[发明专利]基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法

摘要

本发明基于UGNX系统平台整体叶轮的五轴加工方法涉及的是在UGNX7.5系统平台下研发的一项整体叶轮的五轴数控加工技术方案。其具体步骤如下：（1）在UGNX7.5CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模；（2）根据数控工艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状；（3）机床选择：采用的是五轴联动加工中心；（4）刀具选择：选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料，在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具；（5）叶轮加工轨迹设置：UGNX，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，利用后处理器输出五轴加工中心机床加工代码，供五轴联动加工中心调用。

主权项

一种基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法，其特征在于步骤如下：（1）在UG NX7.5 CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模，压气轮逆向数据由接触式三坐标测量仪按照给定轨迹测得需要的数据，进入UG程序中的建模Modeling应用环境，使用云Cloud和曲面Surface，曲线Curve功能构造压气轮数模，应用UG软件中的分析Analysis模块分析压气轮数模的曲线和曲面质量，调整曲线曲率最终使轮毂曲面曲率光顺，叶片曲面质量达到直纹曲面标准；（2）根据数控工艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状；（3）机床选择：采用的五轴联动加工中心，它为双回转工作台结构，带有一个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴，配置了20000r/min主轴，Heidenhain  iTNC530数控操作系统，X轴行程501mm，Y轴行程401mm，Z轴行程500mm，A轴摆动角度为‑110~110度；（4）刀具选择：选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料，在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具，粗加工刀具一般采用圆鼻铣刀，精加工采用锥度球头铣刀，由于叶轮流道狭窄，锥度有利于提高小直径刀具的刚性，但锥度的大小需根据相邻叶片的流道空间和叶片的扭曲程度决定，一般在1.5°~5°之间；（5）叶轮加工轨迹设置：UG NX提供了大量多坐标加工编程方法及刀轴控制方式，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，切削工艺参数如加工步距，加工深度，主轴转速，机床进给率，对于提高产品的加工效率和质量至关重要，还要根据叶轮的几何形状合理设置进退刀方式，避免过切和干涉； 第一步粗加工流道：粗加工采用3+2加工方法，即在机床A轴，C轴旋转一定角度后，再用固定轴加工方法加工，采用的是型腔铣削Cavity Mill，根据流道和叶片扭度划分加工区域并确定每个区域的刀轴方向即A,C轴方向，本叶轮划分为5个加工区域，坐标系Z轴为刀轴方向，切削工艺参数为每层切深深度0.2mm~1mm，刀间距为刀具平底的50%~75%，采用跟随周边Follow Periphery和跟随部件Follow Part两种走刀方式，切削时拐角Corners参数采用光顺Smoothing方式，进退刀方式为封闭区域螺旋进刀，开放区域圆弧进刀，毛坯余量预留0.3mm~0.8mm；刀具转速为4000rpm~6000rpm,切削进给速率1000mmpm~3000mmpm,进刀速率800mmpm~1500mmpm，退刀速率2000mmpm~4000mmpm，转移速率6000mmpm~10000mmpm；第二步二次开粗即半精加工流道：由于流道底部比较狭窄，前一把刀具无法完全进入底部，为保证精加工时叶片和流道余量均匀，采用参考刀具方式进行流道的二次开粗，工艺参数类似粗加工参数；第三步叶片精加工：叶片加工方法分为两大类，点铣法和侧铣法，点铣法是指按叶片的流线方向逐步走刀加工出叶片的型面，用于自由曲面的叶轮，对于可展直纹面叶轮可用侧铣法加工，本发明采用点铣法加工，使用可变轮廓铣Variable Contour加工方法，指定整体叶轮为加工几何体，驱动方式选用“曲面区域”Surface Area，选择一叶片作为驱动几何体，如果叶片的曲面质量不高，则可以作一辅助导向面作为驱动面；刀轴方向选用侧刃驱动Swarf Drive，其中侧倾斜角Swarf Tilt Angle设置为3度，侧倾斜角的设置与刀具的锥度和叶片扭度，流道的宽度有关；如果驱动面和侧倾斜角设置不合理，极易发生干涉或刀路无法生成；然后设置完整的切削参数，进退刀方式和主轴转速及切削进给速率，因为此叶轮叶片比较薄，根据实际加工，转速在4000rpm, 进给速率在1200mmpm的情况下叶片加工质量较好；第四步流道精加工，流道精加工采用可变轮廓铣Variable Contour加工方法，根据叶轮流道的特性，驱动方式选用流线驱动Streamline，选择叶片流道根部流线为流曲线Flow Curve，轮毂上的参数线为交叉曲线Cross Curve，刀轴矢量采用插补Interpolate方式，这种方式可以通过在指定的点定义矢量方向来控制刀具的摆动轴，可以做出矢量控制线，添加或修改插补刀具数据点；在叶片扭曲度大时，定义的刀具矢量要足够多使刀具在流道内能合理摆动，防止干涉，并使摆动变的光顺；第五步刀路仿真验证：对生成的刀路，应用UG NX的仿真模块对刀轨进行仿真验证，检查干涉，过切等情况，并防止机床主轴在加工摆动时铣刀主轴与工作台的碰撞，防止机床意外损坏；第六步利用后处理器输出五轴加工中心机床加工代码，供五轴联动加工中心调用。