叶轮的UG数控加工

基于UG叶轮多轴数控加工工艺设计
摘要：论述了应用多轴联动数控机床加工叶轮的工艺设计。

首先，其造型复杂，叶面呈空间曲面，选择叶轮UG叶轮加工模块进行加工，根据刀路轨迹、刀具及设备制定出数控加工工艺；其次，计算刀具进给速度并校核、修正，根据UG软件前置处理刀轨文件，设定相应的机床参数，并用相应的多轴联动加工中心加工出叶轮。

本文主要论述了该零件在加工过程中合理的工艺安排，具体道路和刀具灵活的运用策略，不但保证了零件生产的质量，而且使生产效率得以提高。

关键词：模块；刀路；数控加工
整体叶轮是航空发动机核心部件，也是典型的五轴加工零件。

其结构复杂、加工通道狭窄，叶片扭曲严重，加工时容易发生撞刀、干涉等问题。

因此，在实际加工前进行仿真，是十分必要的一个步骤。

利用UG软件，搭建虚拟制造仿真平台，能够实时、准确的模拟出加工程序，验证最终的NC代码，检查机床超程、干涉、碰撞等现象，并对最终结果进行过切、欠切等检查。

UG的应用，缩短了程序调试的时间，减少了资源的浪费，提高了加工效率。

叶轮的基本几何特征
1 整体叶轮数控加工工艺流程规划
根据叶轮的几何结构特征和使用要求（如图1），其基本加工工艺流程为：1）在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状；
2）开粗加工流道部分；
3）半精加工流道部分；
4）叶片精加工；
5）对倒圆部分进行清根。

1.1 刀具的选择
为提高加工效率，在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀，但是也要注意使刀具直径2R1min小于两叶片间最小距离L1min，L1min 的大小可以根据UG NX 3.0软件的分析（Analysis）功能测得。

R1min
在叶片精加工过程中，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R2min大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径rmax。

R2min>rmax
在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径R3min小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径rmin。

R3min
1.2 驱动方法选择
本文将基于UG NX 重点介绍流道开粗、流道半精加工、叶片精加工和倒圆部分清根的加工轨迹规划方法。

1.2.1 流道开粗加工
根据整体叶轮流道部分的几何特征，流道开粗可采用分层渐进（multi-depth）的方法[2]，将流道部分的总加工余量根据叶轮和刀具材料的力学性质以及进给速度等分成若干层进行加工。

所分层数和每层的加工余量应该根据总加工余量的最大厚度部分来进行合理分配。

采用分层渐进方法进行流道开粗时，选择流道的各个分层面为驱动几何面（Drive Geometry），叶片面和轮毂面为干涉检查面（check），可采用的驱动方法为插补方式（Interpolate）或相对于驱动面方式（Relative to Drive）。

此外，也可采用型腔铣（mill_contour）方法对流道进行开粗，从两个不同的方向对流道进行型腔铣开粗。

相对于分层渐进法，此方法开粗效率高、加工质量稳定，但是开粗后剩余加工余量大，应根据实际情况合理选择。

1.2.2流道半精加工
根据流道面的几何特征，选择流道面为驱动面，叶片面和轮毂面为干涉检查面(如图2)，可采用的驱动方法为插补方式（Interpolate）或相对于驱动面方式（Relative to Drive），并且在规划加工轨迹时轨迹应根据流道的几何特征和使用要求合理设定倾斜角度。

流道半精加工中干涉面的选择
1.2.3叶片精加工
根据叶片面的几何特征，选择一个叶片面为驱动面，流道面、其他相邻叶片面和轮毂面作为干涉检查面，可采用的驱动方法为直纹面驱动方式（Swarf）、指向点驱动方式（Toward to Point）或相对于驱动面方式（Relative to Drive）。

叶片加工轨迹
1.2.4整体加工刀路的显示
叶片加工完后，整体也就加工完了，剩余的进行清根，微调。

整体加工如下图所示，采用的是转换命令将刀路进行实例复制就可以得到整体的叶轮加工刀路轨迹。

叶轮整体加工刀路轨迹
1.2.5倒圆部分清根
选择倒圆部分为驱动面，流道面、相邻叶片面和轮毂面作为干涉检查面，可采用的驱动方法为相对于驱动面方式（Relative to Drive），并注意合理设定倾斜角度和加工余量。

此外，还需要根据叶轮的几何特征合理设置进退刀（Engage,Retract）方式,以有效避免过切和干涉碰撞。

2、结束语
经过实际加工并最终完成了叶轮加工，发挥了UG软件快速、精准、高效的多轴联动编程功能。

研究总结得出多轴编程的几点体会：（1）编程尽量减少机床的运动量，以提高加工效率；（2）有多刀路时，各刀路衔接处的刀轴矢量应平滑过渡。

参考文献：
[1] 展迪优UG NX8.0 数控加工教程
[2] 赵世田，孙殿柱，基于UG/POST五轴联动加工中心专用后置处理研发[J]，组合机床与自动化加工技术，2006（1）：26-28,34.。