基于UG NX12.0的葉輪四軸加工工藝研究

佛新崗

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

隨著我國數控加工業不斷發展，加工要求也不斷提高。三軸數控加工在滿足產品形狀復雜度、形位高精度和加工周期短等要求方面，存在很多不足。而多軸數控加工中心[1-2]恰恰可以彌補這些不足，一次裝夾可完成多個面的加工，簡化對刀、裝夾過程，減少由此產生的誤差，提高加工效率。可以加工三軸加工中心無法完成的復雜形狀的曲面。

某航空企業在生產過程中，接到了一份小批量的葉輪生產訂單。提到葉輪加工，自然會想到葉輪的形狀比較復雜，葉片與葉片之間一般會有加工干涉，由于其零件形狀的特殊性，所以一般情況下都會采用五軸數控加工中心加工，但是鑒于該企業目前只有四軸立式加工中心，若外包加工，則必然加大生產成本。在分析了零件圖紙之后，葉輪葉片扭曲不是很大，綜合考慮之后決定采用現有設備進行加工。

1 制訂加工策略

1.1 加工工藝方案設計

零件材料為A2618，尺寸為Φ130 mm×80 mm。零件長度、直徑尺寸已經精加工到位，無須再加工。零件選用四軸立式加工中心，自定心卡盤裝夾，遵循先粗后精加工原則：粗加工?半精加工?精加工?清根。零件加工程序單如表1所示。

1.2 生成加工刀路

以UG NX12.0軟件為平臺，采用mill_contour和mill_multi-axis模塊[3-4]功能完成葉輪加工的刀軌設計，具體刀軌策略如表2所示，生成的刀軌如圖1～圖8所示。

2 后處理開發

在利用UG軟件創建操作，并生成刀具加工軌跡后，需要根據機床結構、操作系統信息等，把這些包含刀位點數據的軌跡轉變成機床可以執行的代碼，這個轉換過程叫后處理[5-6]。同一臺機床可能有多個不同的后處理，但是不同的編程員用不同的操作、不同的后處理，卻能完成同一個零件的加工。針對不同形式的加工編程，需要和后處理協同工作，才能得到想要的結果，因此后處理是一定要和加工操作相適應。

表1 零件加工程序單

表2 刀軌策略

圖1 毛坯開粗刀軌

圖2 葉槽開粗刀軌

圖3 葉片半精加工刀軌

圖4 輪轂半精加工刀軌

圖5 葉片半精加工刀軌

圖6 輪轂精加工刀軌

圖7 包覆面精加工刀軌

圖8 清根刀軌

2.1 數據準備

數據準備主要指的是搜集和產品加工相關的資料，譬如：機床原點、編程原點、機床行程、數控系統(FANUC-0i)等數據。

2.2 定制后處理

(1)設置后處理名稱為4AXIS，單位為mm，機床類型為4軸帶轉臺，如圖9所示。

圖9 設置機床類型

(2)機床行程設置：X600，Y400，Z450；XYZ軸最大切削速度：3 000，如圖10所示。

圖10 一般設置

(3)第4軸設置旋轉平面為YZ(A軸)，最大進給率為3 600(°)/min，軸限制為±99 999(°)，如圖11所示。

圖11 第4軸設置

(4)在程序和刀軌標簽中選擇G代碼，設置公制代碼為G21。后處理單位如圖12所示。

(5)在程序和刀軌標簽中選擇程序，設置程序初始化指令起始序列如圖13所示，設置工序起始序列如圖14所示，設置工序結束序列如圖15所示，設置程序結束序列如圖16所示。

圖12 程序單位設置

圖13 程序初始化設置

圖14 工序初始化設置

圖15 工序結束設置

圖16 程序結束設置

(6)保存退出。在保存目錄下會生成 3 個文件，分別是:4AXIS. def 、4AXIS. tcl、4AXIS. pui，其中. def為定義NC輸出格式，. pui 為下次再次編輯文件，. tcl 為處理事件生成器發送過來的事件，并提供處理方式。

(7)集成后處理[7]。在后處理的安裝目下打開后處理配置文件template_post，添加以上生成的后處理文件，如圖17所示。

圖17 集成后處理

3 產品加工

3.1 仿真加工

在真實加工之前，數控加工仿真系統利用計算機提供的可視化模擬加工環境，對刀具路徑和材料切除過程等產品加工的本質過程進行虛擬加工，將仿真過程中反映出來的問題直觀明了的顯示出來，并在計算機上直接進行修改或變更，從而預防真實加工過程中的不良狀況，確保加工方法和加工工藝的合理性。數控加工仿真是提高復雜曲面數控編程效率并保證產品質量的重要措施[8]。這些仿真軟件可在計算機上逼真動態的顯示加工過程中機床、刀具的相對運動和工件材料的去除過程，并進行過切/欠切、機床與夾具、刀具的碰撞過程檢驗，在計算機上實現零件的快速模擬制造加工，為實際生產提供安全保障。

首先利用前期開發的后處理文件生成葉輪加工G代碼程序，部分如圖18所示。利用全球領先的數控加工程序驗證、機床模擬、工藝程序優化，專業的數控加工仿真軟件VERTICUT[9-10]完成葉輪的仿真加工，結果如圖19所示，仿真過程沒有出現干涉、碰撞等問題。

圖18 部分加工程序

3.2 實體加工

在利用UG軟件完成葉輪的刀路規劃以及采用前期開發的專用后處理器生成NC程序仿真無誤后。為了驗證該方法的高精度和高效性，利用AVL650e四軸立式加工中心(見圖20)對葉輪進行了實體加工驗證，結果如圖21所示，經檢驗各項加工指標均符合設計要求。

圖19 仿真加工

圖20 AVL650e四軸立式加工中心

圖21 成品實物圖

4 結 語

葉輪因結構復雜，傳統的三軸加工已經無法完成，需要在多軸加工中心上完成。以葉輪加工為例，在 UG NX12.0軟件中進行刀路設計，設置加工各項參數，生成刀具軌跡，并利用UG/Post Builder后置處理構造器模塊構建完成立式四軸加工中心后置處理程序，生成NC數控加工程序，并利用VERICUT進行仿真加工，驗證了后置處理的正確性。實踐證明：該方法構建的后置處理程序完全滿足該四軸立式加工中心的加工要求，為企業節約了生產成本，適合進一步推廣應用。