基于UG五轴涡轮的数控加工

吴院锋 邱泽元 王春虎

摘要：自20世纪中叶以来，计算机辅助技术已经成为一门高新技术，改变了世界。它促进了计算机性能的提高，包括所有技术领域，并影响了传统技术的工作模式。离心压缩机整体叶轮的加工是多轴数控加工最常见的实例。本文主要介绍了叶轮的加工过程，分析了叶轮仿真的全过程。

关键词：整体叶轮;UG;后处理;加工工艺;叶片

1 定位基准、夹紧方案的确定

高速铣削要求刀具安全可靠、体积小、重量轻、结构简单、易于装卸工件、减少加工过程中惯性矩的影响[1]。本文使用了一种专用夹具：图1芯轴进行定位装配夹紧。将叶轮的中孔通过夹具芯轴小间隙0.02配合定位在夹具上，右端面用螺母拧紧固定，完成零件的装夹。通过三爪卡盘夹紧工装尾端的圆柱面使得夹具、零件的回转中心一致，确保定位及加工精度。设置加工坐标系G54，将叶轮的上端面设置为Z0，以夹具回转中心设置加工坐标系的x0和Y0，最终完成加工坐标系设定。

2 刀具选择

刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本有很大影响，尤其是表面加工[2]。为了提高流道的粗加工和半精加工效率，可以使用大直径球刀，但还应注意，刀具直径受两个叶片之间最小距离的限制，不能过大;刀具圆角半径选择为不大于叶片的根部圆角半径。在加工过程中，根据叶片的结构尺寸要求，刀具的切削刃长度必须大于70mm，总长度必须大于100mm。在数控机床加工中，本文从经济性、适应性、加工能力和现有生产条件等方面选择采用整体式硬质合金涂层刀具。

3 进给路线和工步顺序的确定

3.1 加工坐标系

（1）首先，创建一个UG初始化环境

（2）打开模型，进入加工界面（CAM模块）

（3）建立加工坐标系G54，根据专用夹具夹紧图完成加工坐标系设定。安全设置选项中创建一个与叶轮同心半径为100的圆作为安全平面。选择叶轮作为部件，指定毛坯为未加工的零件。

（5）在叶轮工作组（叶片）中创建叶轮形状，然后选择轮毂、包覆组件、叶片、叶根圆角和分流叶片。

（6）创建工艺表要求的刀具组，特别注意粗加工刀具和精加工刀具的管理。

（7）设置加工方法组以设置部件余量参数（铣削粗加工、铣削半精加工、铣削精加工）、内外公差参数等。

3.2 UG 加工及仿真步骤

1、工序1

叶轮的粗加工，粗加工过程的目的是快速去除多余材料。重要的考虑因素是加工效率，所需的进给和切削深度越大越好，并且在最短的时间内尽可能地切削。切削参数计算：使用硬质合金刀具的参数，算得转速，带入、、得到。在UG加工模块下，在“创建工序”对话框中，选择“MIL_CONTOUR”设置机床控制操作，然后选择“CAVITY_MILL”子铣削。 碳化钨硬质合金Φ10R1的切削方法用于粗加工。切削模式选择“跟随周边”，每刀之间的间距为刀具直径的75%，切削层范围类型为单向，总的切削层深度为顶面向下至61mm处，每刀切削深度1（mm），从四个方向快速完成叶轮粗加工。

注意：下刀前一定要确保创建的加工坐标系无误。

2、工序2

叶片粗加工，注意叶片的震动及变形，使用具有44锥度的Φ4合金球刀。速度，计算出的主轴转数和进给数如表2所示。在MILL_MULTI_BLADE模块中使用“多叶片粗加工（MULIT_BLADE_ROUGH）”。 几何选项“MULTI_BLADE_GEOM”接受设置的叶轮形状，驱动方法中，叶片边缘选择“沿叶片方面”，延伸设置为刀具的50%，每刀切削深度和步距均为 0.5mm，主轴转速和进给速度如表2所示。

工序2的具體内容如表2所示。

注意：粗加工时，注意加工时间。 首次调整后，可以在不影响切削和切削过程的情况下提高进给速度和主轴转速，提高加工效率，始终注意刀具的状态。

3、工序3

叶片及轮毂精加工，在叶片半精加工的基础上，继续精加工叶片和轮毂，满足最终叶轮的技术要求。使用44锥度的Φ4合金球刀，转速，。选择MILL_MULTI_BLADE模块中的“BLADE_FINISH”，几何选择“MULTI_BLADE_GEOM”接受叶轮形状的设置，驱动方法的精加工叶片参数，分别选择和叶片和分流叶片的加工要切削的面为所有面，切削模式选择螺旋，刀具轴设置为自动，方法选择“Miufinish”，深度模式“从包覆插补至轮毂”，每刀切削深度0.2mm。

3.3 UG 加工及仿真

UG软件通过对叶轮的形状的计算，刀具在叶片区域之间移动时通过刀具侧刃插补方式控制，巧妙地避开干涉，控制刀轴摆动来绕叶片往复变换切削，使用后处理完成程序输出，通过VERICUT模拟仿真，可检查碰撞情况，并且计算出使用最短的刀具长度切削，保证刀具加工刚性，不仅提高了加工效率，而且加工更加安全可靠。

参考文献

[1]孙玉恒，李兆辉，肖小峰. 基于UG的数控自动编程技术[J]. 数字技术与应用，2012，（004）：264-264.

[2]纪玉坤，曹利新. 基于UG的五轴数控机床加工仿真[J]. 计算机仿真，2006，23（001）：215-218.

吴院锋，男，汉族，1981年9月24日，陕西西安，本科 中国航发西安动力控制科技有限公司，（710077），研究方向：航空航天零组件设计及制造。