UG NX葉輪多軸數控編程與仿真

曹旺萍

(無錫職業技術學院機械技術學院，江蘇 無錫 214121)

1 葉輪零件工藝分析

渦輪式葉輪是指高壓氣體沿著軸向流動的一種葉輪，是發動機的重要零件，一般情況下其葉轂和葉片是在整體鍛壓鈦合金毛坯材料上進行加工的零件。

圖1為渦輪式葉輪零件模型，零件材料為鋁，零件尺寸公差為±0.02mm。零件的毛坯材料為Φ85×40的鋁棒，為減少在五軸聯動數控機床的開粗加工時間，可以先把毛坯料用車床切削去除盡可能多的余料，然后上五軸機床數控銑。

2 葉輪零件加工編程過程

葉輪零件的多軸編程前需要設定加工坐標系、毛坯幾何體、應用UG NX的葉輪編程模塊設定葉輪的葉轂面、包裹曲面、葉片曲面、葉根圓角曲面、分流葉片曲面等參數。

2.1 葉輪零件開粗

經過車削后的毛坯還有較大的余料需要去除，粗加工采用型腔銑粗銑加工。毛坯設置為包容圓柱體，先創建型腔銑粗加工刀路，設置Φ12mm的平底刀，余量為1mm，層深為0.8mm，進給率500mm/min，主軸轉速2500r/min，創建型腔銑粗加工刀路，圖2為葉輪零件粗加工刀路。

圖1 渦輪式葉輪零件模型

圖2 葉輪零件開粗刀路

2.2 葉輪外形精加工

2.2.1 創建葉形頂部精加工刀路

采用平面銑葉形頂部，采用Φ12mm的平底刀，部件側面余量為1.2mm，部件底部余量為0，主軸轉速2500r/min，進給率800mm/min。

2.2.2 創建輪轂上部精加工刀路

采用深度加工輪廓銑銑輪轂上部，采用Φ12mm的平底刀，底部余量為0，主軸轉速2500r/min，進給率1000mm/min。

2.2.3 創建葉形最大外形精加工刀路

采用深度加工輪廓銑銑葉形最大外形部分，采用Φ12mm的平底刀，部件余量為0，主軸轉速2500r/min，進給率1000mm/min。

2.3 葉形包裹面精加工

采用深度加工輪廓銑銑葉形包裹面部分，采用Φ12mm的平底刀，部件余量為0，主軸轉速2500r/min，進給率1000mm/min。

2.4 葉形精加工

2.4.1 創建葉形開粗刀路

進入多軸葉輪模塊，選擇多葉片粗加工，設置葉片粗加工的葉片余量和輪轂余量均為1mm，采用R3mm的球頭刀，主軸轉速4000r/min，進給率1000mm/min，圖3為葉形開粗刀路。

2.4.2 創建分流葉片葉冠精加工刀路

采用三軸區域精加工，加工曲面選擇分流葉片的葉冠，采用R3mm的球頭刀，部件余量為0，主軸轉速4000r/min，進給率2000mm/min，圖4為分流葉片葉冠精加工刀路。

圖3 葉形開粗刀路

圖4 分流葉片葉冠精加工刀路

2.4.3 創建輪轂精加工刀路

進入多軸葉輪模塊，選擇輪轂精加工，修改刀軸矢量，使刀軸不要碰傷葉片，設置葉片余量和輪轂余量均為0mm，采用R3mm的球頭刀，主軸轉速4000r/min，進給率2000mm/min，圖5為輪轂精加工刀路。

2.4.4 創建大葉片精加工刀路

進入多軸葉輪模塊，選擇葉片精加工，設置葉片精加工驅動方法為要切削的面為“所有面”，切削模式為“螺旋”，切削方向為“順銑”，設置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm，設置葉片余量和輪轂余量均為0mm，采用R3mm的球頭刀，進給率2000mm/min，主軸轉速4000r/min，圖6為大葉片精加工刀路。

圖5 輪轂精加工刀路

圖6 大葉片精加工刀路

2.4.5 創建分流小葉片精加工刀路

復制大葉片精加工刀路，修改幾何體為分流葉片，生成分流葉片精加工刀路。圖7為分流小葉片精加工刀路。

2.4.6 創建大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路

進入多軸葉輪模塊，選擇圓角精加工，設置葉片精加工驅動方法為要切削的面為“左面、右面、前緣”，切削模式為“螺旋”，切削方向為“順銑”，設置切削層每刀深度為殘留高度0.01mm，設置葉片余量和輪轂余量均為0mm，設置R3mm的球頭刀，主軸轉速4000r/min，進給率2000mm/min。

2.4.7 創建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路

復制大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路，修改要精加工的幾何體為分流葉片圓角，生成分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路。

2.5 刀路陣列變換

將葉形開粗刀路、分流葉片葉冠精加工刀路、大葉片精加工刀路、分流小葉片精加工刀路、大葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路、創建分流小葉片和輪轂的倒圓角精加工刀路分別進行陣列，得到完整的葉片加工刀路。

2.6 葉輪零件后處理

選取開粗刀路，選取五軸后處理器，生成粗加工后處理程序，再依次生成葉輪外形精加工后處理程序，分流葉片葉冠精加工刀路后處理程序，大葉片精加工刀路后處理程序，分流小葉片精加工刀路后處理程序，以及倒圓角精加工刀路后處理程序。

2.7 葉輪零件VERICUT仿真驗證

程序的正確與否需要用VERICUT仿真軟件進行仿真驗證，仿真結果分析了零件有無干涉情況，有無過切、欠切等情況。

進入VERICUT軟件，選擇五軸機床模型，選擇控制系統、刀具庫、導入程序、夾具、毛坯，設置對刀點，進行葉輪零件VERICUT軟件機床仿真驗證，圖8為葉輪零件VERICUT軟件機床仿真驗證結果。

圖7 分流小葉片精加工刀路

圖8 葉輪零件VERICUT仿真驗證結果

3 結語

本文以葉輪零件為例，介紹了渦輪式葉輪零件的多軸加工工藝，應用UG NX軟件對渦輪式葉輪零件多軸數控編程，以及應用VERICUT軟件加工仿真，經 VERICUT仿真軟件加工驗證，避免了實際加工過程中可能存在的碰撞和干涉，提高了葉輪零件的加工效率和表面質量。