基于UG編程葉輪加工提高型面質(zhì)量方法探究

桑運(yùn)曉，韓文強(qiáng)，宋洪亮（山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，山東青島　266590）

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基于UG編程葉輪加工提高型面質(zhì)量方法探究

桑運(yùn)曉，韓文強(qiáng)，宋洪亮
（山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，山東青島266590）

摘要：文章針對(duì)目前使用UG8.5軟件中的mill_multi_blade模塊進(jìn)行整體式葉輪的編程加工存在的影響型面質(zhì)量的問題，及不合理的編程方法，提出改善方法與工件裝夾、質(zhì)檢的注意事項(xiàng)，借助軟件進(jìn)行仿真加工較好地保證了葉輪表面質(zhì)量又提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)利用軟件指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。

關(guān)鍵詞：UG；整體葉輪；型面質(zhì)量；仿真加工

葉輪是典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于葉輪加工通道狹窄，葉片的扭曲度大，加工過程易碰刀，存在干涉問題，故加工難度較大。采用UG-CAM與多軸加工機(jī)床進(jìn)行組合加工可保證表面較高的光潔度，文章UG8.5的葉輪加工模塊（mill_multi_blade）進(jìn)行葉輪加工可以有效縮短時(shí)間，提高加工效率，并且通過操作一系列指令選項(xiàng)卡來生成程序，解決手工編程困難的苦惱。

1　葉輪編程操作過程分析

（1）零件工藝分析。通過對(duì)葉輪輪廓進(jìn)行分析，首先確定零件毛坯尺寸，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)制定加工工序。本例為分流葉輪，加工方案是創(chuàng)建一組葉片或輪轂加工操作再進(jìn)行繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)復(fù)制出剩余葉輪與葉轂加工程序。其加工工序一般分為型腔銑與葉片開粗加工；葉片與分流道的精加工；葉轂加工；清角加工。工序劃分好后進(jìn)入U(xiǎn)G編程加工環(huán)節(jié)，組織產(chǎn)品生產(chǎn)。

（2）創(chuàng)建操作前的準(zhǔn)備工作。在UG建模模塊中創(chuàng)建好實(shí)體后，進(jìn)入加工壞境。合理設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)系與安全距離，它是后續(xù)加工的基礎(chǔ)。設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)系就是設(shè)置工件坐標(biāo)零點(diǎn)，是保證工件加工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本例只講解葉輪型面加工，所得毛坯是車削加工后的合格零件。機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)通常設(shè)置為葉輪小端面中心；在坐標(biāo)原點(diǎn)Z軸正上方一定距離指定一平面作為安全平面，設(shè)定安全距離是用來避免發(fā)生碰刀，造成工件報(bào)廢。

程序創(chuàng)建要根據(jù)加工工序確定，通常一道工序建立一個(gè)程序，這樣便于以后處理時(shí)生成G代碼指令程序不混亂，能夠有序的組織車間生產(chǎn)，也可按各部件粗精加工創(chuàng)建程序個(gè)數(shù)。創(chuàng)建刀具需要保證刀具不會(huì)對(duì)零件造成過切，刀具直徑應(yīng)小于葉輪中兩葉片的最小距離；并選取合理長度的帶有錐度的球頭刀，同時(shí)在加工葉輪時(shí)刀具的夾具可能與葉片發(fā)生碰撞；對(duì)于用球頭刀加工圓角時(shí)，刀具半徑不能大于圓角半徑，避免造成圓角過切；因此刀具創(chuàng)建好后通過鼠標(biāo)拖動(dòng)刀具到可能發(fā)生故障的地方進(jìn)行查看是否有過切、碰刀、夾具與零件碰撞等現(xiàn)象，從而保證在后續(xù)加工中不會(huì)出現(xiàn)問題。

（3）葉輪頂面部分多余材料的銑削。葉輪頂部加工時(shí)可選用牛鼻刀，這樣能提高加工效率。由于葉片部分為曲面，3軸開粗無法加工到位；可利用型腔銑的切削層進(jìn)行葉片頂端的開粗，但生成程序時(shí)往往會(huì)在葉片包裹位置產(chǎn)生跳刀，并且刀路軌跡不相連，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是毛坯與幾何體的大小剛好一致；其優(yōu)化方法是采用先粗后精的方法，設(shè)置一定的毛坯余量，生成粗加工程序后進(jìn)行精銑，優(yōu)化后葉輪頂面部分加工刀路如圖1所示。

（4）輪轂精加工的驅(qū)動(dòng)方法。在輪轂的精加工中驅(qū)動(dòng)方法至關(guān)重要，要合理選擇輪轂的切向延伸與徑向延伸，它會(huì)影響零件的光順。當(dāng)將其“前緣”中的切向延伸與徑向延伸設(shè)置為零與分別只設(shè)置一定切向延伸值或徑向延伸值時(shí)的圖像如圖2所示，編程時(shí)應(yīng)采用切向延伸與徑向延伸相結(jié)合組織來加工。

圖2　輪轂前緣延伸情況圖

輪轂精加工驅(qū)動(dòng)方法選項(xiàng)卡中的前緣“葉片邊緣點(diǎn)”選擇“沿部件軸”距離都設(shè)置為0時(shí)，在葉輪后緣處的道路軌跡會(huì)有一定長度的刀具滾動(dòng)效果，這種現(xiàn)象不理想的；可以將其中的距離設(shè)置為一定值，比如5，它的作用是將刀路軌跡進(jìn)行縮短來改善效果，優(yōu)化前后的圖像如圖3所示。

圖3　刀具滾動(dòng)優(yōu)化

在輪轂加工流程中，切削參數(shù)與刀軸控制極其重要。在創(chuàng)建輪轂精加工的命令中，可進(jìn)行光順、最大刀軸更改、最大葉片滾動(dòng)角度等切削參數(shù)設(shè)置；合理設(shè)置能夠提高輪轂面光潔度。光順可通過拖動(dòng)把手調(diào)節(jié)前緣過渡情況，刀軸光順值要合理設(shè)置，并非越大越好。當(dāng)該值過高時(shí)，UG可能找不到無過切的刀具方位，并且會(huì)修剪切削運(yùn)動(dòng)；最大刀軸更改表示在比較陡峭的位置每一次移刀允許最大刀軸更改角度；最大葉片滾動(dòng)角度允許刀軸貼向葉片的一個(gè)角度。輪轂的精加工中后緣的延長量要小于前緣。因?yàn)榍熬墳榱私禹樀雀呔庸ぃ娱L幅度要大一些；而后緣本身就在外輪廓上，不需要延長太多。同時(shí)“切削模式”應(yīng)設(shè)置為“往復(fù)上升”，否則會(huì)產(chǎn)生較多的跳刀，加工完成后進(jìn)行繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)生成其它軌跡即可。

（5）葉片的精加工。在加工葉片時(shí)，設(shè)置合理的切削層與切削參數(shù)保障葉片面的光潔度。采用“左右側(cè)+前緣”的加工方式，若想將后緣一并進(jìn)行加工，需要采用“所有面”的方式進(jìn)行加工，在該模式下的默認(rèn)參數(shù)設(shè)置情況會(huì)產(chǎn)生跳刀，并且加工效果不夠理想；應(yīng)將切削模式設(shè)置為“螺旋”進(jìn)行優(yōu)化處理這樣就可以取消之前的跳刀了，如圖4所示。

圖4　葉片所有面加工的優(yōu)化

“切削層”中的切削方法分別為“輪轂偏置”與“包裹插補(bǔ)”。“輪轂偏置”雖然每一層都產(chǎn)生了跳刀，但它的計(jì)算方式是按照底面輪轂層層偏置得到的，其切刀量是均勻的，從而加工效率最高，“包裹插補(bǔ)”的特點(diǎn)是生成的軌跡前緣處稀疏，后緣處密集，雖然效果有所降低，但軌跡一致性較好，操作時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇方法即可。

（6）葉輪清角加工。圓角加工通常采用大刀具粗加工，小刀具精加工的方法。葉輪的清角加工面為左右側(cè)+前緣，后緣沿葉片方向進(jìn)行必要的切向延長；在第一次清角接順時(shí)，安全起見會(huì)留有0.15的余量，這樣不至于刀具磨損而切深工件。清角加工最常用的且好用的方法是“參考刀具”，原因是：①它不需要人工計(jì)算刀路數(shù)；②清角的范圍準(zhǔn)確；③重疊軌跡方便等。

2　工件裝夾與檢測

（1）工件裝夾。對(duì)葉輪型面進(jìn)行加工，葉輪毛坯為中心有通孔的回轉(zhuǎn)體工件，以毛坯底面作為參考基準(zhǔn)，裝夾時(shí)要確保基準(zhǔn)面擦拭干凈，無毛刺等缺陷，避免對(duì)后續(xù)加工造成影響。其裝夾示意圖如圖5所示，用螺栓防止其軸向運(yùn)動(dòng)，在毛坯底面開銷孔或毛坯內(nèi)孔開鍵槽進(jìn)行周向固定。注意葉輪頂部的圓柱面不要在車削加工時(shí)加工到位，應(yīng)留有一定的余量，加工深度要在葉片前緣圓角之上。裝夾好后要進(jìn)行毛坯頂面平面度檢測與頂部圓柱凸臺(tái)的圓柱度檢測，從而確保工作臺(tái)不平造成工件傾斜。零件裝夾好后，可將主軸定位到坐標(biāo)零點(diǎn)Z軸正半軸，與工件保持一定安全距離處，將百分表底座固定在主軸上，百分表表頭接觸毛坯上頂面，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸測量小端面的數(shù)值判斷平面度是否符合要求；并用百分表檢測毛坯頂部的圓柱度確定工件回轉(zhuǎn)中心是否找正來確定工件裝夾是否準(zhǔn)確。若毛坯頂端平面與回轉(zhuǎn)中心為找正，可用銅棒輕敲工件上表面或底部側(cè)壁進(jìn)行調(diào)整。

圖5　葉輪毛坯的裝夾

（2）葉輪的三坐標(biāo)檢測。整體式葉輪通常采用輪轂與分度裝置配合裝夾，此方式為間隙配合會(huì)存在輪轂中心軸與分度中心軸不重合的現(xiàn)象，因此有一定的裝夾誤差。在進(jìn)行葉輪CMM檢測時(shí)可采用統(tǒng)一坐標(biāo)系測量法與分次獨(dú)立坐標(biāo)系測量法。統(tǒng)一坐標(biāo)系測量法在測量第一個(gè)葉片時(shí)建立固定坐標(biāo)系，后檢測其它葉片，該方法存在裝夾誤差需要進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理；分次獨(dú)立坐標(biāo)系測量法在測量各葉片時(shí)需要獨(dú)立建立工件測量坐標(biāo)系，因各葉片測量數(shù)據(jù)是在新坐標(biāo)系下測得的，不存在旋轉(zhuǎn)分度誤差與裝夾誤差，但這種方法復(fù)雜費(fèi)時(shí)不適應(yīng)大批零件的檢測。

3　結(jié)語

整體式葉輪的加工要合理劃分加工工序，選用加工機(jī)床、刀具與夾具要以提高葉輪的型面質(zhì)量為依據(jù)；同時(shí)，注意軟件編程技巧與仿真分析，不斷優(yōu)化刀路軌跡，在保證加工質(zhì)量的情況下使加工效率得到明顯提高。

參考文獻(xiàn)

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Research on the Method of Improving the Surface quality of the Impellerbased on UG Programming

SANG Yun-xiao，HAN Wen-qiang，SONG Hong-liang
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China）

Abstract:The currently used UG8.5 software mill multi blade module has problems in programming machining of integral impeller，this paper puts forward measures to improve the situation.With the help of software process simulation，the surface quality of the impeller is ensured and production efficiency is improved，promoting the production process with the guide of software.

Key words:UG；Integral impeller；Surface quality；Simulation processing

中圖分類號(hào)：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0046-02

收稿日期：2016-04-20

作者簡介：桑運(yùn)曉（1990-），男，山東泰安人，碩士研究生，主要從事現(xiàn)代加工方法與數(shù)控技術(shù)的研究。