1 绪 论 众所周知，复杂曲面的数控编程和加工在机械制造行业被认为是高技术的领域，自从多坐标联动数控机床问世以来，复杂曲面的加工已紧密地与计算机辅助制造(CAM)技术联系在一起在复杂异型曲面的加工中，用三维软件设计比较直观和简便，UG是一大型CAD／CAM一体化软件，可以满足复杂零件的造型设计和自动数控编程以及仿真加工本文主要介绍了叶片的加工工艺以及利用UG软件进行仿真加工的过程，通过对零件图纸进行工艺分析，制定出合理的加工方案，利用UG软件对叶片进行造型，结合叶片的工艺特征，在UG的加工模块中选择出合适的加工方式，并选择合理的加工参数，然后生成刀具轨迹；通过生成的刀具轨迹对模型进行加工仿真，在动态仿真过程中观察切削现象，以判断工艺的合理与否以及刀具轨迹是否发生碰撞、干涉，有不合理的地方就进行优化，直到仿真加工效果达到最佳，在最佳效果的基础上对刀具轨迹进行后置处理，生成机床能够识别的加工代码，为实际加工做好充分的准备 2 叶片零件的分析图2-1所示为叶片二维草图，该零件由螺纹轴、退刀槽、圆柱面（叶柄）、过渡面（R3圆角）、以及叶片组成 图2-1 叶片零件图2.1 零件的结构特点此零件由螺纹轴、叶柄和叶片组成，螺纹轴一端的结构特点为:端面倒角C2，长为15mm的M21x2的螺纹、5x2的退刀槽、倒角C0.5长为20mm直径为Φ25的外圆面、长5mm直径为Φ40的外圆面（叶柄）；另一端为叶片，叶片的曲面由6个截面数据确定，各叶片截面之间扭曲比较大（有10的扭曲角度），由于叶片曲面大多在流体中工作，所以曲面的本身和曲面与叶柄之间的过渡面（两者连接部分的R3圆角）的光顺程度要求较高，对数控加工精度提出了很高的要求。
本文重点是基于UG的叶片零件仿真加工，难点为叶片四轴联动工艺参数选择及后置处理技术2.2 零件的工艺分析零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗；差的工艺性会使零件加工困难，甚至无法加工，多耗工时，增大消耗加工工序的确定，制定零件数控铣削加工顺序一般遵循下列原则：（1） 基准先行；（2） 先粗后精；（3） 先主后次；（4） 先面后孔综合分析后，加工顺序按先加工定位面来确定的加工工序的划分，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：（1）以一次装夹所进行的加工作为一道工序；（2）以一个完整数控程序连续加工内容为一道工序；（3）以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序；（4）以粗、精加工划分工序按照上面的第一种方法即装夹的次数来进行加工工序的划分，第一道工序（第一次装夹）是车削加工，即粗车螺纹轴外轮廓，精车螺纹轴外轮廓，切槽，车螺纹；第二道工序（第二次装夹）是铣削加工，即粗铣叶背及部分前、后缘，粗铣叶面及剩余部分前、后缘，精铣叶片的复杂曲面（四轴联动）2.2.1 零件图纸的工艺分析工艺分析：此零件应先在普通车床上加工螺纹轴一侧，包括Φ21、Φ40轴、5x2的退刀槽及M21x2的螺纹；然后在四轴加工中心上进行叶片的复杂曲面铣削加工，铣削加工主要分为三个工步，前两个工步为粗加工（即粗加工加工叶面及前、后缘＼叶背及前、后缘），第三个工步进行叶片曲面的四轴联动精加工。
2.2.2 加工内容及要求加工内容:主要部位是叶片，其次是M21x2的螺纹轴一侧要求：叶片加工后检测6点坐标，M21x2的螺纹有完整牙型，环规检测合格，两轴段表面粗糙度值要求为Ra3.23 工艺文件的编制3.1 毛坯的确定根据零件图纸可知，应选择轴类毛坯，此零件为车铣复合类零件，图中径向最大尺寸为Φ40，轴向总长度为85mm，毛坯的选择应大于轴、径向最大尺寸，做到不浪费材料，减少成本，故毛坯尺寸选择Φ45x90mm即可毛坯的材料有很多，可以为铸铁、铜、硬铝、合金等，应根据具体的零件需要选择合适的材料作为毛坯材料考虑加工零件的要求及精度要求，由于该件是铸造件，须考虑的地方要充分，这样就会用到砂型误差、收缩量及金属液体流动性差不能充满曲面等造成余量不均匀,且表面粗糙度也要考虑其中此外，由于毛坯的扭曲变形量的不同，一些地方造成余量不充分，不稳定的情况，因此，要采用数控铣削加工，其加工面均留有充分的余量，以保证加工出来的零件粗糙度等各方面达到图纸要求，精度更高因为铝有塑性好、强度和硬度低、基本无磁性、导电导热优良、熔点为660℃，所以选择硬铝（LY12）作为毛坯材料3.2 定位基准的选择选择工件的定位基准，实际上就是确定工件的定位基面，根据零件图及加工要求选择铣床设备为四轴联动加工中心VMCL850，数控系统为FANUC-0i系统；车床设备为CK6140，数控系统为HNC-21TD系统。
基准六点定位原则：（1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准；（2）当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度；（3）一次装夹能够完成全部关键精度部分的加工；（4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容；（5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与工作坐标系的对刀基准重合；（6）必须多次安装时应遵从基准统一原则综上所述，选择设计基准作为定位基准，各一次装夹保证其精度，并且遵循基准统一原则此零件为轴类零件，叶片加工定位基准螺纹轴侧加工定位基准加工螺纹轴段时，以见光后的毛坯作为基准，加工叶片时，以长20mm直径Φ40轴的外圆作为基准，如图3-1所示 图3-1定位基准示意图 3.3 装夹方案的确定数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸；除此之外，重点考虑以下几点：（1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。
2）成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，及夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀5）为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可采用多工位、气动或液压夹具此零件为轴类零件，在普通车床上车削加工螺纹轴段时，夹具选择三爪自定心卡盘进行装夹；在四轴以上加工中心上加工叶片，装夹夹具选择数控回转工作台进行装夹，其作用类似于三爪卡盘祥见图3-2 （a）三爪卡盘 (b) 回转工作台 图3-2 3.4 刀具及切削用量的确定3.4.1 刀具的选择本课题重在叶片四轴仿真加工，选择铣削刀具时，一般优先选择标准刀具，刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，在典型零件数控铣削加工中，刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产品开发等方面有十分重要的作用刀具材料切削性能的影响也非常重要：例如切削低硬材料时可以使用高速刚刀具，而切削高硬度的材料时就必需用硬质合金刀具如表3-1所示：表 3-1刀具材料特性和用途材料主要特性用途优点高速刚比工具刚硬低速或不连续切削刀具寿命长、加工的表面较平滑硬质合金耐磨损、耐热可锻铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金的精加工寿命比一般工具钢高10-20倍刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高，在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性，结合加工实际，采用高速钢刀具加工，所以我选择铣削加工刀具为立铣刀(Φ12）及2刃球头铣刀(SR3)。
3.4.2 确定背吃刀量背吃刀量的大小主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定，在刚度允许的情况下，ap相当于加工余量，应以最少进给次数切除这一加工余量，最好一次切净余量，以提高生产效率，为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都要留0.2—0.5mm的精加工余量在粗加工时，余量的切除往往采用层切法，在编程时，需要考虑每次的切削深度；在精加工时，吃刀量的选择与表面粗糙度有关，编程时通常选择较小的吃刀量和适当的进给速度来提高零件的表面粗糙度在此零件的加工中，因考虑到零件材料及加工变形影响，所以选取适中的被吃刀量，粗加工时Z方向的下刀量为1.5mm，精加工余量为0.5mm3.4.3 确定主轴转速主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取n= （3-1）其中Vc为切削速度，D为刀具的直径（D=12mm），根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表3-2选取表3-2 铣削时切削速度工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀铝70~120100~200200~400从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑选取： 粗铣时 =110m/min 代入3-1式中： =2919.33r/min 精铣时 =150m/min 代入3-1式中： =3980.8r/min 计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取取=3000 r/min =4000 r/min3.4.3 确定进给速度切削时的进给速度F为切削单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位是mm/min，它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为F=zn (3-2)每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素，可参考表3-3选取表3-3 铣刀每齿进给量工件材料每齿进给量/（mm/z）粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀铝0.06~0.200.10~0.250.05~0.100.02~0.05综合选取：粗铣=0.08 mm/z 精铣=0.1mm/z上面计算出：=3000 r/min =4000 r/min 铣刀齿数z=3 将它们代入式子3-2计算。
粗铣时：F=720mm/min精铣时：F=1200mm/min切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态3.5 切削液的选择由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热——切削热，切削热一般被工件吸收9%～30%、切屑吸收50%～80%、刀具吸收4%～10%，其余由周围介质传出硬铝铣削时产生的切削热，容易造成切屑“粘刀”的现象，影响加工安全和质量；为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以。