淺談基于UG CAM的發(fā)動機葉片數(shù)控加工編程

趙宏家　高靜　馬海明

摘要：以某型發(fā)動機葉片為研究對象，對該零件進行結構加工工藝分析，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。

關鍵詞：葉片;UG CAM;多軸加工

發(fā)動機葉片由于用途不同、所處的環(huán)境不同導致其大小不同，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，其生產往往采用鍛造后再數(shù)控銑進行精加工。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。

1 零件UG CAM編程

1.1 加工工藝分析

該零件的加工內容主要包括葉片頂面、側面，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，底座側面已經加工到位，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編程的程序導入后實現(xiàn)零件的加工。

首先對零件進行幾何分析得到最小內凹圓弧半徑為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致過切與變形。

1.2 編制加工程序

首先設置加工環(huán)境。根據(jù)工藝分析結果，進入UG軟件加工模塊，對CAM加工環(huán)境進行選擇。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的配置【cam general】和設置【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)點組所做的設置可以自動繼承到子節(jié)點中。在編程之前，需要設置工件坐標系、加工坐標系、安全平面等。選擇【幾何視圖】進入【MCS】界面，依次設定加工坐標系、安全平面等。

設置幾何體。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，彈出【毛坯幾何體】對話框，選擇預先在建模模塊創(chuàng)建好的毛坯，完成銑削幾何體的設置。

創(chuàng)建刀具。選擇【機床視圖】單擊【創(chuàng)建刀具】圖標，在“子類型”區(qū)域中選擇“mill” 圖標，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。因為加工葉片側面時刀具容易與葉根圓角和底座上表面發(fā)生干涉導致過切，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)】設置中的【安全設置】的退刀檢查安全距離為0.01mm?！掘寗臃椒ā窟x擇“曲面”指定葉片側面為驅動幾何體，【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”?！就队笆噶俊窟x擇“刀軸”，【刀軸】選擇“相對于驅動體”指定“前傾角10”“側傾角45”，按照表1中設置進給和主軸轉速，單擊“生成”，得到葉片側面粗加工刀路圖。如果提示無法進刀或者生成的刀路錯亂，則需要查看是否“材料側”錯誤或者走刀方向選擇與側傾角配合導致過切。如果“材料側”錯誤導致過切，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傾角配合導致過切則將“側傾角”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?！皞葍A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），負值將使刀具向左傾斜。

（2）創(chuàng)建葉片側面精加工程序。復制葉片側面粗加工工序，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“相對驅動體”選項下的“應用光順”（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”，修改對應的進給和主軸轉速，生成葉片側面精加工刀路。

（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)】設置中的【安全設置】為0.01mm?！掘寗臃椒ā窟x擇“曲面”指定葉根圓角面為驅動幾何體，【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”。【投影矢量】選擇“刀軸”，【刀軸】選擇“相對于驅動體”指定“前傾角10”“側傾角45”，勾選“應用光順”，按照表1中設置進給和主軸轉速，單擊“生成”，得到葉根圓角精加工刀路圖。

1.3 加工仿真

在UG/CAM 數(shù)控編程技術中，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)，主要任務是把CAM軟件生成的加工程序文件轉換成特定機床可接受的數(shù)控代碼文件。將該文檔導入機床即可進行葉片的加工。

2 總結

本文利用UG NX軟件中的CAM模塊，對發(fā)動機葉片進行數(shù)控加工編程與仿真，分析零件結構特征及加工工藝方案，合理選擇相應的機床和刀具，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。

參考文獻：

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（作者單位：1大連安達船用螺旋槳有限公司;2大連安達有色金屬鑄造有限公司;3大連安達有色金屬鑄造有限公司）