UG软件在叶片五轴铣削加工中的应用

　　一、UG软件介绍

　　在当前流行的CAD/CAM软件中，UG为用户提供了一个较完善的企业级C A D/ C A E/C A M/P D M集成系统。在U G中，先进 的参数化和变量化技术与传统的实体、 线框和曲面功能结合在一起，而这一结合被实践证明是强有力的。

　　1.UG的CAD功能

　　UG Hybrid Modeler复合建模模块 无缝地集成了基于约束的特征建模和传统的几何建模(实体、曲面和线框)到 单一的建模环境内，在设计过程中提供 更多的灵活性，用户可以选择最自然地 支持设计意图的方法。

　　2.UG的CAM功能

　　U G C A M提供了一整套从钻孔、线 切割到5轴铣削的单一加工解决方案。 在加工过程中的模型、加工工艺、优化 和刀具管理，都可以与主模型设计相联 接，始终保持最高的生产效率。

　　二、五轴加工介绍

　　五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂 曲面的机床，这种机床系统对一个国 家的航空、航天、军事、科研、精密 器械以及高精医疗设备等行业，有着 举足轻重的影响力。现在大家普遍认 为，五轴联动数控机床系统是解决叶 轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机 转子、汽轮机转子以及大型柴油机曲 轴等加工的惟一手段。

　　五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成 五面体的加工。五轴机床的种类分为： 摇篮式、立式、卧式、N C工作台+N C分 度头、N C工作台+90°B轴、N C工作台+45°B轴、N C工作台+A轴°以及二轴 NC主轴等。

　　三、叶片结构分析

　　从 叶 片 的 结 构 ( 如 图 1 所 示 ) 来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲 面，各部分的曲率、扭转变化较大，是 典型的薄壁件。由于其为动力等装置的 重要部件，工作条件较为恶劣，就对 零件本身的精度和质量提出了很高的要 求。型面的加工质量直接影响其工作性 能，还可能影响整机性能。叶片的材料 要求有很高的质量-强度比，加工中难 切削，切削抗力大，引起的变形也大。 由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上 抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又 较薄，加工中的形变很复杂，对数控加 工提出了很高的要求。在实际加工中，多采用如图2所示的加工流程。

图1 叶片结构

图2 加工流程

　　四、UG中叶片加工实例

　　要加工如图3所示的某型发动机静子叶片，编程过程如下。

图3 某型发动机静子叶片

　　1.零件造型

　　曲面造型时，首先由图纸提供的 截面上的列表点数据定义样条曲线， 然后再完成曲面定义。

　　(1)曲线造型

　　在 U G 软 件 中 可 先 点 击“A p p l i c ati o n”→“Mo d el i n g” 进 入 造 型 模 块 ， 然“Insert”→“Curve”→“Spline”或单击，进入样条曲线定义对话框。

　　选择“T h r o u g h P o i n t s”→“P o i n t sf r o m f i l e”并输入样条曲线的列表 点数据文件(如y p11.d a t)，单击“O K”，即可生成通过这些点的样条 曲线，如图4所示。用同样的方法生成 这个截面上的叶盆曲线，如图5所示。 对这两根样条曲线倒圆角，使它成为一 条封闭的曲线，大端的圆角为1.2m m， 小端的圆角为0.23m m，如图6所示。用 同样的方法绘制其他9个截面的曲线， 形成如图7所示的形状。

　　(2)曲面造型

　　选择“I n s e r t”→“F r e e F r o m Feature”→“Through Curves”或单击，依次选取10个截面的曲线，在对话框中输入容差等参数，即可由曲线生成曲面，生成相应的叶片零件，参见 图3。

图4 样条曲线图

图5 叶盆曲线

图6 倒圆角后的封闭曲线

图7 9个截面曲线

　　2.刀位轨迹生成与仿真

　　在这个例子中，假定只对该叶片 进行精加工，那么生成精加工程序的过 程如下。

　　◎ 进入加工模块

　　“Application”→“Manufacturing”，单击，进入“Create Operation”(创建 操作)对话框，如图8所示进行设置，选用多轴加工方法中的“可变轴铣”。

图8 创建操作对话框

　　◎进入“可变轴铣”对话框后，设定相应的参数，如图9所示。在“G e o m e t r y”中单击，选中叶片零件。

图9 参数设置图

　　◎在“Drive Metho d”(驱动 方法)中选择“S u r f a c e A r e a”(曲面区域)方法，进入“S u r f a c e A r e aM e t h o d ”对话框，选择叶片曲面为“D r i v e r G e o m e t r y”(驱动几何)， 其他参数如图10进行设置，在“T o o l Axis”中选择刀轴为“4 Axis Normal To D r i v e r”(四轴沿驱动面法向)，点击“OK”回到“可变轴铣”对话框。

图10 Surface Area Method对话框

　　◎进入“G r o u p s”组，新建一把直径为φ 12m m的球头刀，参数如图11 所示。

a)               b)

图11 刀具参数设置

　　◎回到“M a i n”组，单击“N o n- C u t t i n g”，进入进退刀设置对话框，按图12设定。

　　◎单击，生成叶片加工的刀具 轨迹，如图13所示。单击，可对生成的刀轨进行加工仿真。

a)                                                b)

图12 进退刀设置对话框

图13 叶片加工的刀具轨迹

　　3.后置处理，生成NC程序

　　单击，进入后置处理对话框(如图14所示)，选择相应的机床特性文件，生成加工叶片零件的NC程序。

图14 后置处理对话框

　　部分程序如下(五轴加工)：

　　……

　　N57 X-36.763 Y-170.757 Z78.51 A91.04 C10.76;

　　N59 X-33.86 Y - 1 7 0 . 6 3 4 Z78.422 A90.87 C10.35;

　　N61 X-30.999 Y - 1 7 0 . 5 0 1 Z78.055 A90.69 C10.31;

　　N63 X-28.165 Y-170.41 Z77.688 A90.56 C10.51; N65 X-25.305 Y - 1 7 0 . 3 6 9 Z77.591 A90.51 C10.48;

　　N67 X-22.423 Y - 1 7 0 . 3 2 8 Z77.572 A90.46 C10.25;

　　N69 X-19.553 Y-170.284 Z77.483 A90.4 C10.14;

　　N71 X-16.692 Y-170.247 Z77.393 A90.35 C10.1;

　　N73 X-13.833 Y-170.214 Z77.304 A90.3 C10.08;

　　N75 X-10.979 Y-170.177 Z77.195 A90.25 C10.1;

　　N77 X-8.128 Y-170.131 Z77.059 A90.19 C10.15;

　　N79 X-5.282 Y - 1 7 0 . 0 7 9 Z76.903 A90.12 C10.24;

　　N81 X-2.44 Y - 1 7 0 . 0 2 2 Z76.737 A90.05 C10.36;

　　N 8 3 X . 4 0 4 Y - 1 6 9 . 9 6 5 Z76.576 A89.97 C10.47;

　　N85 X3.251 Y - 1 6 9 . 9 1 2 Z 7 6 . 4 3 4 A 8 9 . 9 C10.55;

　　N87 X6.104 Y - 1 6 9 . 8 7 Z 7 6 . 3 1 8 A 8 9 . 8 5 C10.58;

　　……

　　五、结束语

　　由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高、技术 难度大，传统的加工方法无法满足叶片 的精度要求。本文旨在应用U G对叶片 进行实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，再根据加工叶片的材料特点， 选择合理的刀具进行加工。根据叶片的 形状特点，选择合理的编程策略、走刀 路径和进退刀方式。将U G强大的功能 应用于叶片的五轴铣削加工，较好地 解决了叶片批量生产中的质量和效率问 题，能够取得良好的经济效益。