫。此过程教学 目 ， 标 一是对 Ｈ Ｍ 语言＋ Ｓ 样 式表 ＴＬ ＣＳ 单基础知识的一个 回顾和综合 应用 ， 二是从宏大的网站布局理念 中， 激 发学生创造的潜 意识 。 二、 扩展新 知——认识多语言联合编程环境 使用客户端脚本语 言ＪｖＳ ｒ ｔ Ｖ Ｓｒ ｔ ａａｃ ｐ 或 Ｂ ｃ ｐ完成一些独立或局部 的 ｉ ｉ 动态效 果 ， 过程教学 目标 ， 此 一是对 客户 端脚本 语言 的回顾和综 合应 用， 二是使学生认识 网页是 一个多语言联合编程的环境 ， 进而引入 Ａ Ｐ Ｓ
编程机制和基本方法。
三、 首页功能模 块建设——Ａ Ｐ ｓ 教学展开 １从网站的用户注册 、 、 登录模 块的职能 ， 引入Ａ Ｐ ｅｕ ｓ Ｓ 中ｒ ｅｔ ｑ 对象提 交表单数据及 ｒｓｏｓ 对象执行 ｈ ｌ ｅｐｎｅ ｔ 命令 的基本操作 ， ｍ 并加强 Ｖ Ｓｆ ｔ Ｂ ｃｐ ｉ 脚本语言的编程能力。 ２ 从 网站公告栏 建设 ， 、 引入 Ａ Ｐ中 ｓ ｖｒ Ｓ ｅ ｅ 对象 Ｃ ｅｔｂ ｃ及 Ｍ ｐ ｒ ｒ Ｏｊｔ ａ ｅ ａ— Ｐ ｔ方法 的使用 ， ａ ｈ 创建 连接对 象并 映射数据库地址 ， 完成对数据库操纵
基于UG NX6.0的整体叶轮的多轴加工技术
Ｃ轴 （工 作 台旋 转 ） ６ 。该 机 床 具 有 转 速 高 、 动 ３ ０． 联
《 组 技 术 与 生 产现 代 化》２ １ 成 ０ ｏ年 第 ２ 卷 第 １期 ７
结构稳 定性 高 、 在轴 联 动 技 术成 熟 的 特 点 ． 床 控 制 机
系 统 果 用 ＨＥＩ ＤＥＮＨＡＩ ｉ ＮＣ ２ 系 统 ．利 用 Ｎ ｒ ５ ０ ｒ
４ ２ 开 槽 与 扩 槽 ． 叶 片 扭 曲 且 包 角 较 大 ， 具 在 通 道 内要 合 理 摆 刀 动 ， 得 刀 具 尽 可 能 地 接 近 叶 片 的 两 侧 面 而 又 不 过 使 切 轮 毂 及 轮 盖 ．采 用 通 常 的 刀 轴 驱 动 方 法 很 难 实
现 ． 轴 插 补 （Ｔｏ ｌ ｉ Ｉ ｔ ｒ ｏａ ｉ１ 刀 ｏ Ａｘｓ ｎ ｅ ｐ ｌｔ ） ）这 一 功 能 埘 （ｑ
圆工作 台旋 转 结 构． 程参 数 为 ：Ｘ 轴 １０ ０ ＩＩ ， 行 ８ ／Ｉ ＴＴ
ｙ 轴 ７ ９ｍｍ ， １ Ｚ轴 ７ ０ｍｍ ， ３ （ 轴 摆 动 ）０ 。 １ ／轴 主 １３，
作 者简 介 ： 德 存 （ ９ ９ 陈 １ ７ 一） 男 ， 江 温 州 人 ， 士 ， 浙 硕
来越 窄 ， 因此 加 工 叶 轮 叶 片 曲 面 时 除 了 刀 具 与 被 加
Ｔ 叶片之 间发 生 干涉 外 ， 具极 易 与 相邻 叶片 发 生 刀 干涉 ； ③刀 位规 划 时 的 约 束 条件 多 ， 自动 生 成 无 干 涉刀位 轨迹 较 困难 ｌ］ １．国外 一 般 应 用 整 体 叶 轮 的
五 坐 标 加 ］ 专 用 软 件 ， 美 国 ＮＲ Ｃ 公 司 的 二 如 Ｅ
图 １ 叶 轮 几 何 结 构 特 征
UG NX叶轮多轴数控编程与仿真
机电信息工程UG NX叶轮多轴数控编程与仿真曹旺萍（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡214121）摘要：本文介绍了涡轮式叶轮零件的多轴加工工艺，应用UG NX软件对叶轮零件多轴数控编程，以及应用VERICUT软件对叶轮进行加工仿真及程序优化,避免了碰撞和干涉，提高了叶轮零件的加工效率和表面质量。
关键词：叶轮零件；多轴加工；VERICUT；仿真1叶轮零件工艺分析涡轮式指高压气体沿着轴向流动的一种叶轮，是发动机的重要，一般情况下其整体锻合进工的零件。
图1为涡轮式,，零件尺寸公差为士0.02mm。
零件的毛坯材料为*85X 40的铝棒，为减少在五轴联动数控机床的开粗加工时间,用车多的余，然机床数控铳。
2叶轮零件加工编程过程的多程要设定加工坐标系、毛坯几何体、应用UG NX的程的叶毂面、包裹曲面、叶片曲面、叶根圆角曲面、分流叶曲面等参数。
2.1叶轮零件开粗经过车削后的毛坯还有较大的余料需要去除，粗加工采用粗铳加工。
置为包容圆先创建型腔铳粗加工刀路，设置*12mm的平底刀，余 量为1mm,层深为0.8mm，进给率500mm/min,主轴基金项目：无锡职业技术学院机械技术学院江苏省智能设计与生产产教融合集成平台（苏教职函〔201956号）。
作者简介：曹旺萍（1973-）,,江苏南京人,本科，实验师，高级技师，研究方向：智能制造、逆向技术。
统和平台进行完善与改进，使之与市场发展相结合，实需求相结合，进而使汽更加完善，也为人们更好的服务，促进整个汽业的发展。
参考文献：[1]打造汽车配件交易平台深耕汽车后市场生态圈——专访邦邦汽服ECO龚托先生*+汽车维护与修理，2020（05）69.转速2500r/min，创建型腔铳粗加工刀路，图2为叶轮零件粗加工刀路。
图1式叶轮零件模型2叶轮零件开粗刀路2.2叶精加工2.2.1创建叶形顶部精加工刀路采用平面铳叶形顶部，采用*12mm的平底刀，部件侧面余量为1.2mm,，余量为0,主轴转速2500r/min,进给率800mm/min。
基于UG的整体叶轮仿真加工
基于UG的整体叶轮仿真加工发布时间：2022-08-15T08:00:31.780Z 来源：《中国科技信息》2022年第7期作者：谭志德[导读] 叶轮的设计和制造精度直接影响其空气动力性能和机械效率，如何实现整体叶轮高质量、高精度及高效率的加谭志德广西蓝天航空职业学院,航空工程学院,广西来宾，546100）摘要：叶轮的设计和制造精度直接影响其空气动力性能和机械效率，如何实现整体叶轮高质量、高精度及高效率的加工工艺，一直都是机械加工行业中的热点话题。
本文通过分析研究压气机整体叶轮复杂的几何形状及加工技术要求，制定加工工艺路线，利用UG NX 10.0进行仿真加工，生成数控机床所能识别的NC代码，从而提高整体叶轮的数控加工效率与加工质量。
关键词：叶轮；UG；仿真加工1. 绪论整体叶轮是压气机的核心零件，也是压气机结构中唯一对气体做功的元件，在机械透平领域中起着至关重要的作用，整体叶轮的加工工艺一直是机械加工制造行业中的一个重要课题，叶片的设计制造和加工工艺通常需要综合考虑流体力学、叶片表面光顺性及叶片强度等诸多因素的影响。
近几年来工业的飞速发展，对压气机叶轮的需求量越来越大，就目前，叶轮的最高转速以达100000r/min，这对叶轮叶片的设计和表面加工质量要求也是越来越高[1]。
当前，在国外整体叶轮的加工方式多为五轴高速铣削加工，且在设计制造技术和加工工艺上已经非常成熟。
国外叶轮制造技术之所以能够领先主要还是因为凭借着专业软件的优势，例如美国MAX系列就是专门用于叶轮类零件加工的软件。
目前国内叶轮的生产方式是大多都是依靠CAD/CAM软件进行辅助设计制造，就叶轮方面还没有形成自己的核心加工技术，在工艺以及效率方面都还有待提高。
本文将对压气机整体叶轮进行详细的分析，再利用UG NX 10.0进行仿真加工。
2. 整体叶轮结构及加工工艺分析2.1. 压气机叶轮结构分析压气机叶轮即工作轮，是压气机的核心元件，一般由轮盘、叶片、轮毂三部分组成，叶轮及各部分组成如图1所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
点也 可 以 看 出 ：整 体 叶 轮 相 邻 叶 片 的 空 间较 小 ，
而且在 径 向上 随着 半径 的减 小 ，通 道 越来越 窄 ，因 此加 工叶 轮叶 片 曲面时 除 了刀具 与被 加工 叶片 之 间 发生 干涉 外 ，刀具 极 易与相 邻 叶 片发 生干 涉 ；加 】 工 整 体 叶 轮 时 加 工 轨 迹 规 划 的约 束 条 件 比较 多 ， 自动 生 成 无 干 涉 刀 位 轨 迹 较 困 难 】 总 的 来 说 整 。
此 叶 片加 工 是 整 个 零 件 加 工 难 点 ， 由于 叶 片 之 间 的 间 隔距 离 小 ， 而 叶 片 的扭 曲程 度 决 定 了加 工 时 刀具 轴 的摆 动 范 围 ， 因 此 刀具 必 须在 两 叶 片之 间
的范 围 内摆 动 ，刀具 才不会 与 叶片 发生干 涉 。 根 据 叶 轮 的 几 何 结 构 特 征 和 使 用 要 求 ，其 基
编 程 根 本 无 法 实 现 ，必 须借 助 于ＣＡＭ软件 实现 自
动 编 程 。因 此 ，研 究 整 体 叶 轮 的数 控 仿 真 加 工 具
１ 五坐标数控机床结构与选择 ． ２ 叶轮的毛坯外形可通过数控车床车 削成型 ， 而 流 道 和 叶 片 的 成 型 加 工 则必 须 在 五 轴联 动 数 控 机 床 上 才 能 完 成 。 由于 本 文 中 叶 轮 的 尺 寸 不 大 ， 重量较轻 ，选用立式五轴加工中， ｌ 可完成机床 Ｉ￣ ｂＰ 模拟 加工 仿 真 。 １ 定位与夹紧方案的确定 ． ３ 文 中加 工 的 叶 轮 中心 处 有 一 圆孔 可 用 于 加 工
实体仿真结果和五轴数控加工的Ｎ 程序。 Ｏ
关键词 ：整体 叶轮 ；五轴 ；数控加工 ；仿真 中囝分类号 ：Ｔ １ ４ Ｈ ８ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１ ０ － １４ ２ １ ） （ － ０ ６ ３ ９ ０ （ ０ １８ 上） ０ ２－０ ０ ３
Ｄｏ： ．９ ９ Ｊｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ．（ ） ０ ｉ１ ３６ ／ ． ｎ １ ０ －０ ３ ．０ １ ８ 上 ．８ ０ ｓ
序 产 生 混乱 。
图６ 整体 叶轮仿真￣ Ｔ ２ Ｊ ：Ｄ结果 Ｉ Ｉ
２３ Ｎ ／ ＯＳ 后 置处 理 ． Ｘ Ｐ Ｔ 刀 具 位 置 源文 件 （ Ｌ Ｆ）包 含ＧＯＴ Ｃ Ｓ Ｏ点 位 和 控 制 刀 具 运 动 的 其 他 信 息 ， 需 要 经 过 后 置 处
理 （ ｏ ｔＰ ｏ ｅ ｎ ） 才 能 生 成 ＮＣ指 令 。ＵＧ Ｐ ｓ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｓ
须 解 决 好 整 体 叶 轮 数 控 加 工 中 的过 切 、干 涉 与 碰 撞 、 降 低 生 产 成 本 、提 高 加 工 效 率 、优 化 工 艺 参
数 等 一 系 列 难 题 ， 为 真 实 数 控 加 工 做 好 技 术 准
图１ 数 控 车 削 成 型 的毛 坯 形 状
备 ，另 外 对 于 整 体 叶 轮 这 样 复杂 的三 维 曲面 手 工
在单 个 叶 片 加 工 时 ，为 了保 证 刀 具 不 与 叶 片 表 面 发 生干 涉 ， 刀具 半 径 应 小 于 加 工 表 面 凹处 的 最 小 曲率 半 径１ ，ｋ 为整 个 叶 片表 面上 凹处最 ／ ｋ … 大 法 曲率 。
有关参数和设置，生成的叶轮 叶片和流道曲面精 加 工 刀具 轨迹 分 别如 图４ａ和 图４ｂ 所示 。 （） （）
时 的 定 位 ， 只需 将 毛 坯 放 入 与 之 配 合 的 心 轴 上 ，
有较 高 的工程 应 用价 值 。
１ 整体叶轮数控加工工艺分析
１１结构特点分析与工艺流程制订 ． 叶 片 空 间 曲面 形 状 较 为 复 杂 且 刚 性 较 差 ， 因
收稿日期：２ ｌ－ ２ ３ ０ １ ０ －１
真 ，仿真 加工 ２ Ｄ结果 如 图６ 示 。 所
（）流 道 精加 工 ） 具 轨 迹 ｂ Ｊ
图４整体叶轮精加工刀具轨迹
２１３ 编辑 加工程序 ，获得所有刀具轨迹 ．． 单 个 叶 片 的 多轴 加 工 程 序 编 制 完 成 后 ， 可 以 利 用ＵＧ旋 转 复制 功 能 生 成其 余 叶 片和 流 道 的粗 加
适 。在 精 加 工 过 程 中 ，应 在保 证 不 过切 的 前 提 下 尽 可 能选 择 大 直 径球 头 刀 ， 即保 证 刀 具 半 径Ｒ１ 大
中 “ 刀类 型 ”为 线性 ，长 度为 ８ ％刀 具 ，其他 设 进 ０ 置与粗加工叶轮流道 曲面设置相 同；主轴转速为 ２ ０ ｒｍ，切 削进 给 速 度为 １ ０ ｍｍｐ ０ ０ｐ ５０ ｍ。其 他 相 关 参 数 选 取 系统 默 认 值 。生 成 的 叶 轮 叶 片 粗加 工 刀
作者简介：李俊涛 （ ９ ９一），男 ，河南南阳人 ，讲 师，硕士 ，主要从事Ｃ ／ Ａ １７ ＡＤ Ｃ Ｍ的教学与研究工作 。
【６ 第３卷 ２】 ３
第８ ２ １－ （ ） 期 ０ １ ８上
ｌ 甸 化 注
即 限制 Ｘ、Ｙ 向的 移动 自 由度 ，再 用 一环 形 平 面 方 ２１１粗 加工叶轮流道曲面和叶片 曲面 ．．
具轨 迹如 图３ｂ所 示 。 （）
于 流道 和 叶 片 相 接 部分 的最 小 圆 角半 径 Ｒ
Ｒｉ
的 大 小 可 以 根 据 ＵＧ软 件 的 分 析 最 小 半 径 功 能 测
得 ， 同 时为 了增 加 刀具 刚度 设 定 精 加 工 球 头 铣 刀 的锥 角为２ 。ＵＧＮＸ６ 可 直接观 察 所定 刀具 相关 。 。 ０
０ 引言
整 体 叶 轮 指 轮 毂 和 叶 片 在 同 一 金 属 毛 坯 体 上 ，现 多采 用锻 件 毛坯 多坐 标数 控加 工 来 成型…，
其 典 型 的 应 用 有 涡 轮 式 发 动 机 、泵 、径 流 式 涡 轮 和膨胀 机 等许 多动 力机 械 。从整 体 叶轮 的 结构 特
加 工 的区域 ，较 小 的刀具 则随 后被用 来加 工较 大 的 刀具 无法加 工 的区域 。这 样 ，每把 刀的 有效加 工 区 域 就可 能小 于其原 来可 以无干 涉加 工的 曲面 。 基 于 上 述 理 论 研 究 ， 在 进 行 粗 加 工 过 程 中尽 可 能 选 用 大 直 径 球 头 铣 刀 ，但 是 必 须 保 证 刀 具 直
本 加 工 工艺 流 程 为 ： １ ）在 数控 车 床 上 车削 加 工 毛
坯 的基 本 形 状 ， 如 图 １ 示 ；２ 所 ）粗 加 工 叶轮 流道
曲面 ；３ ）粗 加工 叶 片 曲面 ；４ ）叶 片精 加 工 ；５ ）
叶轮 流道 精加 工 。
体 叶 轮 数 控 加 工 难 点 比较 多 ， 因此 在 多坐 标 数 控 机 床 上 加 工 前 通 常 都 要 经 过 仿 真 ，在 此 过 程 中必
置 ”２ ｍｍ， “ 刀路 数 ”４ ，留０２ 条 ．ｍｍ的精加 工 余 量 ， 内外 公差 均 为 ００ ｍｍ；非 切 削移 动 参数 设 置 ．２
径 Ｄ小 于 叶 片 间最 小距 离Ｌ ，Ｌ ｉ 大 小 可 以 根 的 据ＵＧ软 件 的 分析 面 与面 之 最 小距 离 的 功能 测 得 ， 且 ＵＧ ＮＸ６０ 直 接观 察 所定 刀具 相 关 参数 是 否 合 ．可
工 和 精 加 工 程 序 ，此 功 能 可 大 大 缩 短 程 序 的 编 制
时 间 。具体 如下 ：
１ ）修 改程 序 名称 。将 前面 已经 产生 的 流道 和 叶 片 的粗 加 工 共 计 四个 程 序 重 新 命 名 ， 名称 最 好 具 有 一 定 的 次序 规 律 ，便 于编 辑 。 修 改程 序 名称 的 目的 是 为 了 更好 的 管理 程 序 ， 不 致 于编 辑 后 次
参 数是 否合 适 ，如 图２ 示 。 所
（）叶轮流道粗加 工刀具轨迹 ａ
（）叶 片粗 ） ２ 刀具 轨 迹 ｂ Ｊ１ １ ｆ２
图３ 整体 叶轮粗加工刀具轨迹
２ １ 精加工叶片 曲面和流道 曲面 ．． ２
图２ 精 加 工 刀 具 参 数 拟 定
与 叶 片 曲面 和 流 道 曲面 的粗 加 工 相 比 ， 精 加 工 刀 具 的 路 径 规 划 一 致 ， 只需 要 修 改 相 关 参数 即 可 ， 因 此 先 复 制 粗 加 工 创 建 的 操 作 ，然 后再 修 改
叶 片 的粗 加 工 创 建类 型 、 刀具 、 几何 体 均 与 粗 加 工 叶 轮 流 道 曲面 设 置 相 同 ； 考 虑 到 叶 片 曲 面 空 间 比 较 复 杂 ，提 高 加 工 效 率 应 允 许 刀具 侧 刃参 与切 削 ， 因 此 “ 轴 ”设 置 为侧 刃 驱动 体 ，侧 刃 刀 加 工 侧 倾 角为 ２ ；切 削参 数 设置 中 “ 。 部件 余 量偏
路 径 ，生 成 适 合 指 定 机 床 的ＮＣ代 码பைடு நூலகம்，研 究 成 功 得 到 整 体 叶 轮 流 道 、 精 粗 加 工 和 叶 片 粗 加 工 ＮＣ
程序 （ ）。 略
与叶 轮 的底 面接 触 即 可限 制 两个 转动 自 由度 和ｚ 方
向 的移 动 自由 度 ，最 后用 螺母 压 紧 工 件 即可 实 现
通 过 可 变 轮 廓 铣 程 序 控 制 驱 动 方 法 和 刀 具 轴 ，根 据 叶 轮流 道 曲面 的加 工 要 求 创 建 多轴 联 动
粗 加 工 程 序 。设 定 合 适 的参 数 ，即 可 生 成 的 叶 轮
２）利 用ＵＧ的 “ 变换 ”命 令 绕 Ｚ Ｃ旋 转 产 生 其 余 叶 片 和 流 道 加 工 程 序 和 刀 具 轨 迹 。旋 转 变 换 获
得 的剩 余流 道 和 叶片 的 刀具 轨迹 分 别如 图５ ａ和 图 （）
５ｂ 所示 。 （）
ＮＸ ．后置 处 理 （ ＯＳ ６０ ＮＸ Ｐ Ｔ）读取 ＮＸ的 内部 刀具