UG叶片造型编程

基于UG的叶片加工
由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高、技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。

本文旨在应用U G对叶片进行实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，再根据加工叶片的材料特点，选择合理的刀具进行加工。

根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略、走刀路径和进退刀方式。

将U G强大的功能应用于叶片的五轴铣削加工，较好地解决了叶片批量生产中的质量和效率问题，能够取得良好的经济效益。

一、UG软件介绍
在当前流行的CAD/CAM软件中，UG为用户提供了一个较完善的企业级C A D/ C A E/C A M/P D M集成系统。

在U G中，先进的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在一起，而这一结合被实践证明是强有力的。

1.UG的CAD功能
UG Hybrid Modeler复合建模模块无缝地集成了基于约束的特征建模和传统的几何建模(实体、曲面和线框)到单一的建模环境内，在设计过程中提供更多的灵活性，用户可以选择最自然地支持设计意图的方法。

2.UG的CAM功能
U G C A M提供了一整套从钻孔、线切割到5轴铣削的单一加工解决方案。

在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理，都可以与主模型设计相联接，始终保持最高的生产效率。

二、五轴加工介绍
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，
这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械以及高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。

现在大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子以及大型柴油机曲轴等加工的惟一手段。

五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。

五轴机床的种类分为：摇篮式、立式、卧式、N C工作台+N C分度头、N C工作台+90°B轴、N C工作台+45°B轴、N C工作台+A轴°以及二轴NC主轴等。

三、叶片结构分析
从叶片的结构( 如图1 所示) 来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。

由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，就对零件本身的精度和质量提出了很高的要求。

型面的加工质量直接影响其工作性能，还可能影响整机性能。

叶片的材料要求有很高的质量-强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。

由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂，对数控加工提出了很高的要求。

在实际加工中，多采用如图2所示的加工流程。

图1 叶片结构
图2 加工流程
四、UG中叶片加工实例
要加工如图3所示的某型发动机静子叶片，编程过程如下。

图3 某型发动机静子叶片
1.零件造型
曲面造型时，首先由图纸提供的截面上的列表点数据定义样条曲线，然后再完成曲面定义。

(1)曲线造型
在U G 软件中可先点击“A p p l i c ati o n”→“Mo d el i n g”进入造型模块，然“Insert”→“Curve”→“Spline”或单击，进入样条曲线定义对话框。

选择“T h r o u g h P o i n t s”→“P o i n t sf r o m f i l e”并输入样条曲线的列表点数据文件(如y p11.d a t)，单击“O K”，即可生成通过这些点的样条曲线，如图4所示。

用同样的方法生成这个截面上的叶盆曲线，如图5所示。

对这两根样条曲线倒圆角，使它成为一条封闭的曲线，大端的圆角为1.2m m，小端的圆角为0.23m m，如图6所示。

用同样的方法绘制其他9个截面的曲线，形成如图7所示的形状。

(2)曲面造型
选择“I n s e r t”→“F r e e F r o m Feature”→“Through Curves”或单击，依次选取10个截面的曲线，在对话框中输入容差等参数，即可由曲线生成曲面，生成相应的叶片零件，参见图3。

图4 样条曲线图
图5 叶盆曲线
图6 倒圆角后的封闭曲线
图7 9个截面曲线
2.刀位轨迹生成与仿真
在这个例子中，假定只对该叶片进行精加工，那么生成精加工程序的过程如下。

◎进入加工模块
“Application”→“Manufacturing”，单击，进入“Create Operation”(创建操作)对话框，如图8所示进行设置，选用多轴加工方法中的“可变轴铣”。

图8 创建操作对话框
◎进入“可变轴铣”对话框后，设定相应的参数，如图9所示。

在“G e o m e t r y”中单击，选中叶片零件。

图9 参数设置图
◎在“Drive Metho d”(驱动方法)中选择“S u r f a c e A r e a”(曲面区域)方法，进入“S u r f a c e A r e aM e t h o d ”对话框，选择叶片曲面为“D r i v e r G e o m e t r y”(驱动几何)，其他参数如图10进行设置，在“T o o l Axis”中选择刀轴为“4 Axis Normal To D r i v e r”(四轴沿驱动面法向)，点击“OK”回到“可变轴铣”对话框。

图10 Surface Area Method对话框
◎进入“G r o u p s”组，新建一把直径为φ 12m m的球头刀，参数如图11 所示。

a) b)
图11 刀具参数设置
◎回到“M a i n”组，单击“N o n- C u t t i n g”，进入进退刀设置对话框，按图12设定。

◎单击，生成叶片加工的刀具轨迹，如图13所示。

单击，可对生成的刀轨进行加工仿真。

a) b)
图12 进退刀设置对话框
图13 叶片加工的刀具轨迹
3.后置处理，生成NC程序
单击，进入后置处理对话框(如图14所示)，选择相应的机床特性文件，生成加工叶片零件的NC程序。

图14 后置处理对话框
部分程序如下(五轴加工)：
……
N57 X-36.763 Y-170.757 Z78.51 A91.04 C10.76;
N59 X-33.86 Y - 1 7 0 . 6 3 4 Z78.422 A90.87 C10.35;
N61 X-30.999 Y - 1 7 0 . 5 0 1 Z78.055 A90.69 C10.31;
N63 X-28.165 Y-170.41 Z77.688 A90.56 C10.51; N65 X-25.305 Y - 1 7 0 . 3 6 9 Z77.591 A90.51 C10.48;
N67 X-22.423 Y - 1 7 0 . 3 2 8 Z77.572 A90.46 C10.25;
N69 X-19.553 Y-170.284 Z77.483 A90.4 C10.14;
N71 X-16.692 Y-170.247 Z77.393 A90.35 C10.1;
N73 X-13.833 Y-170.214 Z77.304 A90.3 C10.08;
N75 X-10.979 Y-170.177 Z77.195 A90.25 C10.1;
N77 X-8.128 Y-170.131 Z77.059 A90.19 C10.15;
N79 X-5.282 Y - 1 7 0 . 0 7 9 Z76.903 A90.12 C10.24;
N81 X-2.44 Y - 1 7 0 . 0 2 2 Z76.737 A90.05 C10.36;
N 8 3 X . 4 0 4 Y - 1 6 9 . 9 6 5 Z76.576 A89.97 C10.47;
N85 X3.251 Y - 1 6 9 . 9 1 2 Z 7 6 . 4 3 4 A 8 9 . 9 C10.55;
N87 X6.104 Y - 1 6 9 . 8 7 Z 7 6 . 3 1 8 A 8 9 . 8 5 C10.58;
……
五、结束语
由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高、技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。

本文旨在应用U G对叶片进行实体建模，得
到一个理想的三维叶片实体，再根据加工叶片的材料特点，选择合理的刀具进行加工。

根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略、走刀路径和进退刀方式。

将U G强大的功能应用于叶片的五轴铣削加工，较好地解决了叶片批量生产中的质量和效率问题，能够取得良好的经济效益。