基于UG NX12.0的葉輪四軸加工工藝研究

佛新崗

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

隨著我國數(shù)控加工業(yè)不斷發(fā)展，加工要求也不斷提高。三軸數(shù)控加工在滿足產(chǎn)品形狀復(fù)雜度、形位高精度和加工周期短等要求方面，存在很多不足。而多軸數(shù)控加工中心[1-2]恰恰可以彌補(bǔ)這些不足，一次裝夾可完成多個(gè)面的加工，簡化對刀、裝夾過程，減少由此產(chǎn)生的誤差，提高加工效率?？梢约庸とS加工中心無法完成的復(fù)雜形狀的曲面。

某航空企業(yè)在生產(chǎn)過程中，接到了一份小批量的葉輪生產(chǎn)訂單。提到葉輪加工，自然會(huì)想到葉輪的形狀比較復(fù)雜，葉片與葉片之間一般會(huì)有加工干涉，由于其零件形狀的特殊性，所以一般情況下都會(huì)采用五軸數(shù)控加工中心加工，但是鑒于該企業(yè)目前只有四軸立式加工中心，若外包加工，則必然加大生產(chǎn)成本。在分析了零件圖紙之后，葉輪葉片扭曲不是很大，綜合考慮之后決定采用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加工。

1 制訂加工策略

1.1 加工工藝方案設(shè)計(jì)

零件材料為A2618，尺寸為Φ130 mm×80 mm。零件長度、直徑尺寸已經(jīng)精加工到位，無須再加工。零件選用四軸立式加工中心，自定心卡盤裝夾，遵循先粗后精加工原則：粗加工?半精加工?精加工?清根。零件加工程序單如表1所示。

1.2 生成加工刀路

以UG NX12.0軟件為平臺(tái)，采用mill_contour和mill_multi-axis模塊[3-4]功能完成葉輪加工的刀軌設(shè)計(jì)，具體刀軌策略如表2所示，生成的刀軌如圖1～圖8所示。

2 后處理開發(fā)

在利用UG軟件創(chuàng)建操作，并生成刀具加工軌跡后，需要根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)信息等，把這些包含刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)的軌跡轉(zhuǎn)變成機(jī)床可以執(zhí)行的代碼，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程叫后處理[5-6]。同一臺(tái)機(jī)床可能有多個(gè)不同的后處理，但是不同的編程員用不同的操作、不同的后處理，卻能完成同一個(gè)零件的加工。針對不同形式的加工編程，需要和后處理協(xié)同工作，才能得到想要的結(jié)果，因此后處理是一定要和加工操作相適應(yīng)。

表1 零件加工程序單

表2 刀軌策略

圖1 毛坯開粗刀軌

圖2 葉槽開粗刀軌

圖3 葉片半精加工刀軌

圖4 輪轂半精加工刀軌

圖5 葉片半精加工刀軌

圖6 輪轂精加工刀軌

圖7 包覆面精加工刀軌

圖8 清根刀軌

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要指的是搜集和產(chǎn)品加工相關(guān)的資料，譬如：機(jī)床原點(diǎn)、編程原點(diǎn)、機(jī)床行程、數(shù)控系統(tǒng)(FANUC-0i)等數(shù)據(jù)。

2.2 定制后處理

(1)設(shè)置后處理名稱為4AXIS，單位為mm，機(jī)床類型為4軸帶轉(zhuǎn)臺(tái)，如圖9所示。

圖9 設(shè)置機(jī)床類型

(2)機(jī)床行程設(shè)置：X600，Y400，Z450；XYZ軸最大切削速度：3 000，如圖10所示。

圖10 一般設(shè)置

(3)第4軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)平面為YZ(A軸)，最大進(jìn)給率為3 600(°)/min，軸限制為±99 999(°)，如圖11所示。

圖11 第4軸設(shè)置

(4)在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇G代碼，設(shè)置公制代碼為G21。后處理單位如圖12所示。

(5)在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇程序，設(shè)置程序初始化指令起始序列如圖13所示，設(shè)置工序起始序列如圖14所示，設(shè)置工序結(jié)束序列如圖15所示，設(shè)置程序結(jié)束序列如圖16所示。

圖12 程序單位設(shè)置

圖13 程序初始化設(shè)置

圖14 工序初始化設(shè)置

圖15 工序結(jié)束設(shè)置

圖16 程序結(jié)束設(shè)置

(6)保存退出。在保存目錄下會(huì)生成 3 個(gè)文件，分別是:4AXIS. def 、4AXIS. tcl、4AXIS. pui，其中. def為定義NC輸出格式，. pui 為下次再次編輯文件，. tcl 為處理事件生成器發(fā)送過來的事件，并提供處理方式。

(7)集成后處理[7]。在后處理的安裝目下打開后處理配置文件template_post，添加以上生成的后處理文件，如圖17所示。

圖17 集成后處理

3 產(chǎn)品加工

3.1 仿真加工

在真實(shí)加工之前，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)提供的可視化模擬加工環(huán)境，對刀具路徑和材料切除過程等產(chǎn)品加工的本質(zhì)過程進(jìn)行虛擬加工，將仿真過程中反映出來的問題直觀明了的顯示出來，并在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行修改或變更，從而預(yù)防真實(shí)加工過程中的不良狀況，確保加工方法和加工工藝的合理性。數(shù)控加工仿真是提高復(fù)雜曲面數(shù)控編程效率并保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施[8]。這些仿真軟件可在計(jì)算機(jī)上逼真動(dòng)態(tài)的顯示加工過程中機(jī)床、刀具的相對運(yùn)動(dòng)和工件材料的去除過程，并進(jìn)行過切/欠切、機(jī)床與夾具、刀具的碰撞過程檢驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)零件的快速模擬制造加工，為實(shí)際生產(chǎn)提供安全保障。

首先利用前期開發(fā)的后處理文件生成葉輪加工G代碼程序，部分如圖18所示。利用全球領(lǐng)先的數(shù)控加工程序驗(yàn)證、機(jī)床模擬、工藝程序優(yōu)化，專業(yè)的數(shù)控加工仿真軟件VERTICUT[9-10]完成葉輪的仿真加工，結(jié)果如圖19所示，仿真過程沒有出現(xiàn)干涉、碰撞等問題。

圖18 部分加工程序

3.2 實(shí)體加工

在利用UG軟件完成葉輪的刀路規(guī)劃以及采用前期開發(fā)的專用后處理器生成NC程序仿真無誤后。為了驗(yàn)證該方法的高精度和高效性，利用AVL650e四軸立式加工中心(見圖20)對葉輪進(jìn)行了實(shí)體加工驗(yàn)證，結(jié)果如圖21所示，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)加工指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

圖19 仿真加工

圖20 AVL650e四軸立式加工中心

圖21 成品實(shí)物圖

4 結(jié) 語

葉輪因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的三軸加工已經(jīng)無法完成，需要在多軸加工中心上完成。以葉輪加工為例，在 UG NX12.0軟件中進(jìn)行刀路設(shè)計(jì)，設(shè)置加工各項(xiàng)參數(shù)，生成刀具軌跡，并利用UG/Post Builder后置處理構(gòu)造器模塊構(gòu)建完成立式四軸加工中心后置處理程序，生成NC數(shù)控加工程序，并利用VERICUT進(jìn)行仿真加工，驗(yàn)證了后置處理的正確性。實(shí)踐證明：該方法構(gòu)建的后置處理程序完全滿足該四軸立式加工中心的加工要求，為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本，適合進(jìn)一步推廣應(yīng)用。