基于UG編程葉輪加工提高型面質量方法探究

桑運曉，韓文強，宋洪亮（山東科技大學機械電子工程學院，山東青島　266590）

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基于UG編程葉輪加工提高型面質量方法探究

桑運曉，韓文強，宋洪亮
（山東科技大學機械電子工程學院，山東青島266590）

摘要：文章針對目前使用UG8.5軟件中的mill_multi_blade模塊進行整體式葉輪的編程加工存在的影響型面質量的問題，及不合理的編程方法，提出改善方法與工件裝夾、質檢的注意事項，借助軟件進行仿真加工較好地保證了葉輪表面質量又提高生產效率，促進利用軟件指導產品的生產過程。

關鍵詞：UG；整體葉輪；型面質量；仿真加工

葉輪是典型復雜結構零件，在農機領域有著廣泛的應用。由于葉輪加工通道狹窄，葉片的扭曲度大，加工過程易碰刀，存在干涉問題，故加工難度較大。采用UG-CAM與多軸加工機床進行組合加工可保證表面較高的光潔度，文章UG8.5的葉輪加工模塊（mill_multi_blade）進行葉輪加工可以有效縮短時間，提高加工效率，并且通過操作一系列指令選項卡來生成程序，解決手工編程困難的苦惱。

1　葉輪編程操作過程分析

（1）零件工藝分析。通過對葉輪輪廓進行分析，首先確定零件毛坯尺寸，根據零件結構制定加工工序。本例為分流葉輪，加工方案是創建一組葉片或輪轂加工操作再進行繞點旋轉復制出剩余葉輪與葉轂加工程序。其加工工序一般分為型腔銑與葉片開粗加工；葉片與分流道的精加工；葉轂加工；清角加工。工序劃分好后進入UG編程加工環節，組織產品生產。

（2）創建操作前的準備工作。在UG建模模塊中創建好實體后，進入加工壞境。合理設置機床坐標系與安全距離，它是后續加工的基礎。設置機床坐標系就是設置工件坐標零點，是保證工件加工質量的關鍵環節。本例只講解葉輪型面加工，所得毛坯是車削加工后的合格零件。機床坐標系原點通常設置為葉輪小端面中心；在坐標原點Z軸正上方一定距離指定一平面作為安全平面，設定安全距離是用來避免發生碰刀，造成工件報廢。

程序創建要根據加工工序確定，通常一道工序建立一個程序，這樣便于以后處理時生成G代碼指令程序不混亂，能夠有序的組織車間生產，也可按各部件粗精加工創建程序個數。創建刀具需要保證刀具不會對零件造成過切，刀具直徑應小于葉輪中兩葉片的最小距離；并選取合理長度的帶有錐度的球頭刀，同時在加工葉輪時刀具的夾具可能與葉片發生碰撞；對于用球頭刀加工圓角時，刀具半徑不能大于圓角半徑，避免造成圓角過切；因此刀具創建好后通過鼠標拖動刀具到可能發生故障的地方進行查看是否有過切、碰刀、夾具與零件碰撞等現象，從而保證在后續加工中不會出現問題。

（3）葉輪頂面部分多余材料的銑削。葉輪頂部加工時可選用牛鼻刀，這樣能提高加工效率。由于葉片部分為曲面，3軸開粗無法加工到位；可利用型腔銑的切削層進行葉片頂端的開粗，但生成程序時往往會在葉片包裹位置產生跳刀，并且刀路軌跡不相連，產生這種現象的原因是毛坯與幾何體的大小剛好一致；其優化方法是采用先粗后精的方法，設置一定的毛坯余量，生成粗加工程序后進行精銑，優化后葉輪頂面部分加工刀路如圖1所示。

（4）輪轂精加工的驅動方法。在輪轂的精加工中驅動方法至關重要，要合理選擇輪轂的切向延伸與徑向延伸，它會影響零件的光順。當將其“前緣”中的切向延伸與徑向延伸設置為零與分別只設置一定切向延伸值或徑向延伸值時的圖像如圖2所示，編程時應采用切向延伸與徑向延伸相結合組織來加工。

圖2　輪轂前緣延伸情況圖

輪轂精加工驅動方法選項卡中的前緣“葉片邊緣點”選擇“沿部件軸”距離都設置為0時，在葉輪后緣處的道路軌跡會有一定長度的刀具滾動效果，這種現象不理想的；可以將其中的距離設置為一定值，比如5，它的作用是將刀路軌跡進行縮短來改善效果，優化前后的圖像如圖3所示。

圖3　刀具滾動優化

在輪轂加工流程中，切削參數與刀軸控制極其重要。在創建輪轂精加工的命令中，可進行光順、最大刀軸更改、最大葉片滾動角度等切削參數設置；合理設置能夠提高輪轂面光潔度。光順可通過拖動把手調節前緣過渡情況，刀軸光順值要合理設置，并非越大越好。當該值過高時，UG可能找不到無過切的刀具方位，并且會修剪切削運動；最大刀軸更改表示在比較陡峭的位置每一次移刀允許最大刀軸更改角度；最大葉片滾動角度允許刀軸貼向葉片的一個角度。輪轂的精加工中后緣的延長量要小于前緣。因為前緣為了接順等高精加工，延長幅度要大一些；而后緣本身就在外輪廓上，不需要延長太多。同時“切削模式”應設置為“往復上升”，否則會產生較多的跳刀，加工完成后進行繞點旋轉生成其它軌跡即可。

（5）葉片的精加工。在加工葉片時，設置合理的切削層與切削參數保障葉片面的光潔度。采用“左右側+前緣”的加工方式，若想將后緣一并進行加工，需要采用“所有面”的方式進行加工，在該模式下的默認參數設置情況會產生跳刀，并且加工效果不夠理想；應將切削模式設置為“螺旋”進行優化處理這樣就可以取消之前的跳刀了，如圖4所示。

圖4　葉片所有面加工的優化

“切削層”中的切削方法分別為“輪轂偏置”與“包裹插補”。“輪轂偏置”雖然每一層都產生了跳刀，但它的計算方式是按照底面輪轂層層偏置得到的，其切刀量是均勻的，從而加工效率最高，“包裹插補”的特點是生成的軌跡前緣處稀疏，后緣處密集，雖然效果有所降低，但軌跡一致性較好，操作時應根據實際情況合理選擇方法即可。

（6）葉輪清角加工。圓角加工通常采用大刀具粗加工，小刀具精加工的方法。葉輪的清角加工面為左右側+前緣，后緣沿葉片方向進行必要的切向延長；在第一次清角接順時，安全起見會留有0.15的余量，這樣不至于刀具磨損而切深工件。清角加工最常用的且好用的方法是“參考刀具”，原因是：①它不需要人工計算刀路數；②清角的范圍準確；③重疊軌跡方便等。

2　工件裝夾與檢測

（1）工件裝夾。對葉輪型面進行加工，葉輪毛坯為中心有通孔的回轉體工件，以毛坯底面作為參考基準，裝夾時要確保基準面擦拭干凈，無毛刺等缺陷，避免對后續加工造成影響。其裝夾示意圖如圖5所示，用螺栓防止其軸向運動，在毛坯底面開銷孔或毛坯內孔開鍵槽進行周向固定。注意葉輪頂部的圓柱面不要在車削加工時加工到位，應留有一定的余量，加工深度要在葉片前緣圓角之上。裝夾好后要進行毛坯頂面平面度檢測與頂部圓柱凸臺的圓柱度檢測，從而確保工作臺不平造成工件傾斜。零件裝夾好后，可將主軸定位到坐標零點Z軸正半軸，與工件保持一定安全距離處，將百分表底座固定在主軸上，百分表表頭接觸毛坯上頂面，通過手動旋轉主軸測量小端面的數值判斷平面度是否符合要求；并用百分表檢測毛坯頂部的圓柱度確定工件回轉中心是否找正來確定工件裝夾是否準確。若毛坯頂端平面與回轉中心為找正，可用銅棒輕敲工件上表面或底部側壁進行調整。

圖5　葉輪毛坯的裝夾

（2）葉輪的三坐標檢測。整體式葉輪通常采用輪轂與分度裝置配合裝夾，此方式為間隙配合會存在輪轂中心軸與分度中心軸不重合的現象，因此有一定的裝夾誤差。在進行葉輪CMM檢測時可采用統一坐標系測量法與分次獨立坐標系測量法。統一坐標系測量法在測量第一個葉片時建立固定坐標系，后檢測其它葉片，該方法存在裝夾誤差需要進一步的數據處理；分次獨立坐標系測量法在測量各葉片時需要獨立建立工件測量坐標系，因各葉片測量數據是在新坐標系下測得的，不存在旋轉分度誤差與裝夾誤差，但這種方法復雜費時不適應大批零件的檢測。

3　結語

整體式葉輪的加工要合理劃分加工工序，選用加工機床、刀具與夾具要以提高葉輪的型面質量為依據；同時，注意軟件編程技巧與仿真分析，不斷優化刀路軌跡，在保證加工質量的情況下使加工效率得到明顯提高。

參考文獻

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Research on the Method of Improving the Surface quality of the Impellerbased on UG Programming

SANG Yun-xiao，HAN Wen-qiang，SONG Hong-liang
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China）

Abstract:The currently used UG8.5 software mill multi blade module has problems in programming machining of integral impeller，this paper puts forward measures to improve the situation.With the help of software process simulation，the surface quality of the impeller is ensured and production efficiency is improved，promoting the production process with the guide of software.

Key words:UG；Integral impeller；Surface quality；Simulation processing

中圖分類號：TG659

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0046-02

收稿日期：2016-04-20

作者簡介：桑運曉（1990-），男，山東泰安人，碩士研究生，主要從事現代加工方法與數控技術的研究。