基于UG+NX+40整体叶轮的五轴数控加工技术研讨.pdfVIP

第四届全国数字化设计与快速制造技术论文集 NX 基于UG 4．0整体叶轮的五轴数控加工 技术研究 郑金兴程慧群赵刚 哈尔滨工程大学机电学院 *要：整体叶轮作为发动机曲关键部件，对发动机的性能影响很大，它曲加工成为提高发动机性能的一个关 键环节．但是由于整体叶靶鲒构的复杂性，其数控加工技术一直是制遣行业的难点．以典型的c^D／c^M软件一 --UG眦，台理安排加工工艺，使用uG NX4．o软件进行了加工轨迹生成和方针验证．证明1亥整体叶轮数控加工 方案及程序的可行性． 1前言 作为动力机械的关键部件，整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是 制造业中的一个重要课题。叶轮的加工质量直接影响整机的动力性能和机械效率，数控加工 是目前国内外广泛采用的加工整体三元Ⅱr轮的方法。整体叶轮的加工难点主要表现在：(1) 三元整体叶轮的形状复杂，其叶片多为非可展扭曲直纹面。 (2)整体叶轮相邻叶片的空间 较小-而且在径向上设有半径的减小通道越来越窄，因此加]_叶轮叶片曲面时除了刀具与被 加工叶片之间发生干涉外，刀具极易与相邻叶片发生干涉，(3)刀位规划时的约束条件多， 自动生成无干涉刀位轨迹较困难。目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，如美 国NREC公司的MAX一5，MAX—AB叶轮加工专用软件等。日前，我国大多数生产叶轮的厂家多 数采用国外大型CAD／CAM软件，如UG 用目前流行且功能强大的UG NX4．0对复杂曲面整体叶轮进行加工仿真研究。 2整体叶轮数控加工工艺 根据叶轮的几何结构特征和使用要求(如图1)，其垄本加工工艺流程为：1)在锻压铝 材上车削加工回转体的基本形状；2)开粗加工流道部分；3)半精加工流道部分：4)叶片精 加工；5)对倒圆部分进行清根。 图I叶轮零件 2．1刀具的选择 为提高加工效率，在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀， 第四届全国数字化设计与快速制造技术论文集 但是也要注意使刀具直径小于两叶片间最小距离；在叶片精加工过程中，应在保证不过切的 前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径。 在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径小于流道和叶片相接部分的最 小倒圆半径。 2．2 5坐标数控机床结构 叶轮加工应当使用5坐标数控加工中心完成。5坐标是指在3个平动坐标轴基础上增加2个 转动坐标轴(A，B或A，C或B，c)且5个轴可以联动。由于具有2个转动轴，导致5坐 标机床可以有很多种运动轴配置方案，但它们可以归于如下3大结构类型： 2．2．I．刀具摆动型 这种结构类型是指2个转动轴都作用于刀具上，由刀具绕2个互相正交的轴转动以使刀具 能指向空间任意方向。这类机床的主要特点是摆动机构结构较复杂。一般刚性较差，但其运动 灵活，机床使用操作(如装卡工件)较方便。 2．2．2工作台回转／摆动型 这种结构类型是指2个转动轴都作用于工件上，根据运动的相对性原理，它与由刀具捏动 产生的效果在本质上是一样的。这种结构也是定、动轴结构，只是其动轴紧靠工件。这类机 床的主要特点是其旋转／摇动工作台刚性容易保证、工艺范围较广。而且容易实现。但由于工 件要随工作台在空间摆动，因此这种结构主要适合于中小规格的机床用于加工体积不大的零 件。 2．2．3刀具与工作台回转／摆动型 这种结构类型是指刀具与工件各具有一个摆动运动。这种结构不是定、动轴结构，2个回 转轴在空间的方向都是固定的。对于其2个转动轴的配置情况，这类机床的特点介于上述两类 机床之间。对于5坐标机床，不管是哪种类型，由于它们具有2个回转坐标，相对于静止的工 件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内(受机构结构限制)任意运动，从 而具有保持晟佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，5坐标加工又可以获得比4坐标 加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于大型或直母线类零件的高效高质量加工 以及异型复杂零件的加工。 3数控加工的刀轴控制 多坐标加工与3坐标加工的本质区别在于：在3坐标加工情况