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UG 在葉輪五軸編程（chéng）中的應用

2022-4-21 來源：安慶職（zhí）業技術學院作者：楊坤

葉輪是一（yī）種典型的（de）需要五軸加工的零（líng）件，其特點是結構複雜、精度要求較高及附加（jiā）值（zhí）較高（見圖 1）。目前，葉輪主要采用五軸聯動機床進行加工，因此，利用（yòng） UG 軟件對葉輪（lún）進行五軸編程便具有非常重要的意義。在加工過程中，對輪轂和葉片的表麵粗糙度有較高要求，而對葉片的底（dǐ）部圓角精度要求不高，通常隻需要該圓角與（yǔ）輪轂過渡光滑（huá）即可。因此（cǐ）在加工圓角的選擇上，通（tōng）常選用（yòng）等半徑球頭刀具（φ 6mm）一刀成（chéng）形，而不需要利用小刀具繞（rào）銑加工。

選用車削成形毛坯，如圖 2 所示。根據該葉輪模型（xíng）的結構與技術要求，做出如下工（gōng）藝安排 : 整個加工工藝共分（fèn）為粗（cū）加工、半精加工和精加工3個階段。所用刀具 : ① φ 16mm的圓鼻刀（刀尖半徑1.6mm）和 φ 8mm的圓鼻刀（dāo）（刀尖半徑2mm），用於零件（jiàn）的開粗。② φ 6mm 的球頭刀（錐度 5°），用於半精加工和精加工（gōng）。

1. 葉輪的粗加工

UG8.0 以上版本軟件提（tí）供了專門（mén）加工葉輪的自動（dòng）化工具——葉輪專（zhuān）業加工（gōng）模塊（kuài），該工具大大簡化了葉輪（lún）的（de）五軸編程。但是（shì），利用該（gāi）工具（jù）進（jìn）行葉輪的（de）粗加工需具備兩個條件 : ①所用刀具隻（zhī）能是球頭刀。②機床隻能（néng）為聯動加工。按（àn）照這種要求，葉輪的粗加工效率會大大降低。因此（cǐ），本文采用的方案是使用圓鼻刀（dāo）（φ 8mm）進行 3+2軸的定軸加工，這種方案在實際生產中取得了良好的效果。

由於葉片通常是均布在輪轂上的，為了減輕UG 的計算（suàn）負荷，通常采取的方法是隻生成相鄰葉片之（zhī）間的刀軌，然後利用 “變換” 功能複製出整個葉輪的加工刀（dāo）軌。這樣就將整（zhěng）個毛坯進行（háng）

分割，隻取其中的一部分作為葉輪（lún）粗加工的毛坯（pī）（見圖 3）。

由於分流葉片的存（cún）在（zài），使用定（dìng）軸方式進行粗加工是無法一次完成（chéng）的。這就需要將圖（tú） 3 中（zhōng）的毛坯分為兩個部（bù）分單獨（dú）完成粗加工。首先，將圖（tú） 3中的上（shàng）半部毛坯和左下半部毛（máo）坯先（xiān）進行加（jiā）工（見圖 4a），使用型（xíng）腔銑（xǐ）定軸加工，刀具為 φ 8mm、刀尖半徑為 2mm 的（de）圓鼻刀，留半精加工餘量0.5mm。在該（gāi）工序中有（yǒu）兩處關鍵點 : ①為了修整刀路，必須合理設置檢查體。②刀軸方向建議（yì）設置為 “視圖方向”，必須確（què）保不會（huì）發生過切現象。其次，再加（jiā）工右下（xià）半部分的毛坯（見圖 4b），建議不使用檢查體，改為修剪邊界，以簡化編程。

2. 葉輪（lún）的半精加工和精加工

完成葉輪的（de）粗加工之後，利用 UG 自帶的葉輪專業加工模塊來進行葉輪（lún）的半精加工和精加工的編程（見圖 5）。該模塊提供了輪轂、葉片和圓角的精加工方（fāng）案，使葉輪的編程大為簡（jiǎn）化。在進行工序設定（dìng）之前，需要正確地指定好葉輪的（de）相（xiàng）關（guān）部件（jiàn），包括輪轂（gū）、包覆、葉片、葉（yè）根圓角和分流葉片等。

（1）葉輪的半精加工（gōng）。葉輪（lún）屬於複雜（zá）曲麵（miàn）零件，因此在半精加工中如（rú）何保留均勻的精加工餘量就成為了能（néng）否加工出合格葉輪的關鍵。本文采用的方案是將（jiāng）葉輪表麵（miàn）所在的曲麵（miàn）進行 0.5mm的偏（piān）置（此為精加工（gōng）餘（yú）量），形成一組新的曲（qǔ）麵。再以（yǐ）這組新曲麵為（wéi）基礎生成刀軌，即可達到（dào）精加工餘量均勻的要求（見圖 6）。

（2）葉片（piàn）和分流葉片的半精加工（gōng）。利用葉輪專業加工模塊（kuài）中（zhōng）的 “葉片精加工” 工序進行葉片和分（fèn）流葉片的半精加工編程（見圖 7）。其要點如下 : ①曲麵必須選擇如圖 6 所示的新偏置曲麵，而不能用（yòng）葉輪本身的曲麵進行編程。②根據葉輪的材料特性，通常情況下，半精加工必（bì）須使用（yòng）順銑，以（yǐ）達到（dào）零件表麵粗（cū）糙度的要求。③切削層參數設置中，深度模式必須選擇 “從包覆插補至輪轂”，否則無法達到零（líng）件表麵要求。④刀軸的設定，需要根據葉片曲（qǔ）麵的扭曲程度，在自動、插補矢量和側刃切削葉片 3 種（zhǒng）類型中選擇最為（wéi）合適的刀軸方向，其中插補矢量是最為靈活的方式，幾乎可以用於加工所有類（lèi）型的葉片曲麵（miàn）。

（3）葉根（gēn）圓角（jiǎo）的半精加工。利用（yòng）該（gāi）模（mó）塊中的“圓角精加工” 工序進行葉片和分流葉片圓角的半精加工。其關鍵點（diǎn）在於（yú）要以新偏置曲麵為基礎。葉輪零件的技術要求是圓角一刀成形，但圓角與輪轂必須光滑過渡，因此（cǐ）加工圓角的刀軌必須延伸到輪轂麵上，與（yǔ）隨後加工的輪轂刀軌有一定程度的重疊（見圖 8）。

（4）輪轂的半精加工。加工過程與葉片和圓角的半精加工（gōng）類（lèi）似，采用 “輪轂精加工” 工序來（lái）進行葉輪輪轂麵的半精加工（見圖 9），選擇（zé）的曲麵是（shì）新偏置出的曲麵。需要注意以下幾點 : ①必須合（hé）理（lǐ）確定刀具的光（guāng）順百分比，此參數（shù）直接影（yǐng）響到分流葉片頂部是否會出（chū）現殘留餘量。該參數越大，殘留餘量越多。但是如果設置過小，刀軸（zhóu）變化比較突（tū）兀，會影響零件表麵質量。考察本文用模型，將光順（shùn）百分比設置為 25% 較為合理。②為了輪轂的（de）加工刀軌能夠達到葉（yè）輪的最（zuì）頂部，以及修整刀路的需要，必須合理設置前緣、後緣的相關參數，包括距離、切向延伸（shēn）和（hé）徑向延伸參數。③為了保證輪轂表麵質量，不能有明顯刀痕，必須采用往（wǎng）複切削模式（shì），還要注意與（yǔ）上述圓角刀軌（guǐ）的重疊（dié）距離。在輪轂半精加工的參數設置中（zhōng），還（hái）要重點考慮刀軸方向的設定，優先選用 “插補矢量” 方式，既避（bì）免了過切，又能夠改善刀（dāo）軸的變化幅（fú）度。

（5）葉輪的精加（jiā）工。在完成了葉輪各部分的半精加工之後，其精加工編程就變得很簡單，將半精加工（gōng）的各道工序中的曲麵改成葉輪本身的曲麵即可（見圖 10）。需要注意（yì）的（de）是，精加工的切削參數與半精加工不同，每刀切削深度、步距需要根據零（líng）件的工藝（yì）要（yào）求重新設定。

完成葉輪中相鄰兩（liǎng）個葉片之間的所（suǒ）有（yǒu）加工工序後，利用刀軌的 “變換（huàn）” 功能，將整個葉輪的所用（yòng）刀路複製出來，最終完（wán）成整個葉輪的編程。

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