基于UG五軸渦輪的數控加工

吳院鋒 邱澤元 王春虎

摘要：自20世紀中葉以來，計算機輔助技術已經成為一門高新技術，改變了世界。它促進了計算機性能的提高，包括所有技術領域，并影響了傳統技術的工作模式。離心壓縮機整體葉輪的加工是多軸數控加工最常見的實例。本文主要介紹了葉輪的加工過程，分析了葉輪仿真的全過程。

關鍵詞：整體葉輪;UG;后處理;加工工藝;葉片

1 定位基準、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、結構簡單、易于裝卸工件、減少加工過程中慣性矩的影響[1]。本文使用了一種專用夾具：圖1芯軸進行定位裝配夾緊。將葉輪的中孔通過夾具芯軸小間隙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。通過三爪卡盤夾緊工裝尾端的圓柱面使得夾具、零件的回轉中心一致，確保定位及加工精度。設置加工坐標系G54，將葉輪的上端面設置為Z0，以夾具回轉中心設置加工坐標系的x0和Y0，最終完成加工坐標系設定。

2 刀具選擇

刀具材料對刀具壽命、加工效率、加工質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，但還應注意，刀具直徑受兩個葉片之間最小距離的限制，不能過大;刀具圓角半徑選擇為不大于葉片的根部圓角半徑。在加工過程中，根據葉片的結構尺寸要求，刀具的切削刃長度必須大于70mm，總長度必須大于100mm。在數控機床加工中，本文從經濟性、適應性、加工能力和現有生產條件等方面選擇采用整體式硬質合金涂層刀具。

3 進給路線和工步順序的確定

3.1 加工坐標系

（1）首先，創建一個UG初始化環境

（2）打開模型，進入加工界面（CAM模塊）

（3）建立加工坐標系G54，根據專用夾具夾緊圖完成加工坐標系設定。安全設置選項中創建一個與葉輪同心半徑為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）設置加工方法組以設置部件余量參數（銑削粗加工、銑削半精加工、銑削精加工）、內外公差參數等。

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，所需的進給和切削深度越大越好，并且在最短的時間內盡可能地切削。切削參數計算：使用硬質合金刀具的參數，算得轉速，帶入、、得到。在UG加工模塊下，在“創建工序”對話框中，選擇“MIL_CONTOUR”設置機床控制操作，然后選擇“CAVITY_MILL”子銑削。 碳化鎢硬質合金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），從四個方向快速完成葉輪粗加工。

注意：下刀前一定要確保創建的加工坐標系無誤。

2、工序2

葉片粗加工，注意葉片的震動及變形，使用具有44錐度的Φ4合金球刀。速度，計算出的主軸轉數和進給數如表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“MULTI_BLADE_GEOM”接受設置的葉輪形狀，驅動方法中，葉片邊緣選擇“沿葉片方面”，延伸設置為刀具的50%，每刀切削深度和步距均為 0.5mm，主軸轉速和進給速度如表2所示。

工序2的具體內容如表2所示。

注意：粗加工時，注意加工時間。 首次調整后，可以在不影響切削和切削過程的情況下提高進給速度和主軸轉速，提高加工效率，始終注意刀具的狀態。

3、工序3

葉片及輪轂精加工，在葉片半精加工的基礎上，繼續精加工葉片和輪轂，滿足最終葉輪的技術要求。使用44錐度的Φ4合金球刀，轉速，。選擇MILL_MULTI_BLADE模塊中的“BLADE_FINISH”，幾何選擇“MULTI_BLADE_GEOM”接受葉輪形狀的設置，驅動方法的精加工葉片參數，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，刀具軸設置為自動，方法選擇“Miufinish”，深度模式“從包覆插補至輪轂”，每刀切削深度0.2mm。

3.3 UG 加工及仿真

UG軟件通過對葉輪的形狀的計算，刀具在葉片區域之間移動時通過刀具側刃插補方式控制，巧妙地避開干涉，控制刀軸擺動來繞葉片往復變換切削，使用后處理完成程序輸出，通過VERICUT模擬仿真，可檢查碰撞情況，并且計算出使用最短的刀具長度切削，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

[1]孫玉恒，李兆輝，肖小峰. 基于UG的數控自動編程技術[J]. 數字技術與應用，2012，（004）：264-264.

[2]紀玉坤，曹利新. 基于UG的五軸數控機床加工仿真[J]. 計算機仿真，2006，23（001）：215-218.

吳院鋒，男，漢族，1981年9月24日，陜西西安，本科 中國航發西安動力控制科技有限公司，（710077），研究方向：航空航天零組件設計及制造。