基于UG五軸葉輪模塊數(shù)控加工與仿真

傅 飛， 包笑燕

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)， 上海 200437； 2.施泰力工具（蘇州）有限公司上海分公司， 上海 200432）

引言

葉輪是機(jī)械行業(yè)里的關(guān)鍵部件，在各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域里扮演著重要的角色，葉輪加工的好壞、效率高低將直接影響到機(jī)械效率。由于葉輪屬于復(fù)雜曲面類零件，其自身形狀的特殊性決定了其加工的難度。目前加工葉輪普遍采用了多軸數(shù)控機(jī)床，先使用CAD/CAM軟件生成葉輪加工刀路后處理生成適合機(jī)床的加工程序，然后再用VERICUT仿真軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證加工過程的正確性，這樣可以避免加工過程中刀具碰撞及干涉現(xiàn)象[1]。

1 基于UG五軸葉輪模塊生成刀路

加工葉輪分成四部分，分別為粗加工、葉片精加工、葉片根部圓角精加工、輪轂精加工。UG軟件加工模塊如圖1所示。

圖1 葉輪

1）分析葉輪得出葉片根部圓角為R2.1，先建立刀具R5×60 mm，刃長30 mm為粗加工刀具，R4×60 mm，刃長30 mm為精加工葉片、流道的刀具，R2×60 mm、刃長30 mm為精加工葉片根部圓角的刀具，如圖2所示[2]。

2）創(chuàng)建葉輪加工幾何體mill_multi_blade，在對(duì)話框中的幾何體中選擇指定輪轂、指定報(bào)覆面、指定葉片、指定葉根圓角，葉片總數(shù)等，如圖3所示。

圖2 刀具數(shù)據(jù)

圖3 葉輪模塊

3）創(chuàng)建葉輪模塊多葉片粗加工，刀具R5球頭刀，幾何體 MULTI_BLADE_GEOM，方法 ROUGH，如圖4所示；創(chuàng)建葉輪模塊多葉片精加工，刀具R4球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖5所示；創(chuàng)建葉輪模塊輪轂精加工，刀具R4球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖6所示；創(chuàng)建葉輪模塊葉片根部圓角精加工，刀具R2球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖7所示；其中生成的各個(gè)刀路軌跡中的刀軸會(huì)自動(dòng)選擇合適的刀軸矢量來避免與葉輪的干涉，然后把葉輪的四個(gè)刀軌分別做變換操作，使整個(gè)葉輪刀路完整，如下頁圖8所示；最后使用UG后置處理文件（適合DMU50的雙轉(zhuǎn)臺(tái)BC軸正交機(jī)床）生成G代碼[3]。

圖4 粗加工葉輪

圖5 精加工葉片

圖6 精加工輪轂

圖7 精加工葉片根部圓角

圖8 葉輪完整刀路

2 基于DMU50五軸機(jī)床的模擬仿真加工

VERICUT軟件是專門為數(shù)控加工做模擬和優(yōu)化的軟件，通過這個(gè)軟件可以預(yù)先模擬加工，以減少很多不必要的損失。打開機(jī)床模型，添加模型文件、新增刀具，這里的刀具必須和UG中的刀具一致，新增工件坐標(biāo)系，這里的工件坐標(biāo)系也必須和UG中的加工坐標(biāo)系一致，添加葉輪各個(gè)加工程序，模擬仿真加工，如圖9、10所示。最后使用DMU50五軸機(jī)床現(xiàn)場加工葉輪，加工效果良好[4]。

圖9 仿真加工過程

圖10 仿真加工結(jié)果

3 結(jié)語

葉輪是機(jī)械行業(yè)里的典型零件，是航空航天的重要部件，在多軸聯(lián)動(dòng)加工葉輪時(shí)采用的加工方法直接影響到葉輪的表面質(zhì)量、加工精度和加工效率。使用UG加工里的葉輪加工模塊，使得葉輪加工效率得到很大的提升，不用像之前生成刀軌后要查看刀軸矢量是否會(huì)與葉片之間有干涉，再去調(diào)整矢量方向，使加工葉輪變得簡單和模塊化。使用VERICTU軟件進(jìn)行模擬仿真，檢查刀具是否會(huì)與機(jī)床及夾具產(chǎn)生干涉等問題，避免了一些潛在的不安全因素。