基于UG CAM的發(fā)動機葉片數(shù)控加工編程的研究

劉婧 石皋蓮 崔勇

摘要：以某型發(fā)動機葉片為研究對象，對該零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工工藝分析，制定合理的加工工藝卡，利用UG NX軟件的CAM功能實現(xiàn)了該零件的數(shù)控編程和仿真加工，通過虛擬加工過程仿真檢查刀具與工件間的過切和欠切，刀具、零件之間的干涉現(xiàn)象，得到了正確的刀路軌跡以及用于加工的數(shù)控NC程序和后處理文檔。提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，并為此類零件數(shù)控程序的編制提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：葉片;UG CAM;多軸加工

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0250-02

發(fā)動機葉片由于用途不同、所處的環(huán)境不同導(dǎo)致其大小不同，但是所有的葉片都很薄，加工時容易變形。為了保證葉片能在極端環(huán)境下穩(wěn)定長時間工作，其生產(chǎn)往往采用鍛造后再數(shù)控銑進(jìn)行精加工。數(shù)控銑采用多軸聯(lián)動銑削，裝夾簡單方便并且加工后的變形很小。

UG NX軟件的CAM模塊可以在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實體模型全相關(guān)，用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進(jìn)行修改。該模塊修改靈活，能夠有效地解決復(fù)雜零件數(shù)控加工手動編程效率低、可靠性差等問題。圖1所示是利用UG NX軟件進(jìn)行CAM編程的一般步驟。

本文以某型發(fā)動機葉片為例，詳細(xì)介紹了利用UG NX軟件進(jìn)行數(shù)控編程和仿真加工的具體過程，具有一定的參考價值。

1 零件UG CAM編程

1.1 加工工藝分析

該零件的加工內(nèi)容主要包括葉片頂面、側(cè)面，葉根面和底座，粗糙度要求Ra3.2。零件毛坯為航空鋁材，毛坯采用鍛造成形，底座側(cè)面已經(jīng)加工到位，其他面留有2mm余量。采用平口鉗將零件毛坯裝夾在立式五軸聯(lián)動機床上，將UG NX CAM編程的程序?qū)牒髮崿F(xiàn)零件的加工。

首先對零件進(jìn)行幾何分析得到最小內(nèi)凹圓弧半徑為R3（加工該圓角面時刀具參考半徑不得大于3mm）。

通過分析零件的幾何特征，制定合理的加工工藝方案，確定合適的工藝參數(shù)，根據(jù)由粗到精的加工原則制定如表1所示的加工工藝表。使用不同型號的銑刀加工該零件至滿足圖紙要求。該葉片高度較高且有內(nèi)凹面，且較薄，故采用五軸加工可變輪廓銑銑削以減少刀具干涉導(dǎo)致過切與變形。

1.2 編制加工程序

首先設(shè)置加工環(huán)境。根據(jù)工藝分析結(jié)果，進(jìn)入UG軟件加工模塊，對CAM加工環(huán)境進(jìn)行選擇。該零件主要利用UG CAM中的可變輪廓銑功能完成零件的數(shù)控加工編程，因此在【加工環(huán)境】對話框中選擇相對應(yīng)的配置【cam general】和設(shè)置【mill-multi-axis】。

創(chuàng)建父節(jié)點組。創(chuàng)建父節(jié)點組是數(shù)控加工編程過程中非常重要的環(huán)節(jié)，在父節(jié)點組所做的設(shè)置可以自動繼承到子節(jié)點中。在編程之前，需要設(shè)置工件坐標(biāo)系、加工坐標(biāo)系、安全平面等。選擇【幾何視圖】進(jìn)入【MCS】界面，依次設(shè)定加工坐標(biāo)系、安全平面等。

設(shè)置幾何體。雙擊MCS下拉菜單中的WORKPIECE彈出【銑削幾何體】對話框，單擊指定毛坯后的圖標(biāo)，彈出【毛坯幾何體】對話框，選擇預(yù)先在建模模塊創(chuàng)建好的毛坯，完成銑削幾何體的設(shè)置。

創(chuàng)建刀具。選擇【機床視圖】單擊【創(chuàng)建刀具】圖標(biāo)，在“子類型”區(qū)域中選擇“mill” 圖標(biāo)，創(chuàng)建加工中需要用到的三把刀具。

創(chuàng)建工序。（1）創(chuàng)建葉片側(cè)面粗加工程序。單擊“創(chuàng)建工序”，在類型中選擇【mill-multi-axis】，工序子類型中選擇“可變輪廓銑”， 在位置程序中選擇“PROGRAM”，刀具選擇“D10R5銑刀”，幾何體選擇“WORKPIECE”，方法選擇“MILL ROUGH”， 名稱輸入“VARIABLE_CONTOUR”單擊“確定”彈出“可變輪廓銑”對話框。因為加工葉片側(cè)面時刀具容易與葉根圓角和底座上表面發(fā)生干涉導(dǎo)致過切，所以需要指定檢查幾何體，單擊【指定檢查】選擇葉根圓角面和底座上表面為檢查面，同時修改【切削參數(shù)】設(shè)置中的【安全設(shè)置】的退刀檢查安全距離為0.01mm?！掘?qū)動方法】選擇“曲面”指定葉片側(cè)面為驅(qū)動幾何體，【切削模式】選擇“螺旋”，【步距】選擇“數(shù)量”，【步距數(shù)】指定“50”，單擊“確定”。【投影矢量】選擇“刀軸”，【刀軸】選擇“相對于驅(qū)動體”指定“前傾角10”“側(cè)傾角45”，按照表1中設(shè)置進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速，單擊“生成”，得到葉片側(cè)面粗加工刀路如圖2所示。如果提示無法進(jìn)刀或者生成的刀路錯亂，則需要查看是否“材料側(cè)”錯誤或者走刀方向選擇與側(cè)傾角配合導(dǎo)致過切。如果“材料側(cè)”錯誤導(dǎo)致過切，則單擊【材料反向】箭頭確保箭頭指向零件外部更改。如果走刀方向選擇與側(cè)傾角配合導(dǎo)致過切則將“側(cè)傾角”數(shù)值改為其相反數(shù)或者將【切削方向】選擇為之前的相反方向更改。因為“相對于驅(qū)動體”允許用戶定義一個向前、向后、向左或向右傾斜的“可變刀軸”。其中“前傾角”定義了刀具沿“刀軌”前傾或后傾的角度。正的“前傾角”的角度值表示刀具相對于“刀軌”方向向前傾斜?！皞?cè)傾角”定義了刀具沿“刀軌”左傾或右傾的角度。正值將使刀具向右傾斜（按照您所觀察的切削方向），負(fù)值將使刀具向左傾斜。

（2）創(chuàng)建葉片側(cè)面精加工程序。復(fù)制葉片側(cè)面粗加工工序，粘貼后更改以下參數(shù)：【步距數(shù)】改為“300”，【刀具】改為“D5R2.5銑刀”，勾選“相對驅(qū)動體”選項下的“應(yīng)用光順”（光順功能可消除或減少刀軌中的銳刺和滑移，同時還可保持精加工公差），【方法】改為“MILL FINISH”，修改對應(yīng)的進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速，生成葉片側(cè)面精加工刀路。

（3）創(chuàng)建葉根圓角精加工程序。單擊“創(chuàng)建工序”，工序子類型中選擇“可變輪廓銑”，刀具選擇“D4R2銑刀”，方法選擇“MILL FINISH”， 名稱輸入“VARIABLE_CONTOUR-1”單擊“確定”彈出“可變輪廓銑”對話框。單擊【指定檢查】選擇葉片側(cè)面和底座上表面（容易發(fā)生干涉的面）為檢查面，同時修改【切削參數(shù)】設(shè)置中的【安全設(shè)置】為0.01mm。【驅(qū)動方法】選擇“曲面”指定葉根圓角面為驅(qū)動幾何體，【切削模式】選擇“螺旋”，【步距】選擇“數(shù)量”，【步距數(shù)】指定“8”，單擊“確定”?！就队笆噶俊窟x擇“刀軸”，【刀軸】選擇“相對于驅(qū)動體”指定“前傾角10”“側(cè)傾角45”，勾選“應(yīng)用光順”，按照表1中設(shè)置進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速，單擊“生成”，得到葉根圓角精加工刀路如圖3所示。

（4）創(chuàng)建葉片底座上表面精加工程序。單擊“創(chuàng)建工序”，工序子類型中選擇“可變輪廓銑”，名稱輸入“VARIABLE_CONTOUR-2”。單擊【指定部件】選擇葉片底座上表面，單擊【指定檢查】選擇葉片側(cè)面和葉根圓角面為檢查面，同時修改【切削參數(shù)】設(shè)置中的【安全設(shè)置】的為0.01mm?！掘?qū)動方法】選擇“邊界”，選擇“曲線/邊”模式指定【驅(qū)動幾何體】，打開創(chuàng)建邊界對話框，【類型】選擇“封閉的”，【刨】選擇“自動”，【材料側(cè)】選擇“外部”，【刀具位置】選擇“相切”，單擊“成鏈”選擇葉片底座上表面外邊緣輪廓線，單擊“創(chuàng)建下一個邊界”將【材料側(cè)】更改為 “內(nèi)部”，單擊“成鏈”選擇葉根圓角面下邊緣輪廓線，完成驅(qū)動幾何體的設(shè)置，【驅(qū)動設(shè)置】中【切削模式】選擇“跟隨周邊”，【步距】選擇“殘余高度”并將“最大殘余高度”改為“0.03”完成驅(qū)動方法設(shè)置。【投影矢量】選擇“指定矢量”選擇“-ZC”，【刀軸】選擇“遠(yuǎn)離點”（遠(yuǎn)離點允許擁護(hù)定義偏離焦點的“可變刀軸”，指定該點后，走刀過程中刀軸矢量方向的反向指向該點），選擇葉片中軸線位于葉片底座下方的一點（0，0，-50），按照表1中設(shè)置進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速，單擊“生成”，得到葉片底座上表面精加工刀路如圖4所示。若刀軌出現(xiàn)跳刀現(xiàn)象，可適當(dāng)調(diào)整驅(qū)動參數(shù)以達(dá)到理想效果。

1.3 加工仿真

在UG/CAM 數(shù)控編程技術(shù)中，加工仿真通過虛擬加工過程仿真檢查刀具與工件間的過切和欠切，刀具、零件之間的干涉現(xiàn)象，得到正確的刀路軌跡。操作簡單，成本低廉。

1.4 后置處理

后置處理是數(shù)控加工中的一個重要環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是把CAM軟件生成的加工程序文件轉(zhuǎn)換成特定機床可接受的數(shù)控代碼文件。將該文檔導(dǎo)入機床即可進(jìn)行葉片的加工。

2 總結(jié)

本文利用UG NX軟件中的CAM模塊，對發(fā)動機葉片進(jìn)行數(shù)控加工編程與仿真，分析零件結(jié)構(gòu)特征及加工工藝方案，合理選擇相應(yīng)的機床和刀具，自動生成了滿足車間加工的數(shù)控加工程序和后處理文檔。通過刀路軌跡和實體模擬仿真，檢查刀具與零件之間可能發(fā)生干涉碰撞、過切欠切，及時修改優(yōu)化加工程序，確保了實際加工過程中數(shù)控程序的正確性和可靠性。

通過試驗件的檢測分析，發(fā)現(xiàn)該方法具有一定的合理性和準(zhǔn)確性，能夠有效提高零件的加工效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏強. UG NX 數(shù)控銑加工編程的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J]. 信息系統(tǒng)工程，2010，（8）：86.

[2] 安杰，鄒昱章. UG后處理技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3] 石炳坤，賈曉亮，白雪濤，等.復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化技術(shù)研究[J]. 航空精密制造技術(shù)，2014（1）： 46-48.

[4] 廉松松. 基于UG的數(shù)控編程及加工過程仿真[J]. 工程技術(shù)，2017（1）：291.

[5] 尹玉鵬，王虎奇，袁愛霞， 等. 葉片數(shù)控加工后置處理及仿真技術(shù)的研究[J]. 機械設(shè)計與制造，2017（5）：141-144.

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