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1、基于基于 UG NX6.0 的整体叶轮的多轴加工技术的整体叶轮的多轴加工技术 叶轮加工是当今多轴联动数控加工最常见的实例，也是数控加工的难点之一。本文从实际出发，使用 UGCAM 五坐标编 程系统对整体式叶轮进行数控编程，采用插值方式对刀轴矢量进行匀化处理，采用 SWARF 方法对叶片进行精加工，同时合理控制进退刀，实现了整体叶轮叶片高质量无干 涉的五坐标螺旋铣削加工刀位点轨迹生成。为复杂产品的造型和数控加工提供了设计思路 和方法，也给其他类型叶轮的设计与加工提供了参考方案。 作为动力机械的关键部件，整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制 造业中的一个重要课题。叶轮的加工质量直
2、接影响整机的动力性能和机械效率，数控加工 是目前国内外广泛采用的加工整体三元叶轮的方法。整体叶轮的加工难点主要表现在： 三元整体叶轮的形状复杂，其叶片多为非可展扭曲直纹面； 整体叶轮相邻叶片的空间较 小，而且在径向上设有半径的减小通道越来越窄，因此加工叶轮叶片曲面时除了刀具与被 加工叶片之间发生干涉外，刀具极易与相邻叶片发生干涉；刀位规划时的约束条件多， 自动生成无干涉刀位轨迹较困难。国外一般应用整体叶轮的五坐标加二专用软件，如美国 NREC 公司的 MAX25，MAX2AB 叶轮加工专用软件等。目前，我国大多数生产叶轮的厂 家多数采用国外大型 CADcAM 软件，如 UG NX、CATIA、
3、MasterCAM 等来加工整体 叶轮。本文选用目前流行且功能强大的 UG NX6.0 对复杂曲面整体叶轮进行加工仿真研究。1 整体叶轮数控加工工艺 根据叶轮的几何结构特征和使用要求(如图 1)，其基本加工工艺流程为： 在锻压铝材上 车削加 T 回转体的基本形状； 外型整体粗加工； 流道粗加工； 叶片精加 T； 对底部倒圆进行清根。2 机床准备 DMU-100T 是从德国 DMG 公司引进的一台全闭环五轴联动数控加工中心，采用主轴摆动+圆工作台旋转结构。行程参数为：X 轴 1 080 ITITI，y 轴 719 mm，Z 轴 710 mm，3 轴(主轴摆动)103，C 轴(工作台旋转)360。
4、该机床具有转速高、联动结构稳定 性高、在轴联动技术成熟的特点。机床控制系统果用 HEIDENHAIN iTNC 520 系统。利用 UG Post Builder 软件构建 DMU-100T、机味专用的开置理。 3 刀具的选择 为提高加工效率，存进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀。但 是也要注意使刀具直径小于叶片间最小距离；在叶片精加工过过程中，应在保证不过切的 前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径大于流道和叶片的交接部分的最大倒圆 半径。在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径小于流通和叶片相接 部分的最小倒圆半径。 4 数控编程 41 粗加工 粗
5、加工是以快速切除毛坯余量为目的，其考虑的重点是加工效率，要求大的进给量和尽可 能大的切削深度，以便在较短的时间内切除尽可能多的余量。粗加工对表面质量的要求不 高，因此，提高粗加工效率对曲面加工效率及降低加工成本具有重要意义。在 UG 加工状 态下，“创建操作”对话框中。选择类型“MIL-CONTOUR”建立机床控制操作，再选择子类型 “CAVITY-MILL”型腔铣。这是三轴联动的粗加工模式。选用直径为 25R5 的圆角铣刀加工， 切削方式采用“跟随部件”，背吃刀量的 06mm，刀具与刀具之间的步距为刀具直径的 65%， 部件侧面与底面留余量 0.5mm。 42 开槽与扩槽 叶片扭曲且包角较大
6、，刀具在通道内要合理摆动，使得刀具尽可能地接近叶片的两侧面而 又不过切轮毂及轮盖。采用通常的刀轴驱动方法很难实现。刀轴插补(ToolAxis Interpolation)这一功能对于叶轮通道加丁非常有用，它通过在叶片与轮毂的交线上定义一 系列的矢量以控制刀轴，轮毂面上其余刀具位置点的刀轴矢量由 U、V 双向线性插值或样 条插值获得。这样，刀轴能很好地按照加工的需要而得到控制。在不过切的情况下，最大 限度地减少叶片面与轮毂之问的残留区。边界矢量的定义是一个十分细致的工作，其基本 原则是避免刀轴的突变，保证刀轴平滑变化。 在创建操作对话框中，选择类 “mill_multi_zxis”多轴铣加工操作
7、建立模饭。选择 “VARIABLE_CONTOUR”子类型变轴铣.几何体选择整体叶轮。为了避免有过切现象，选择 流道两侧的面为干涉检查面。选择驱动方式为“表面积”。刀轴选择“插补”，选用直径为 20 mm 的球刀加工。选择多重深度切削，步进方式采用增量式，增量值为 05mm。部件留 余量为 03mm。加工时需要考虑进刀退刀的问题，在非切削参数设置界面，选择“传递快 速”区域之间下拉条中定义好逼近、离开、移刀运动的设置。其中“安全设置”设置为“球”半 径选择 250mm。用刀路变换命令加工其余流道曲面。 43 叶片精加工 SWARF 方法也叫侧刃或表面驱动法，SwARF 驱动刀轴随叶片直纹面的
8、U 向或 V 向连续 变化，刀具底部接触轮毂面。侧面接触叶片表面形成单条刀路，从而实现叶片的精加工。 在创建操作对话框中，选择类型“mill_multi_zxis”多轴铣加工操作建立模板，选择 “VARIABLE_CONTOUR”子类型变轴铣。选择驱动方式为“表面积”，为了加工到位，曲面 百分比方法设置如图。刀轴选择“侧刃驱动”，切削模式选择单向。选用直径为 20 mm 的球 刀加工，部件留余量为 0。产生的刀具路径如图 6 所示，用刀路变换命令加工其余叶轮曲 面。44 流道精加工 同样选择类型“mill_multi_zxis”多轴铣加工操作建立模板，选择“VARIABLE_CONTOUR”子
9、 类型变轴铣。几何体选择整体叶轮，为了避免有过切现象，选择流道两侧的面为干涉检查 面，选择驱动方式为“表面积”，刀轴选择“插补”步进方式采用“残余波峰高度”，残余高度为 0005 mm，选用直径为 20mm 的球刀加工。用刀路变换命令加工其余流道曲面。 45 叶片底部圆角清根加工 同样选择类型“mill_multi_zxis”多轴铣加工操作建立模板，选择“VARIABLE_CONTOUR”子 类型变轴铣。几何体选择根部圆角部位，选择驱动方式为“表面积”，刀轴选择“相对于驱动 体”步进方式采用数字控制模式，步数为 15 步，设置非切削移动参数传递连接选项 区域之间“安全设置”为“球”，半径选择
10、200 mm，刀具使用 R8 的球刀，用刀具路径变换 命令加工其余叶片底部圆角。 46 机床模拟加工仿真 UG 系统自带有 3 种类型的五轴机床。本文选用其中的回转/摆动型机床进行虚拟仿真加工。 摆头旋转轴是 B 轴，转台旋转轴是 C 轴。通过机床导航器调入机床组件和刀具组件。叶轮 零件安放在转台上面即可进行加工仿真。 5 结束语 本文利用 UG NX60 软件对整体叶轮进行了加工仿真，合理选择了加工使用的刀具和机 床，并针对流道和叶片的几何特征确定了刀轴的控制方式，选择了适当的刀具轨迹驱动方 法进行了流道和叶片加工轨迹生成。 文中介绍的对流道的加工采用刀具轴插补加工。这种方式可以通过在指定的
11、点定义矢量方 向来控制刀具轴，当驱动或零件几何体非常复杂，又没有附加刀具轴控制几何体时，插补 具轴可以控制剧烈的刀具轴变化，调节刀轨，避免碰到障碍物。指定的矢量越多，对刀具 轴的控制越多。使用这种方法时，驱动几何体引导刀具侧刃，零件几何体引导刀具底部， 可以控制输出很好的加工刀轨，加工出来的曲面质量。 对于五轴加工来说，最难最重要的是避免发生干涉。本文对流道和底部圆角加工时对刀具 的进退刀进行了控制，依据叶轮的特征，区域之间快速移动时以球的方式控制刀轴的移动， 使刀轨变得更清晰，这样不仅提高加工效率，而且使加工变得更加安全。刀具的几何角度 刀具的涂层刀具材料 http:/ 灯饰选购布置 家居装
12、饰常识灯光 http:/ 改造居室小技巧 装修整体设计的注意事项 http:/ 铝单板选材知识 建材场选购 4 字诀 http:/ 更多功能的 CAD 软件 更新了的 CAM 软件 http:/ 刀具材料牌号说明 切断刀几何参数的选择 http:/ 刀片的市场现状 PCBN 刀片的烧结 http:/ UG 的胶的胶印机滚筒间中心距分析印机滚筒间中心距分析应用 UG 软件对胶印机离合压机构进行了建模与虚拟装配。基于 UG 的运动学模块，讲述了创建运动仿真的过程。运用运动学模块中的测量功能，给 出一种分析滚筒间中心距的方法。 关键词：胶印机； 离合压机构；运动仿真；UG 引言 UG 是集 CADC
13、AECAM 于一体、面向制造业的高端软件，广泛应用在机械设计、工 程仿真和数字制造等领域。其运动分析模块(Scenario For Motion)可用于建立运动机构模 型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中构件的位移、速度、加速度、 力及力矩等。离合压机构是胶印机上完成图像转移、实现印刷工艺过程的关键机构，其橡 皮滚筒与印版滚筒中心距及橡皮滚筒与压印滚筒中心距是重要的尺寸参数，准确地调节和 设定滚筒间中心距才能获得理想的印刷压力 。通常分析滚筒间中心距的方法有作图法及 计算机辅助编程法。由于在该机构中存在诸多调节环节，如支撑座滚轮的调节、摆杆机构 中撑牙的调节以及凸轮和轴承套的
14、不规则外形，使得用上述方法进行分析时，计算及编程 的工作量较大，给该机构的分析带来诸多不便。应用 UG 软件分析，若要了解零、部件处 于不同位置时的参数值，只需改变装配模型中零、部件的装配尺寸，便会自动链接到运动 分析模型中，运行运动仿真，便可得到需要的结果。本文以某胶印机的机械“三点支撑式” 离合压机构为例，应用 UG 软件对该机构进行建模与仿真分析。 1 “三点支撑”式离合压机构 “三点支撑式”离合压机构简图3 见图 1。其工作原理是通过改变橡皮滚筒 12 与印版滚筒 13 及橡皮滚筒与压印滚筒 1O 间的中心距，实现滚筒间的分离与接触。图 1 中印版滚筒轴 o 与压印滚筒轴 o。通过滚动
15、轴承安装于墙板孔中，滚筒轴的轴心位置保持不变。橡皮滚 筒轴 o，安装于滚动轴承中，滚动轴承安装于轴承套 15 的孔内，轴承套由两个固定支撑座滚轮部件 14、16 及一个浮动支撑滚轮部件 11 支撑来确定其中心位置。由于轴承套的外轮 廓设计成特殊的轮廓曲线，当轴承套沿支撑滚轮转动时，使得橡皮滚筒轴轴心位置发生变 化，起到改变滚筒间中心距的目的。合压时，合压凸轮及连杆机构带动轴承套作逆时针转 动，使橡皮滚筒依次与印版滚筒和压印滚筒相接触。离压的过程则相反。由上述知，滚筒间中心距的改变主要由轴承套中心位置改变，使得安装于其孔中的轴承及 橡皮滚筒轴轴心位置发生变化。滚筒间中心距尺寸变化主要由轴承套外轮廓尺寸决定。当 需对机器进行调试或当印刷纸张厚度发生变化时，还可通过转动支撑座滚轮上的偏心轴来 实现中心距的微调。图 2 为支撑轴承套的支撑座滚轮部件结构简图，该部件主要由偏心轴、 滚轮座、滚轮及衬套组成。图 2 中 O1 为偏心轴的转动中心，O2 为偏心轴与滚轮的配合中 心，O3 为偏心轴上标识孔位置中心。滚轮座与墙板连接，转动偏心轴，滚轮随着偏心轴 的转动而改变位置，起到径向调节的作用。设偏心距 O1O2 为 a，则滚轮的径向调节范围 为 02a。2 离合压机构的零件建模与装
