整体叶轮的五轴数控编程的关键技术

　　2.1 保证刀具轴在两叶片之间的范围内摆动　刀具又不会与叶片发生干涉

　　叶轮流道的加工是整个零件的加工难点，由于叶片之间的间隔距离小，而叶片的扭曲程度决定了加工时刀具轴的摆动范围，刀具轴必须在两叶片之问的范围内摆动，刀具才不会与叶片发生干涉。

　　2.2 刀轴控制方法

　　叶轮流道的加工采用UG软件中的可变轴曲面轮廓铣加工的多轴铣削加工功能，在变轴铣的过程中，刀轴在沿着刀路运动时可以不断改变方向。刀轴是指从刀尖方向指向刀具夹持器方向的矢量。如图9所示。UG的可变轴曲面轮廓铣提供了大量的刀具轴矢量选项，从而控制刀轴在加工时的摆动。

图9刀轴矢量

　　本例采用“朝向点”的刀轴控制方法，通过指定一个聚焦点来定义可变刀轴矢量，刀轴矢量以刀柄为起点指向聚焦点，如图10所示。在通过UG软件在叶轮的流道上方画一个点，以这个点作为聚焦点，“朝向点”的刀轴控制方法可以使刀具在加工叶轮流道时刀轴始终朝向这个点。加工的刀路如图11所示。要保证刀具加工到流道的每个角落的同时又不会与叶片干涉，可以通过鼠标旋转叶轮实体，观察点在流道上的投影，如图12、图13所示。如果叶轮流道上方的点的投影在流道的每个角落，不会被叶片挡住，那么就可以保证刀具在加工流道的时候不会与叶片发生干涉。如果会被叶片挡住，就要重新选择新的点作为聚焦点。图10朝向点的刀轴控制方法

图10朝向点的刀轴控制方法

3 采用五轴定位加工，减少叶轮的加工时间，提高叶轮加工效率

　　前面对叶轮流道的粗加工采用可变轴曲面轮廓铣的多轴铣削加工功能，刀具沿着曲面不断摆动刀杆进行加工，避免和叶片干涉，由于刀杆在摆动，所以必须用球刀加工，球刀加工效率比较低，要完成叶轮流道的粗加工需要很长时间。五轴定位加工是先将刀具主轴旋转到某一个所需要的方位，然后对工件进行加工，在对工件进行切削加工的过程中，刀具主轴的方位不发生变化。如何运用五轴定位加工，减少叶轮的加工时间，提高叶轮的加工效率?

　　通常三轴铣削加工曲面时，刀轴方向是固定的z轴方向，粗加工可以采用圆鼻刀，尽快去除大部分的材料余量，加工效率比较高。在UG五轴数控加工中的刀轴控制可以定义“固定”和“可变”两种方式的刀轴方位。“固定刀轴”将保持与指定矢量平行，在整个加工的过程，刀轴矢量方向固定不变，如图14所示。而“可变刀轴”在沿刀轨运动时将不断改变刀轴矢量方向。

图14固定刀轴矢量

　　在叶轮的流道粗加工中，要提高效率就岿须用圆角刀进行粗加工，我们可以采用五轴定位加工，即选择多轴加工方式下的固定轴曲面轮廓铣，刀轴控制定义为“固定”刀轴方位，这样就可以采用圆角刀进行叶轮流道的粗加工。刀轴的固定方向的确定可以通过鼠标对叶轮实体的旋转拖动，如果叶轮流道完全暴露在视线下，不被叶片挡住，通过设置当前“视图方向”作为“刀轴矢量”的固定方向。这样就可以采用圆角刀对叶轮流道进行粗加工，加工时间大大减少。

　　由于叶轮叶片的扭曲，通过鼠标对叶轮实体的旋转拖动，叶轮流道可能不会全部暴露在视线下，部分流道会被叶片挡住，如果采用“固定”刀轴方位。用圆角刀进行叶轮整个流道的粗加工，刀轴和叶片就会产生干涉，部分的叶轮流道加工不到。这种情况可以先对流道的可见部分进行粗加工。然后旋转叶轮实体，将剩下没有加工的部分流道暴露在视线中，用圆角刀对剩下的部分流道进行粗加工，从而完成整个流道的粗加工。也就是一个叶轮的流道需要分成两个部分分别加工完成，其加工效率同样大大提高，加工时间减少。