基于UG NX的整体叶轮五轴数控加工

3 叶轮加工编程

　　UG NX提供了大量多坐标数控加工编程方法及刀轴控制方式，要选择合适的加工方法，并注意合理选择粗精加工余量、切削工艺参数如加工步距、加工深度、主轴转速、机床进给率等，对于提高产品的加工效率和质量是至关重要的。还要根据叶轮的几何特征合理设置进退刀方式，从而避免过切和干涉。

3.1 粗加工流道

　　粗加工叶轮流道的过程中将去除大量材料，其考虑的重点是加工效率，要求大的进给量和尽可能大的切削深度，以便在较短的时间内切除多的切屑。粗加工对表面质量的要求不高，因此要合理规划刀具路径，提高粗加工效率。

　　开粗加工时可以采用可变轴轮廓铣（Variable Contour），选择流道面为零件面（Part Geometry）和驱动几何面（Drive Geometry），叶片面和轮毂面为干涉检查面。由于叶片高度较大，粗加工时可分层铣削，即给零件留不同的余量，可调整曲面百分比减少切削过程中的空走刀。

　　开粗时也可采用型腔铣（Cavity Mill）。型腔铣以平面的切削层来切削材料，刀具在每层沿着几何体的轮廓加工。由于开粗时余量大，可以选取两个不同的方向进行开粗，注意选取方向时应使加工范围尽可能大，尽量去除多的材料。这种方法的加工效率高，但剩余的加工余量大且不规则，还需进行补加工，从而使余量均匀。

　　3.2 流道曲面的半精加工

　　半精加工流道时选择可变轴轮廓铣（Variable Contour），选择叶片间的流道曲面为部件几何体，将整个叶轮部件选择为检查几何体，驱动方式选择为“曲面区域”。驱动几何体与部件几何体相同。

　　由于整体叶轮相邻叶片之间空间较窄，且叶片扭曲程度大，容易发生干涉碰撞，因此刀具在流道内要合理摆动，才能防止干涉。刀轴矢量可以选择插补方式（Interpolate），这种方式可以通过在指定的点定义矢量方向来控制刀具轴。可以做出矢量控制线，添加或修改插补刀具数据点，在确定矢量方向时注意定义所需要的足够多的矢量，使得摆动变得更加光顺。注意驱动路径方向应指向外，若方向相反，点击材料反向更正驱动路径方向。刀轴插补矢量及产生的刀具路径如图1所示。

     

a 流道半精加工刀轴矢量                  b流道半精加工刀具路径
图1 流道曲面的半精加工

3.3 叶片精加工

　　叶轮的叶片扭曲程度大且高度较高，叶片间流道距离小，是体现加工复杂性的主要部分，因此需合理设置刀轴矢量，避免刀具与已加工叶片及其他叶片发生干涉。根据叶片型面特征，以刀具与曲面接触的方式分类，五坐标数控铣削加工叶片型面可分为“线接触”（侧铣法）和“点接触”两类成型方式 。

　　对于可展直纹面叶轮，可用侧铣法加工，即用圆柱铣刀的侧刃铣削叶片曲面，刀轴控制方法为Swarf。侧铣时一次走刀可将整个叶片加工完，精加工时间大为缩短，加工效率高，加工表面质量好。

　　对于自由曲面叶轮使用点接触铣削，刀具在切削过程中始终保持刀刃与被加工曲面相切于一个点，铣刀按叶片流线方向连续运动，逐行走刀，最终加工出叶片曲面，是一种精确成型的加工方式。

　　图2为采用点接触铣削时生成的刀具路径。选择可变轴轮廓铣（Variable Contour），驱动方式为“曲面区域”。选择一个叶片面作为驱动几何体，其他相邻叶片和流道面作为检查几何体，刀轴可采用相对于驱动面（Relative to Drive），为避免刀具与叶片发生干涉，需合理设置前倾角和侧倾角。步进方式采用“残余波峰高度”，残余高度为0.005mm。

图2 叶片精加工刀具路径