基于UG的整體葉輪加工仿真技術研究

張文俊 曾強 官莉娟

摘 要：在對整體葉輪的工藝分析的基礎上，通過UG軟件對整體葉輪進行虛擬加工仿真，實現加工參數優化，并獲得可靠的加工程序。

關鍵詞：整體葉輪；UG；虛擬加工仿真

引言

整體葉輪外形比較復雜，設計和制造加工都是一個難點。文章首先對整體葉輪進行加工工藝分析，再結合五軸數控加工技術，編寫出加工工藝，再利用CAM技術生成刀具軌跡。

1 葉輪加工工藝分析

葉輪形狀比較復雜，葉片的扭曲程度比較大，常常在高速狀態下運轉，加工時容易發生干涉現象。葉輪的性能很大程度上受到加工質量的影響。考慮到整體葉輪的實際工作情況，要求具備良好的動力學性能，所以葉片大都采用了大扭角、根部變圓角等結構，但銑削加工這種結構比較困難。并且葉片曲面制造質量要求高，葉輪葉片又比較薄，制造中會出現大量的工藝問題，因此要制造出與設計要求相符的葉輪，不僅要有良好的制造方法，還要有良好的工藝作保證[1]。

1.1 葉輪的加工難點

為了讓葉輪的動力性能滿足要求，葉輪葉片往往扭曲程度較大，根部采用導圓角等結構，這些結構設計給葉輪的加工提出了更高的要求，葉輪加工難點如下：

（1）葉輪槽道較窄，但葉片相對較長，相對剛度較低，加工過程中容易發生變形現象，導致加工難度增大。

（2）葉輪曲面為自由曲面、流道較窄、葉片扭曲程度比較大，加工難度較高，加工表面的整體一致性也難以保證。

因此，為了加工出滿足實際需求的葉輪，必須綜合考慮具體的使用環境，葉輪葉片較長且薄、扭曲程度大等特點，制定出一套完整并且合理的加工方案。

1.2 葉輪加工工藝規劃

流道和葉片的加工工藝是葉輪加工工藝的主要內容。葉片及流道的加工方法多種多樣，但其工藝路線一般都是工序比較緊湊集中的，這樣不僅可以提高加工精度，還能縮短工藝路線和加工時間。

1.3 葉輪加工的階段劃分

在本次加工的葉輪中，主要是加工流道、葉片兩部分。此外，葉片與葉片間的大量材料需要去除，并且各表面的加工要求不盡相同，因此在制定工序時，要遵循先粗后精、先主后次和分面加工的工藝原則[2]。根據上述加工工藝原則，將葉輪的加工過程分為兩個階段：粗加工和精加工。

1.4 葉輪加工刀具的選擇

此次采用硬質合金刀具進行加工。

1.5 葉輪加工中切削參數和冷卻方法的選擇

本次加工選擇00Cr18Ni14Mo2Cu2不銹鋼作為材料，采用順銑法加工，冷卻法采用噴霧法。硬質合金銑削不銹鋼時，一般取Vc=70m/min～150m/min，Vf=37.5mm/min～150mm/min[3]。

1.6 葉輪的加工路線

經過上述分析，擬采用的葉輪加工路線如下：（1）葉輪流道加工；（2）葉輪葉片粗加工；（3）葉輪葉片精加工。

2 葉輪的CAM編程

2.1 葉輪加工方案的制定

（1）根據前文所述的工藝設計方案，現制定葉輪的加工程序如表1所示：

表1 葉輪加工程序列表

（2）加工使用的刀具如表2所示：

（3）葉輪加工工藝方案如表3所示：

表3

2.2 創建零件加工方法

（1）葉輪的流道加工：葉輪的流道加工選取的加工方法是可變流線銑，其加工主菜單如圖1所示，在驅動方法下拉菜單中選擇“流線”方式。把刀具軸矢量選擇為“朝向點”。

圖1 流道加工刀軌軌跡

（2）葉片加工：采用變軸加工，驅動方法采用“曲面”方式，而刀具軸矢量選擇“朝向點”。

2.3 UG環境下CAM實現

2.3.1 加工刀具軌跡和刀軌可視化仿真

反復修改主菜單中的各個參數，使生成的刀軌均勻、整齊。葉輪流道加工刀軌可視化仿真如圖2所示。

2.3.2 生成刀具軌跡文件

葉輪的每一加工步驟完成后都會生成刀具軌跡文件，在后置處理中，就是應用這些文件來生成機床能夠識別的NC代碼[5]。葉輪流道加工生成的部分刀軌文件如下所示。

TOOL PATH/VARIABLE_STREAMLINE，TOOL，D6

TLDATA/MILL，6.0000，3.0000，75.0000，0.0000，0.0000

MSYS

0.0000，0.0000，100.0000，1.0000000，0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，

……

PAINT/SPEED，10

PAINT/TOOL，NOMORE

END-OF-PATH

3 結束語

文章研究了葉輪的加工工藝，擬定出了葉輪加工的工藝規劃，包括加工刀具的選擇、工藝階段的劃分以及切削參數和冷卻方法的選擇等。并且在基于UG/CAM平臺上，進行了編程，得到了刀位軌跡文件。

參考文獻

[1]呂程輝.整體葉輪的五軸高速銑削加工工藝優化[D].同濟大學，2007.

[2]陳洪濤.數控加工技術與編程[M].高等教育出版社，2003.

[3]鄭文虎.難切削材料加工技術[M].國防工業出版社，2008.

[4]展迪優.UG NX8.0數控加工教程[K].北京：機械工業出版社，2011，12：203-205.

[5]曾強.葉輪類零件的五軸聯動數控加工與仿真[D].西南交通大學，2009.

作者簡介：張文俊（1991，6-），男，籍貫：四川省樂山市，學歷：大學本科，研究方向：CAD/CAM，數控加工及仿真。