基于UG五軸葉輪模塊數控加工與仿真

傅 飛， 包笑燕

（1.上海工程技術大學， 上海 200437； 2.施泰力工具（蘇州）有限公司上海分公司， 上海 200432）

引言

葉輪是機械行業里的關鍵部件，在各個關鍵領域里扮演著重要的角色，葉輪加工的好壞、效率高低將直接影響到機械效率。由于葉輪屬于復雜曲面類零件，其自身形狀的特殊性決定了其加工的難度。目前加工葉輪普遍采用了多軸數控機床，先使用CAD/CAM軟件生成葉輪加工刀路后處理生成適合機床的加工程序，然后再用VERICUT仿真軟件對其進行模擬仿真，驗證加工過程的正確性，這樣可以避免加工過程中刀具碰撞及干涉現象[1]。

1 基于UG五軸葉輪模塊生成刀路

加工葉輪分成四部分，分別為粗加工、葉片精加工、葉片根部圓角精加工、輪轂精加工。UG軟件加工模塊如圖1所示。

圖1 葉輪

1）分析葉輪得出葉片根部圓角為R2.1，先建立刀具R5×60 mm，刃長30 mm為粗加工刀具，R4×60 mm，刃長30 mm為精加工葉片、流道的刀具，R2×60 mm、刃長30 mm為精加工葉片根部圓角的刀具，如圖2所示[2]。

2）創建葉輪加工幾何體mill_multi_blade，在對話框中的幾何體中選擇指定輪轂、指定報覆面、指定葉片、指定葉根圓角，葉片總數等，如圖3所示。

圖2 刀具數據

圖3 葉輪模塊

3）創建葉輪模塊多葉片粗加工，刀具R5球頭刀，幾何體 MULTI_BLADE_GEOM，方法 ROUGH，如圖4所示；創建葉輪模塊多葉片精加工，刀具R4球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖5所示；創建葉輪模塊輪轂精加工，刀具R4球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖6所示；創建葉輪模塊葉片根部圓角精加工，刀具R2球頭刀，幾何體MULTI_BLADE_GEOM，方法finish，如下頁圖7所示；其中生成的各個刀路軌跡中的刀軸會自動選擇合適的刀軸矢量來避免與葉輪的干涉，然后把葉輪的四個刀軌分別做變換操作，使整個葉輪刀路完整，如下頁圖8所示；最后使用UG后置處理文件（適合DMU50的雙轉臺BC軸正交機床）生成G代碼[3]。

圖4 粗加工葉輪

圖5 精加工葉片

圖6 精加工輪轂

圖7 精加工葉片根部圓角

圖8 葉輪完整刀路

2 基于DMU50五軸機床的模擬仿真加工

VERICUT軟件是專門為數控加工做模擬和優化的軟件，通過這個軟件可以預先模擬加工，以減少很多不必要的損失。打開機床模型，添加模型文件、新增刀具，這里的刀具必須和UG中的刀具一致，新增工件坐標系，這里的工件坐標系也必須和UG中的加工坐標系一致，添加葉輪各個加工程序，模擬仿真加工，如圖9、10所示。最后使用DMU50五軸機床現場加工葉輪，加工效果良好[4]。

圖9 仿真加工過程

圖10 仿真加工結果

3 結語

葉輪是機械行業里的典型零件，是航空航天的重要部件，在多軸聯動加工葉輪時采用的加工方法直接影響到葉輪的表面質量、加工精度和加工效率。使用UG加工里的葉輪加工模塊，使得葉輪加工效率得到很大的提升，不用像之前生成刀軌后要查看刀軸矢量是否會與葉片之間有干涉，再去調整矢量方向，使加工葉輪變得簡單和模塊化。使用VERICTU軟件進行模擬仿真，檢查刀具是否會與機床及夾具產生干涉等問題，避免了一些潛在的不安全因素。