UG编程模板在航空发动机机加工上的应用与管理

UG编程模板在航空发动机机加工上的应用与管理
摘要：针对航空发动机机匣类零件结构复杂、编程难度大、人员培养周期长等现状，通过分析ug软件的数控程序编制特点，把常用的数控加工方式、加工参数、加工刀具、加工经验等各方面内容按编程规范的要求集成在ug文件中，制成航空发动机机匣零件ug编程模板文件，大幅提升机匣零件数控程序编制质量与效率的同时，也使企业编程进一步规范化，满足企业pdm管理的需要。

关键词：数控加工 ug编程航空发动机机匣 pdm
引言
近年来，国内航空发动机制造企业由于面临国内外同行业的激烈竞争，对制造周期、加工质量、加工成本的要求越来越高。

在数控加工领域，迫切需要通过发展cam编程技术来快速提升数控加工能力，来满足企业精益生产的要求。

ug软件是非常优秀的编程平台，在公司推广ug软件的十多年期间，对产品高质量、低成本、短周期的要求也是日趋强烈，因此始终利用ug软件的强大功能，在机匣类零件的生产中开展数控高效加工技术、数控加工变形控制技术等系列课题的研究，并通过将cam 技术发展取得的经验和成果进行总结和提升，编写了数控编程指导文件，以及一系列的数控加工编程规范。

这些cam规范，把经验变成了知识，促进了公司cam工作质量的提高，使公司的航空发动机机匣类零件数控加工技术处于国内行业领先地位。

1.现状及存在的问题
随着公司研制任务的剧增以及精益生产的不断深入开展，当前编程方式已无法与之相适应，一些不足之处逐渐体现出来：
采用编程指导文件编程，在进入ug加工环境后，一般采用ugnx 默认的加工功能模块，这些模板有众多的参数设置，绝大多数情况下编程人员用不到这么多操作，甚至有可能只用到其中的几种操作和几种参数而已。

而且，软件中的许多默认参数设置可能并不适合当前的工作，需要进行大量的修改。

因此，如何根据零件的结构特点，选择有用的操作，滤掉不用的操作，并且对默认的参数进行最优设置是非常必要的。

并且在编程规范的实际执行中，由于机匣零件结构复杂，加工内容集中，数控加工工艺设计极其复杂，大部分零件一道工序就需要几十种刀具，安排上百个加工工步，编程规范无法对一些内容进行细致的规定，随着加工技术更新频率加快，数控加工编程规范无法跟上步伐，内容逐渐脱离实际需求，执行存在越来越多的问题，而且由于人员技术水平的差异，对规范理解的不一致，影响了编程质量和数控加工效率。

机匣零件为复杂薄壁结构件，以高温合金、钛合金等难加工材料为主，工艺流程复杂，机加工序主要采用四、五轴数控机床加工，数控程序的编制者不仅需要掌握ugcam软件，还需要熟悉不同材料、不同结构的刀具以及相关的切削知识，因此机匣零件编程技术人员的综合能力要求很高，企业需要花较长时间进行培养后才能胜任。

另一方面这些编程人员作为技术骨干，流动性较大，造成机匣工艺人员ug编程水平高低不一，高水平的编程技术人员数量始终无法
满足企业发展的需要,严重影响了机匣零件研制水平的提升。

2.改进应用与管理
为进一步规范和指导我们的cam工作，缩短新人的培养周期，在完善和发展现有的cam编程规范的基础上，结合ugcam编程技术，提出了通过建立ug编程模板的方式，以提高我们的工作质量和效率，并提高我们的整体cam技术水平，和以前不同的是，这次我们不是把一些条条框框写在纸上，而是用建立数控编程模板文件的方式。

通过在加工模板中固化加工方法、走刀方式、加工余量、加工刀具、进退刀方式、机床控制、进给量等参数来简化编程流程，省去了加工刀具、加工方法组、多种加工参数的繁琐设置工作，优化后的工作流程有利于零件加工程序的编制，降低了编程人员的疲劳强度和编程失误率，缩短了零件数控程序的编制周期，提高了编程效率和质量。

3.机匣零件模板编程的实现
3.1机匣零件结构分析
航空发动机机匣零件结构复杂、种类繁多，按照设计结构进行分类，可以分成两大类，即环形机匣和箱体机匣。

环形机匣可以进一步分成整体环形机匣、对开环形机匣和带整流支板的环形机匣。

其中环形机匣中的整体环形机匣、对开环形机匣机加工序完全采用数控加工，ug编程模板的建立主要针对这些零件。

机匣壳体由于结构复杂、壁薄，容易产生加工变形，对制造精度影响特别大，因此加工时划分阶段进行。

通常划分成粗加工阶段、
半精加工阶段和精加工阶段三个阶段。

粗加工阶段：主要是去除各表面的大部分余量，对尺寸精度和表面精度要求不高。

半精加工阶段：去除热处理产生的变形，完成各次要表面的最后加工，并给精加工打下良好基础。

精加工阶段：完成全部表面的最终加工，并保证机匣的全部技术要求，特别是对主要表面的要求。

这一阶段的加工余量比较小。

由于不同结构的机匣在每个阶段的加工要求不同，所以采用的加工方法、走刀方式，刀具的选用、切削参数的设置等内容都不同。

为了固化这些参数设置，提高编程质量和效率，技术人员将典型结构零件的每道cam编程工序建立成单独的ug编程模板。

3.2机匣类零件结构模板编制
虽然航空发动机结构复杂，但结构较为稳定，不同型号发动机之间相同部位机匣类零件的结构变化较小，加工工艺基本相同。

因此选择一个典型结构的机匣零件，结合生产车间数控机床的实际情况，精益生产的管理要求，把常用的加工方式、经验加工参数、刀具等关键内容按编程规范集成在ugcam模板中，形成可操作、行之有效的数控编程模板文件。

机匣类零件ug编程模板的建立包括以下内容：
3.2.1定义加工模板类型
在ug样板文件中，针对不同机匣典型零件的加工特点，如材料、几何特征、加工阶段等内容制定不同的加工方式。

例如高温合金零件，在粗加工和精加工阶段，所考虑的加工方式是不同的，粗加工主要考虑高效去处余量，保证精加工余量的均化。

精加工为了保证零件的加工质量，效率放在次要地位。

由于其外表面的所有部位均由铣加工完成，造成了大量的加工应力，在加工过程中，不仅需要考虑高效完成加工，同时还要保证包括表面质量、加工应力分布等在内的细节问题，加工方式和加工刀具就会有所不同，见图1。

针对不同的加工对象，应采用不同的加工模板，如上面零件的铣面、清根，就需要不同的加工模板，将整个工序内容按照加工顺序，完成所有编程内容设置。

3.2.2创建加工方法组、刀具组
建立加工方法组和刀具组，可以省去每次创建操作时必须进行的加工刀具、加工方法等参数的重复性设置工作，提高编程效率。

创建刀具组就是将所需刀具的类型、名称、直径、长度、切削刃长度等信息按照要求，然后调用刀具库中已有刀具进行关联，完成加工刀具组工作。

在加工过程中，为了保证加工的精度，需要对粗加工、精加工创建方法组，方法组就是为粗加工、精加工制定统一的加工公差、加工余量、进给量等参数。

3.2.3确定加工模板中的加工参数
将操作中的各种加工参数固化，在以后的编程工作中不再重复输入。

这里主要有两个方面的内容：一是指加工切削参数，如进给量、主轴转速、走刀方式、步距、切削方向等；二是指ug产生程序所
需的条件和控制选项，如驱动方式、投射方向、刀轴方向、机床控制、显示方式等。

对这些参数和选项按规范的要求确定好后，在以后的编程工作中不再输入，既节省了时间，又减少了出错的机会。

为了保证进给量、主轴转速等切削参数的正确性，技术人员建立了以ug加工数据库格式为基础的经验切削数据库，在模板建立时只要设置好零件材料、刀具材料、切削方式、不同直径、不同长度的刀具，就会对切削参数进行合理设置，在修改模板时也比较方便。

3.2.4刀具库的建立
把常用的刀具参数按照规范的要求输入，所谓规范的要求，是指根据车间刀具命名规则和实际加工用的刀具尺寸，修正加工中的各种不利因素所带来的误差。

进入ug加工环境后，将数控加工车间加工时所用的刀具建立到ug刀具库中，编程时就可以直接调用了。

3.2.5设置模板关联和继承关系
自定义好的模板只有设置好了关联性和继承性才能实现调用，在template setting中，按照创建的目的，对templat和load with parent进行选择，就完成了模板关联性和继承性关系的设置。

4.功能的实现
当使用ug加工模块进行编程时，选择系统模板初始化，系统进入ug加工编程环境后，在操作浏览器中，转化到几何视图窗口，点击创建几何体选项，在创建几何体种类栏中，通过浏览查找到所需模板文件，将可以把模板文件中所有的操作加载到当前需创建操作的零件中。

对相同结构的零件，通过简单的映射操作，就可完成
相关部位的编程。

对存在差异的部位，根据不同毛坯形式、材料、加工部位形状工艺性和质量要求等不同条件下制定的cam方案，从模板中选择对应的操作，对不同类型的操作，只需修改3～6个参数就可以，在模板中固化的参数将自动继承，不必再重新输入，节省了编程时间，减少了出错机会。

5.模板文件的管理
随着数控加工技术、精益生产的不断进步，模板文件也需要进行相应的更新，及时吸收当前最新的加工技术，满足精益生产的需要。

一个航空发动机机匣零件从研制到定型，需要3～5年的时间，在这几年的时间里，通过对其加工技术的不断创新，加工效率会成倍增长，加工成本逐年下降。

在新的型号研制时，相同结构的机匣零件可以直接利用最新模板的加工技术，满足新件研制高标准要求。

在企业中，许多工作了几十年老技术人员，由于不会操作软件，被排除在数控加工领域外，许多宝贵的加工经验无法得到传承，ug 模板文件的建立方式，可让这些经验丰富的技术人员把积累的加工加工经验通过数控编程人员注入模板中，再结合数控编程人员自身以及机床操作工等人已有的知识、经验和习惯，建立更加规范的数控加工工艺过程，为强化企业的生产管理，提高产品的加工效率和质量打下了良好的工艺技术基础。

随着航空企业pdm应用的不断深入，使ugcam编程模板有了更好地发展空间，通过pdm规范的分类管理，更加有利于利用已有的加
工经验和专家知识，达到企业资源共享的目的。

6.结束语
通过实践证明，在航空发动机机匣零件中采用ug模板编程技术，能适应企业精益生产不断发展的需要，能促进机匣零件的快速发展，机匣零件编程模板建立完成后，通过定期为维护，把编程规范和最先进的经验集成在一起，并通过pdm平台实现知识共享，规范和指导公司编程人员的工作，更好的保证了工作质量，减少了编程操作和加工参数和重复输入，减少了失误，提高了工作效率，同时在培养新员工工作中，对公司数控加工编程的流程，各种加工方式、数控加工的关键内容和主要参数能尽快熟悉和掌握，通过数控编程模板文件的示范和指导作用，能使新员工在较短的时间内掌握cam 工作的关键技术，缩短了新员工的培养时间。

编程模板不仅适合机匣零件，也适和其他结构稳定的航空零件，随着航空企业pdm应用的深入，以ug编程模板文件为基础的数控编程知识管理系统在航空领域将有广阔的推广应用前景。