樣條插補技術(shù)在航空機匣零件加工中的應(yīng)用

周代忠，于 濤

1.中航工業(yè)黎明機匣加工廠，遼寧沈陽 110000

2.中航工業(yè)黎明國際動力公司，遼寧沈陽 110000

0 引言

隨著航空發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展和進步，對航空發(fā)動機的壽命要求將變得越來越長，國內(nèi)外相關(guān)實驗都表明，提升航空零件的表面加工完整性是延長零件抗疲勞周期，實現(xiàn)發(fā)動機長壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此，航空發(fā)動機零件的表面加工質(zhì)量提升將變得十分重要。

如何提升零件的表面加工完整性，國內(nèi)外進行了大量的技術(shù)研究，在數(shù)控加工行業(yè)，針對在復(fù)雜型面加工中直線插補存在以直帶曲缺點，逐漸發(fā)展起來一門新的編程加工技術(shù)，樣條插補加工，其帶給復(fù)雜零件加工更高的效率、更好的表面質(zhì)量，其優(yōu)越性近年來逐漸得到了眾多制造企業(yè)的認可。在CAM軟件編程方面，如UG軟件，逐漸開發(fā)了樣條插補功能，來滿足數(shù)控加工的需要。

1 樣條插補和程序段壓縮器簡介

樣條插補加工主要為兩種方式：1）通過NC程序段壓縮器將一定數(shù)量線性插補程序段壓縮為公差允許的樣條曲線加工；2）ploy格式的樣條程序加工。

1.1 NC程序段壓縮器

CAD/CAM系統(tǒng)通常提供線性程序段，它們執(zhí)行參數(shù)化的精度。在輪廓比較復(fù)雜時這會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的大幅提高，并可能造成較短的軌跡區(qū)段。這種較短的軌跡區(qū)段會限制加工速度。

壓縮器會使一定數(shù)量的（最大10）這種較短的軌跡區(qū)段合并為一個軌跡區(qū)段。使用模態(tài)G代碼 COMPON 以及COMPCURV 可以啟用一個 "NC程序段壓縮器"。使用此功能，在線性插補時匯聚了一系列直線程序段（數(shù)量限制為10），并且在由機床數(shù)據(jù)設(shè)定的誤差公差范圍內(nèi)近似于3級多項式（COMPON）或者 5級多項式（COMPCURV）。取代許多較小的程序段，而是加工一個較大的運行程序段。

COMPCAD是最常用的壓縮器指令可以壓縮計算時間和存儲空間。只有當(dāng)CAD/CAM的程序沒有事先采取表面優(yōu)化的措施時才使用。

1.2 多項式插補 (POLY)

就本義來說，多項式插補（POLY）并不是一種樣條插補。首先它是用作編程外部產(chǎn)生的樣條曲線的接口。在此樣條區(qū)段可以直接編程。這種插補方式使NC不用計算多項式系數(shù)。當(dāng)系數(shù)直接從CAD系統(tǒng)或者后置處理程序中產(chǎn)生時，可以優(yōu)化使用。

編程方式：PL=n 三階多項式或者擴展成五階多項式和新的多項式語法

2 機床樣條插補和壓縮器功能配置情況

樣條插補和程序段壓縮器功能是作為高端選配功能，一般在高端數(shù)控機床才有配置， 在西門子數(shù)控系統(tǒng)中，樣條插補和壓縮器功能作為循環(huán)CYCLE832（）高速設(shè)置的部分功能，這個循環(huán)CYCLE832（）集成了加工方式、待加工輪廓的公差帶、精磨削、NC 程序段壓縮器、預(yù)控制、沖擊限制、5 軸轉(zhuǎn)換7個方面的問題，在零件的數(shù)控加工中，可以根據(jù)加工需要，在機床上設(shè)置完后，直接插入程序中，將線性插補程序通過壓縮器壓縮成公差允許的一段樣條程序，根據(jù)加工階段的不同，設(shè)定不同公差，路徑控制，使表面質(zhì)量、精度要求，切削速度三者之間得到平衡，如粗加工，切削速度最重要，表面質(zhì)量和精度要求不高，這時提高加工過程的穩(wěn)定性，可適當(dāng)提高公差，使更多的線性插補程序段壓縮成一段樣條。

為了使樣條插補功能與機床結(jié)構(gòu)匹配，一些機床廠家借助機床數(shù)控系統(tǒng)高級指令，根據(jù)機床的軟硬件配置，創(chuàng)建一個集成功能機床程序，供編程人員和操作者使用，如德國BOKO機床的TOL（）函數(shù)。

3 UG軟件樣條插補編程

3.1 樣條插補數(shù)控機床后置處理器創(chuàng)建

隨著版本升級， UG軟件后置文件逐漸完善，在6.0以上版本中已專門開發(fā)了樣條插補插件，在UG/Post_Builder中設(shè)定完具體機床格式后，在程序的開始設(shè)置中增加PC_CMD_ NURBS_INITIALIZE樣條插補初始化內(nèi)容，實現(xiàn)POLY樣條插補輸出。

3.2 輸出運動設(shè)置

UG軟件常見的走刀軌跡輸出方式有兩種：線性、圓弧，但在固定軸、平面銑和型腔銑加工中都支持Nurbs輸出，為了滿足加工精度要求，需要在UG編程的操作中對機床運動的樣條插補進行設(shè)置。根據(jù)加工階段的需要，對擬合樣條公差進行設(shè)置，公差越大，程序數(shù)量越少，但失真的程度越大，一般情況下，擬合公差取公差帶的1/4。

通過和用線性插補程序的比較，在樣條公差設(shè)置為0.0254時，程序量減少了5倍，隨著公差的加大，程序數(shù)據(jù)量將更小。

4 加工效果

航空發(fā)動機機匣零件的外形面多為錐面、曲面，使樣條插補具有了廣泛的應(yīng)用空間。POLY樣條插補是840D控制系統(tǒng)的基本高階函數(shù)，每個機床都能支持，但由于目前UGNX只支持Siemens的固定軸、平面銑和型腔銑加工的Nurbs輸出，變軸銑目前還不具備條件。因此，應(yīng)用時，在四、五軸加工中，采用在線性插補程序中加入CYCLE832（）或機床廠家提供的樣條插補程序。

在通常的連續(xù)的小段位移線性插補程序加工中，刀具的切削力不穩(wěn)定，造成加工過程刀具的不斷震動，刀具壽命降低，加工效率很難調(diào)高， 樣條插補功能的應(yīng)用，使走刀軌跡更加流暢，加工中機床的功率更加平穩(wěn)，刀具的壽命得到改善。采用POLY樣條插補加工，表面質(zhì)量明顯比采用GO1直線插補在相同的加工速度下要高。

在一些要求高尺寸精度要求的表面加工前，為了滿足要求，應(yīng)該提供精確的模型進行編程，結(jié)合樣條插補功能，來提高加工精度等級。

5 結(jié)論和展望

對CAD/CAM系統(tǒng)直接采用POLY樣條插補編程，加工程序的數(shù)據(jù)量得到很大的降低，改善了刀軌流暢性，加工精度以及表面光潔度提高了一個檔次，尤其是曲面加工上，由于機匣零件外形面多為曲面，采用樣條插補加工后機匣零件表面加工質(zhì)量，加工效率，刀具壽命提高明顯，隨著應(yīng)用的不斷深入，樣條插補技術(shù)對提升機匣零件加工表面的完整性，延長零件的抗疲勞周期方面將發(fā)揮更大的作用。