基于UG五軸渦輪的數(shù)控加工

吳院鋒 邱澤元 王春虎

摘要：自20世紀(jì)中葉以來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)成為一門(mén)高新技術(shù)，改變了世界。它促進(jìn)了計(jì)算機(jī)性能的提高，包括所有技術(shù)領(lǐng)域，并影響了傳統(tǒng)技術(shù)的工作模式。離心壓縮機(jī)整體葉輪的加工是多軸數(shù)控加工最常見(jiàn)的實(shí)例。本文主要介紹了葉輪的加工過(guò)程，分析了葉輪仿真的全過(guò)程。

關(guān)鍵詞：整體葉輪;UG;后處理;加工工藝;葉片

1 定位基準(zhǔn)、夾緊方案的確定

高速銑削要求刀具安全可靠、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝卸工件、減少加工過(guò)程中慣性矩的影響[1]。本文使用了一種專(zhuān)用夾具：圖1芯軸進(jìn)行定位裝配夾緊。將葉輪的中孔通過(guò)夾具芯軸小間隙0.02配合定位在夾具上，右端面用螺母擰緊固定，完成零件的裝夾。通過(guò)三爪卡盤(pán)夾緊工裝尾端的圓柱面使得夾具、零件的回轉(zhuǎn)中心一致，確保定位及加工精度。設(shè)置加工坐標(biāo)系G54，將葉輪的上端面設(shè)置為Z0，以?shī)A具回轉(zhuǎn)中心設(shè)置加工坐標(biāo)系的x0和Y0，最終完成加工坐標(biāo)系設(shè)定。

2 刀具選擇

刀具材料對(duì)刀具壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本有很大影響，尤其是表面加工[2]。為了提高流道的粗加工和半精加工效率，可以使用大直徑球刀，但還應(yīng)注意，刀具直徑受兩個(gè)葉片之間最小距離的限制，不能過(guò)大;刀具圓角半徑選擇為不大于葉片的根部圓角半徑。在加工過(guò)程中，根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)尺寸要求，刀具的切削刃長(zhǎng)度必須大于70mm，總長(zhǎng)度必須大于100mm。在數(shù)控機(jī)床加工中，本文從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、加工能力和現(xiàn)有生產(chǎn)條件等方面選擇采用整體式硬質(zhì)合金涂層刀具。

3 進(jìn)給路線和工步順序的確定

3.1 加工坐標(biāo)系

（1）首先，創(chuàng)建一個(gè)UG初始化環(huán)境

（2）打開(kāi)模型，進(jìn)入加工界面（CAM模塊）

（3）建立加工坐標(biāo)系G54，根據(jù)專(zhuān)用夾具夾緊圖完成加工坐標(biāo)系設(shè)定。安全設(shè)置選項(xiàng)中創(chuàng)建一個(gè)與葉輪同心半徑為100的圓作為安全平面。選擇葉輪作為部件，指定毛坯為未加工的零件。

（5）在葉輪工作組（葉片）中創(chuàng)建葉輪形狀，然后選擇輪轂、包覆組件、葉片、葉根圓角和分流葉片。

（6）創(chuàng)建工藝表要求的刀具組，特別注意粗加工刀具和精加工刀具的管理。

（7）設(shè)置加工方法組以設(shè)置部件余量參數(shù)（銑削粗加工、銑削半精加工、銑削精加工）、內(nèi)外公差參數(shù)等。

3.2 UG 加工及仿真步驟

1、工序1

葉輪的粗加工，粗加工過(guò)程的目的是快速去除多余材料。重要的考慮因素是加工效率，所需的進(jìn)給和切削深度越大越好，并且在最短的時(shí)間內(nèi)盡可能地切削。切削參數(shù)計(jì)算：使用硬質(zhì)合金刀具的參數(shù)，算得轉(zhuǎn)速，帶入、、得到。在UG加工模塊下，在“創(chuàng)建工序”對(duì)話(huà)框中，選擇“MIL_CONTOUR”設(shè)置機(jī)床控制操作，然后選擇“CAVITY_MILL”子銑削。 碳化鎢硬質(zhì)合金Φ10R1的切削方法用于粗加工。切削模式選擇“跟隨周邊”，每刀之間的間距為刀具直徑的75%，切削層范圍類(lèi)型為單向，總的切削層深度為頂面向下至61mm處，每刀切削深度1（mm），從四個(gè)方向快速完成葉輪粗加工。

注意：下刀前一定要確保創(chuàng)建的加工坐標(biāo)系無(wú)誤。

2、工序2

葉片粗加工，注意葉片的震動(dòng)及變形，使用具有44錐度的Φ4合金球刀。速度，計(jì)算出的主軸轉(zhuǎn)數(shù)和進(jìn)給數(shù)如表2所示。在MILL_MULTI_BLADE模塊中使用“多葉片粗加工（MULIT_BLADE_ROUGH）”。 幾何選項(xiàng)“MULTI_BLADE_GEOM”接受設(shè)置的葉輪形狀，驅(qū)動(dòng)方法中，葉片邊緣選擇“沿葉片方面”，延伸設(shè)置為刀具的50%，每刀切削深度和步距均為 0.5mm，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度如表2所示。

工序2的具體內(nèi)容如表2所示。

注意：粗加工時(shí)，注意加工時(shí)間。 首次調(diào)整后，可以在不影響切削和切削過(guò)程的情況下提高進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速，提高加工效率，始終注意刀具的狀態(tài)。

3、工序3

葉片及輪轂精加工，在葉片半精加工的基礎(chǔ)上，繼續(xù)精加工葉片和輪轂，滿(mǎn)足最終葉輪的技術(shù)要求。使用44錐度的Φ4合金球刀，轉(zhuǎn)速，。選擇MILL_MULTI_BLADE模塊中的“BLADE_FINISH”，幾何選擇“MULTI_BLADE_GEOM”接受葉輪形狀的設(shè)置，驅(qū)動(dòng)方法的精加工葉片參數(shù)，分別選擇和葉片和分流葉片的加工要切削的面為所有面，切削模式選擇螺旋，刀具軸設(shè)置為自動(dòng)，方法選擇“Miufinish”，深度模式“從包覆插補(bǔ)至輪轂”，每刀切削深度0.2mm。

3.3 UG 加工及仿真

UG軟件通過(guò)對(duì)葉輪的形狀的計(jì)算，刀具在葉片區(qū)域之間移動(dòng)時(shí)通過(guò)刀具側(cè)刃插補(bǔ)方式控制，巧妙地避開(kāi)干涉，控制刀軸擺動(dòng)來(lái)繞葉片往復(fù)變換切削，使用后處理完成程序輸出，通過(guò)VERICUT模擬仿真，可檢查碰撞情況，并且計(jì)算出使用最短的刀具長(zhǎng)度切削，保證刀具加工剛性，不僅提高了加工效率，而且加工更加安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]孫玉恒，李兆輝，肖小峰. 基于UG的數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，（004）：264-264.

[2]紀(jì)玉坤，曹利新. 基于UG的五軸數(shù)控機(jī)床加工仿真[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2006，23（001）：215-218.

吳院鋒，男，漢族，1981年9月24日，陜西西安，本科 中國(guó)航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司，（710077），研究方向：航空航天零組件設(shè)計(jì)及制造。