基于UG NX的整体叶轮五轴数控加工技术

3.3 叶片精加工

　　叶轮的叶片扭曲程度大且高度较高，叶片间流道间隔小，是体现加工复杂性的主要部分，因此需公道设置刀轴矢量，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，终极加工出叶片曲面，是一种精确成型的加工方式。

　　图2为采用点接触铣削时天生的刀具路径。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，需公道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

3.4 流道精加工

　　流道精加工与流道半精加工基本相同，驱动方式为“曲面区域”，选择叶片间的流道曲面为驱动几何体，将整个叶轮部件选择为检查几何体，步进方式采用“残余波峰高度”，残余高度为0.005mm。

3.5 叶片根部圆角清根

　　对于叶片和轮毂连接处的过渡圆角的加工，选择圆角面为驱动面，流道面、相邻叶片面作为干涉检查几何体，刀轴采用相对于驱动（Relative to Drive）并留意设定公道的倾斜角度。天生的刀具路径如图3所示。也可采用朝向线（Toward Line）方式，有时只用一条控制线，还不能控制加工一个完整曲面，可能要选用几条控制线。

图3 叶片根部圆角清根加工刀具路径

3.6 后置处理

　　后置处理主要任务是将天生的刀轨文件处理、转换成数控机床操纵系统可以接受的数控代码文件。UG/Post Builder是与UG/CAM配合的后置处理功能模块，提供了定义各轴运动关系、数控代码结构、机床空间几何参数等功能。

　　在UG/Post Builder中选择机床的类型为双转台五轴机床（5-Axis with Dual Rotary Tables），设置两个转动轴为A、C轴，设置MIKRON UCP800 Duro机床各轴的行程参数，确定工件坐标原点与机床坐标原点的关系以设定4th Axis Center to 5th Axis Center的值，并根据Heidenhain iTNC530系统的特点设置数控程序文件头尾的格式等。

　　应用配置的后置处理对所编制的刀具轨迹文件进行后置处理，天生数控代码文件。

3.7 仿真验证

　　对于天生的数控代码文件，应通过UG NX的仿真模块或Vericut软件对刀轨进行反复仿真验证，检查干涉、过切等题目并及时修改。确认无误后，还必须在机床上进行试切，调试切削的工艺参数，以便高效加工出合格的叶轮。

图4 在Vericut中对刀具路径进行仿真验证

4 结论

　　UG NX作为通用软件，能够很好的完成叶轮零件的数控编程。本文利用UG NX软件对整体叶轮进行了加工编程，公道选择加工使用的刀具和机床，并针对流道和叶片的几何特征确定刀轴的控制方式，天生加工轨迹，进行了仿真验证，保证天生的刀具轨迹的正确性。最后通过MIKRON UCP800 Duro五轴联动加工中心实现了叶轮零件的加工，加工过程平稳，加工表面光洁度高，达到了预期的目标。