基于UG的整体叶轮加工仿真技术研究

张文俊 曾强 官莉娟

摘 要：在对整体叶轮的工艺分析的基础上，通过UG软件对整体叶轮进行虚拟加工仿真，实现加工参数优化，并获得可靠的加工程序。

关键词：整体叶轮；UG；虚拟加工仿真

引言

整体叶轮外形比较复杂，设计和制造加工都是一个难点。文章首先对整体叶轮进行加工工艺分析，再结合五轴数控加工技术，编写出加工工艺，再利用CAM技术生成刀具轨迹。

1 叶轮加工工艺分析

叶轮形状比较复杂，叶片的扭曲程度比较大，常常在高速状态下运转，加工时容易发生干涉现象。叶轮的性能很大程度上受到加工质量的影响。考虑到整体叶轮的实际工作情况，要求具备良好的动力学性能，所以叶片大都采用了大扭角、根部变圆角等结构，但铣削加工这种结构比较困难。并且叶片曲面制造质量要求高，叶轮叶片又比较薄，制造中会出现大量的工艺问题，因此要制造出与设计要求相符的叶轮，不仅要有良好的制造方法，还要有良好的工艺作保证[1]。

1.1 叶轮的加工难点

为了让叶轮的动力性能满足要求，叶轮叶片往往扭曲程度较大，根部采用导圆角等结构，这些结构设计给叶轮的加工提出了更高的要求，叶轮加工难点如下：

（1）叶轮槽道较窄，但叶片相对较长，相对刚度较低，加工过程中容易发生变形现象，导致加工难度增大。

（2）叶轮曲面为自由曲面、流道较窄、叶片扭曲程度比较大，加工难度较高，加工表面的整体一致性也难以保证。

因此，为了加工出满足实际需求的叶轮，必须综合考虑具体的使用环境，叶轮叶片较长且薄、扭曲程度大等特点，制定出一套完整并且合理的加工方案。

1.2 叶轮加工工艺规划

流道和叶片的加工工艺是叶轮加工工艺的主要内容。叶片及流道的加工方法多种多样，但其工艺路线一般都是工序比较紧凑集中的，这样不仅可以提高加工精度，还能缩短工艺路线和加工时间。

1.3 叶轮加工的阶段划分

在本次加工的叶轮中，主要是加工流道、叶片两部分。此外，叶片与叶片间的大量材料需要去除，并且各表面的加工要求不尽相同，因此在制定工序时，要遵循先粗后精、先主后次和分面加工的工艺原则[2]。根据上述加工工艺原则，将叶轮的加工过程分为两个阶段：粗加工和精加工。

1.4 叶轮加工刀具的选择

此次采用硬质合金刀具进行加工。

1.5 叶轮加工中切削参数和冷却方法的选择

本次加工选择00Cr18Ni14Mo2Cu2不锈钢作为材料，采用顺铣法加工，冷却法采用喷雾法。硬质合金铣削不锈钢时，一般取Vc=70m/min～150m/min，Vf=37.5mm/min～150mm/min[3]。

1.6 叶轮的加工路线

经过上述分析，拟采用的叶轮加工路线如下：（1）叶轮流道加工；（2）叶轮叶片粗加工；（3）叶轮叶片精加工。

2 叶轮的CAM编程

2.1 叶轮加工方案的制定

（1）根据前文所述的工艺设计方案，现制定叶轮的加工程序如表1所示：

表1 叶轮加工程序列表

（2）加工使用的刀具如表2所示：

（3）叶轮加工工艺方案如表3所示：

表3

2.2 创建零件加工方法

（1）叶轮的流道加工：叶轮的流道加工选取的加工方法是可变流线铣，其加工主菜单如图1所示，在驱动方法下拉菜单中选择“流线”方式。把刀具轴矢量选择为“朝向点”。

图1 流道加工刀轨轨迹

（2）叶片加工：采用变轴加工，驱动方法采用“曲面”方式，而刀具轴矢量选择“朝向点”。

2.3 UG环境下CAM实现

2.3.1 加工刀具轨迹和刀轨可视化仿真

反复修改主菜单中的各个参数，使生成的刀轨均匀、整齐。叶轮流道加工刀轨可视化仿真如图2所示。

2.3.2 生成刀具轨迹文件

叶轮的每一加工步骤完成后都会生成刀具轨迹文件，在后置处理中，就是应用这些文件来生成机床能够识别的NC代码[5]。叶轮流道加工生成的部分刀轨文件如下所示。

TOOL PATH/VARIABLE_STREAMLINE，TOOL，D6

TLDATA/MILL，6.0000，3.0000，75.0000，0.0000，0.0000

MSYS

0.0000，0.0000，100.0000，1.0000000，0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，

……

PAINT/SPEED，10

PAINT/TOOL，NOMORE

END-OF-PATH

3 结束语

文章研究了叶轮的加工工艺，拟定出了叶轮加工的工艺规划，包括加工刀具的选择、工艺阶段的划分以及切削参数和冷却方法的选择等。并且在基于UG/CAM平台上，进行了编程，得到了刀位轨迹文件。

参考文献

[1]吕程辉.整体叶轮的五轴高速铣削加工工艺优化[D].同济大学，2007.

[2]陳洪涛.数控加工技术与编程[M].高等教育出版社，2003.

[3]郑文虎.难切削材料加工技术[M].国防工业出版社，2008.

[4]展迪优.UG NX8.0数控加工教程[K].北京：机械工业出版社，2011，12：203-205.

[5]曾强.叶轮类零件的五轴联动数控加工与仿真[D].西南交通大学，2009.

作者简介：张文俊（1991，6-），男，籍贯：四川省乐山市，学历：大学本科，研究方向：CAD/CAM，数控加工及仿真。