基于UG8.0的整体式叶轮五轴数控加工研究
整体叶轮的加工工艺
整体叶轮的加工工艺0 引言叶轮是涡轮式发动机、涡轮增压器等动力机械的关键部件，广泛应用于航空航天、船舶机械、石油化工等领域。
日常生活中常见的应用就是汽车的涡轮增压器。
整体叶轮的形状比较复杂，叶片的扭曲大，极易发生加工干涉，因此其加工的难点在于流道、叶片的粗、精加工。
本文将利用UG NX、UG/Post Builder、VERICUT对五轴编程中的三大难点（刀路轨迹的编写、后置POST的编写、仿真验证）进行详细的说明。
1 加工工艺分析考虑到整体叶轮实际的工作情况，一般整体叶轮的曲面部分精度高，工作中高速旋转，对动平衡的要求高等诸多要求，结合叶轮的形状、结构特点、材料安排工艺路线如下：1）铣出整体外形，钻、镗中心定位孔；2）精加工叶片顶端小面；3）粗加工流道面；4）精加工流道面；5）精加工叶片面；6）清根处理。
本文主要研究了流道粗、精加工和叶片精加工加工轨迹规划。
对于整体叶轮为叶片分布均匀的回转体类零件，应选择它的底面圆心作为工件的原点，进而简化工件的找正和后处理过程。
根据整体叶轮的几何模型特征，可以基本上确定例如加工所使用机床型号、刀具参数、夹具和装夹方式等。
叶轮的加工使用DMG 75V的机床，SIEMENS 840D的控制器。
该机床配备有X、Y、Z三个线性轴，B、C两个回转轴构成了一台标准的TH（Table_Head）结构的五轴联动加工中心。
刀具的使用方面，五轴联动加工中优先使用球头刀和圆角R刀加工，这样可以最大程度上减少由刀具引起的过切和干涉。
对于流道较窄的叶轮，在加工窄流道处时，可以适当选择锥度球头铣刀，可以有效的提高刀具的刚性。
流道粗加工过程去除主要加工余量，直接影响着精加工的效率和质量，提高开粗加工的效率和质量对整个叶轮的加工具有重要意义。
叶轮流道部分的加工余量并不随着叶轮型线均匀分布，切削过程中切削深度不断变化，刀具受力变化较为剧烈，大大缩短了刀具寿命，降低了加工质量，这需要合理规划加工轨迹。
基于UG软件闭式叶轮数控多轴加工工艺分析研究
基于UG软件闭式叶轮数控多轴加工工艺分析研究作者：王继群来源：《科技视界》2014年第36期【摘要】闭式叶轮被广泛的应用在各个领域中，本文以UG软件为平台，对闭式叶轮的数控多轴加工工艺进行了分析研究，制定了工艺方案，对其刀具路径进行了合理规划，避免了加工干涉，最后完成了仿真加工，取得了很好的效果。
【关键词】闭式叶轮；UG；数控多轴加工；刀具路径0 引言近些年来，闭式叶轮被广泛的应用在航空、冶金、军事、能源动力等各个领域，如图1，相对于开式叶轮，它的轴盘、盖盘和叶片三位一体，避免了气流损失，提高了气动效率。
传统的加工方法主要是采用铸造的方式，但是叶轮的精度难以保证，另外由于铸造时产生应力集中等问题，叶轮容易损坏。
随着数控多轴技术的发展，在工业领域中更多的是采用数控多轴机床加工生产闭式叶轮。
但是闭式叶轮的结构具有一体性和封闭性、加之叶片曲面较为复杂，加工时又要考虑刀具干涉的问题，加工难度很大。
因此，如何正确规划闭式叶轮数控加工的刀具路径，避免干涉，制定合理的加工工艺，就显得十分重要。
由于闭式叶轮的结构复杂，必须在五轴的数控加工中心上才能完成，而针对于多轴加工，主要采用软件自动编程，这里选用全球最为高端的工业软件—UG，本文以UG软件为平台，对闭式叶轮的整个加工工艺进行分析研究。
图1 闭式叶轮1 闭式叶轮的三维实体建模图2 闭式叶轮的三维建模首先我们利用UG软件对闭式叶轮进行三维建模，建模这一步很关键，它决定着后面工作的成败。
由于闭式叶轮是由轴盘、盖盘和叶片三个部分组成的，所以对其分别建模，再将三者组合在一起。
其中，轴盘和盖盘的建模比较简单，直接用三维旋转命令即可完成，叶片的建模较为复杂，先使用样条命令生成三次样条光滑曲线，扫掠成实体薄片，由于叶片厚度并不是均匀一致，我们再对叶片的前后端面进行修改，完成单个叶片的造型。
最后使用空间阵列命令，完成所有叶片的造型。
2 闭式叶轮的数控加工工艺方案由于闭式叶轮和开式叶轮在结构上有一定的区别，轴盘、盖盘和若干个叶片连在一起，加工时数控铣刀不可能像加工开式叶轮那样有很大的活动空间，为了防止铣刀和叶轮本身发生干涉，只能从叶轮通道的进出气孔进行加工，如图3，这将大大限制铣刀活动范围，因此一定要合理规划刀具路径，同时也要避免加工干涉。
基于UGNX的整体叶轮逆向建模与五轴编程
基于UGNX的整体叶轮逆向建模与五轴编程张瑜;董保香;蓝艳华【摘要】The RE/CAD/CAM of multi‐blade impeller is very difficult because of complex sur‐face .The 3D impeller was modeled based on the key points of impeller samples ,and the 5‐axis tool path were given based on mill‐multi‐blade operation in UNGX/CAM .The correct impeller were machined by 5‐axis MC after the interference and cutting simulation by UG/IS&V .This method is suitable for RE/CAD/CAM of other types .%复杂的叶片曲面导致整体叶轮的测量、逆向再设计及数控编程非常困难。
通过测量整体叶轮样品关键特征点，基于UGNX对点云进行逆向并用曲面模块生成了三维模型，应用UG／CAM中叶轮加工专用模块，实现了叶轮五轴数控编程。
在利用IS&V 消除干涉、过切等现象的前提下，用五轴加工中心加工出了叶轮。
本方法也适合其他同类型的整体叶轮逆向、设计及五轴数控编程。
【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P75-78)【关键词】整体叶轮;UGNX;五轴编程【作者】张瑜;董保香;蓝艳华【作者单位】日照广播电视大学考试中心，山东日照276826;淄博职业学院电子电气工程学院，山东淄博255000;日照市科学技术协会，山东日照276826【正文语种】中文【中图分类】TG659叶轮类零件作为透平机械的核心部件，是一种造型比较规范、具有典型性的通道类复杂零件，其工作型面通常为空间曲面，所以如何设计及加工制造一直是国内外公认的技术难题[1].叶轮设计涉及空气动力学、流体力学等多个学科，随着设计理论和方法的不断进步，工作型面越来越复杂，这对加工制造提出了更高的要求[2].本文基于UGNX8.0对整体叶轮的逆向、三维建模、五轴数控编程、机床加工仿真进行较为全面的研究.逆向工程(Reverse Engineering)是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物[3].本文中的叶轮是某进口风机上的零部件，转速较高，动平衡要求高、精度高.利用三维扫描测量仪，准确地测量如图1样件表面数据及轮廓外形，得到如图2所示的点云.在UG/CAM中的mill_multi_blade加工中，使用多叶片工序来加工如叶轮、叶盘等含多个叶片的部件.多叶片铣加工工序专用于加工叶片类型的部件，而且对于这些类型部件，此工序的加工效率最高，可以创建用于执行粗加工、剩余铣、叶毂精加工、圆角精加工以及叶片和分流叶片精加工的工序.多叶片铣加工工序可实现：刀轴光顺、刀轨光顺、IPW(In Process Workpiece)、刀柄碰撞检查和避让、预期结果预览，可以指定以下几何体：多个分流叶片、带底切的弯叶片、含一个或多个曲面的叶片、UV栅格未整齐排列的曲面、自动修复缝隙和重叠.2.1 定义工件几何体及刀具加工整体叶轮时，首先把毛坯加工成回转圆柱体，然后再把该回转体加工为整体叶轮.在MULTI_BLADE_GEOM几何体中定义叶毂、一个主叶片、一组分流叶片，然后指定主叶片数.默认旋转轴为+ZM.注意选择主叶片的时候，只需要选择一组叶片就可.选择分流道叶片的时候要注意选择该主叶片右边的分流道叶片，如图5所示.指定分流叶片时要分别指定壁面和圆角.刀具分别定义为直径10、直径8、直径6的球头铣刀.2.2 毛坯粗加工毛坯粗加工的目的是把圆柱形坯料加工成回转体形状以便叶轮加工，可采用车削或者铣削加工方式.采用铣削方式时，粗加工可用型腔铣的CAVITY_MILL快速去除大部分材料，然后用ZLEVEL_PROFILE进一步加工.生成的刀路轨迹如图6所示. 2.3 流道粗加工多叶片粗加工工序是部件类型特定的粗加工工序.这种工序允许对多叶片类型的部件进行多层、多轴粗加工.粗加工是自上而下进行的，可定义多层切削、切削模式、深度、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角、刀轨和刀轴光顺、毛坯几何体或IPW.所生成的刀路轨迹如图7所示.2.4 流道精加工使用流道精加工工序可为多个流道创建精加工刀轨，通过选择合适的切削模式、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角、刀轨和刀轴光顺得到如图8所示精加工刀路轨迹.在流道精加工工序中不需要包覆几何体，不加工圆角(圆角加工属于叶片精加工工序的范畴，流道精加工不切削相邻叶片的圆角).2.5 叶片精加工使用叶片精加工工序可自叶片和叶片圆角向下精加工到叶毂.叶片精加工是特定于部件类型的精加工工序，这些工序允许对多叶片类型部件的叶片或分流叶片进行多轴精加工.可以定义切削侧、切削模式、切削层、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角.生成的刀路轨迹如图9所示.2.6 主叶片圆角精加工使用多叶片圆角精加工工序精加工多叶片叶轮和叶盘的圆角区域.加工时可以先使用较大的刀具精加工叶片，然后使用较小的刀具精加工叶片和轮毂之间的区域.操作选用BLEND_FINISH，圆角精加工中，要加工的几何体选择叶根圆角，选择合适的驱动模式、刀毂编号、叶片编号、步距、切削模式、顺序、切削方向、起点等.生成的刀路轨迹如图10所示.UGNX/IS&V(Integrated Simulation and Verification)模块是一个功能强大的集成仿真验证专用模块，用于模拟刀具路径以及整个数控机床的切削过程.它可以建立与实际生产加工中的数控机床完全一致的精确运动模型，以使模拟仿真结果完全符合实际情况[4].在此过程中可以捕捉在加工过程中产生的任何问题，然后把这些问题反馈给设计人员以修改零件；可以检测任何机床部件之间的干涉碰撞，例如工装、刀具、工件等；可以预览所有的加工操作，例如宏、子程序、循环、M、G、H等命令，提高了加工质量，消除了昂贵并且耗时的试加工验证和干切削验证，减小了机床、工件、夹具损坏的可能性.图11是采用系统提供的机床进行的IS&V 仿真.针对逆向模型，采用如上方法编制的程序，用五轴联动加工中心加工的整体叶轮如图12所示.针对整体叶轮样品，应用三坐标测量机测量出关键点云，基于UGNX对点云做逆向建立了三维模型.对带分流道的典型复杂叶轮，进行了五轴数控编程，实现了流道、主叶片及流道圆角的五轴编程与加工.通过UG/IS&V机床加工仿真，分析机床加工过程，排除错误，最终加工出了合格的整体叶轮.【相关文献】[1] 修春松，安鲁陵，戚家亮. 整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成[J]. 机械制造与自动化，2011(4)：165-168.[2] 张世民，郭锐锋，彭健钧. 五轴数控加工仿真中刀具扫掠体的计算[J]. 组合机床与自动化加工技术， 2010(6):10-13.[3] 姬俊锋. 复杂整体叶轮数控加工关键技术研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2009.[4] 陈文涛，夏芳臣，涂海宁. 基于UG&VERICUT整体式叶轮五轴数控加工与仿真[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012(2)：102-105.。
UG五轴数控编程
〔1、+ZM轴 指定刀轴矢量沿加工坐标系的+Z方向.用这种方 法控制刀轴,则"可变轴曲面轮廓铣"变为"固定轴 曲面轮廓铣".
〔2、指定矢量 通过"矢量构造器"对话框构造一个矢量作为 刀轴矢量.这种方法也是固定轴,但刀轴可以不 是＋Z轴方向. 〔3、相对于矢量 在指定一个固定矢量的基础上,通过指定刀
UG五轴数控编程
周云曦 2015.6
一、UG可变轴曲面轮廓铣
目前具有多轴编程功能的CAM软件种类很 多,其中UG软件是较为常用的软件之一.在UG 中,多轴机床编程应用最多的功能是"可变轴曲 面轮廓铣".可变轴曲面轮廓铣,是通过驱动面、 驱动线或驱动点来产生驱动轨迹路径的,把这 些驱动点按照一定的数学关系的投影方法,投 影到被加工的曲面上,再按照某种规则来生成 刀具路径的.在"可变轴曲面轮廓铣"中,刀轴矢 量可以在加工曲面的不同位置,根据一定的规 律变化.
投影矢量方向如图所示：
4、刀轴矢量
刀轴矢量的定义为加工中刀尖指向刀柄的方向. 与投影矢量一样,刀轴矢量也是一个可变矢量； 同时刀轴矢量也是只需要考虑其方向,不需要考 虑其长度的.
刀轴矢量可以通过指定参数值定义、也可以定 义为与工件几何或驱动几何成一定的关系,或是 根据指定的点或直线来定义.刀轴矢量的具体定 义方法有以下二十种：
选择曲线或点作为驱动几何后,会在图 形窗口显示一个矢量方向,表示默认的切削 方向.对开口曲线,靠近选择曲线的端点是刀 具路径的开始点.对封闭曲线,开始点和切削 方向由选择段的次序决定.在曲线与点方法 中,有时可以使用负的余量值,以便刀具切削 到被选零件几何表面里面.
⑷螺旋驱动：
通过从一个指定的中心点向外作螺旋移动 来得到驱动点的方法,这些驱动点是在过中心 点、垂直于投影矢量方向的平面内生成的,然 后沿着投影矢量方向投影到零件几何上形成 刀具路径,一般用于加工旋转形或近似旋转形 的表面或表面区域,与其他驱动方法不同,螺旋 驱动方法创建的刀具路径在从一刀切削路径 向下一刀切削路径过度时,没有横向进刀,也就 不存在切削方向上的突变,而是光顺地持续向 外螺旋展开过度.能保持恒定切削速度的光顺 切削,特别适合高速加工.
基于UG和i5M8.4智能五轴加工中心的叶轮加工
叶轮的 ＵＧ 自 动 编 程 中 余 量 及 公 差 参 数 设 置 如
下：在 多 叶 片 粗 加 工 工 序 的 参 数 中 设 置 加 工 余 量 为
０．５０ｍｍ，内公差、外公差 均 设 置 为 ０．０３ ｍｍ；在 叶 片
精 加 工 、圆 角 精 加 工 、轮 毂 精 加 工 工 序 的 参 数 设 置 中 设
２０００ ｍｍ／ｍｉｎ。
２．３ 几 何 体 设 置 设置几何体 ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ，双击 ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ，设置部件
为导入的叶 轮 模 型。 毛 坯 为 提 前 建 好 的 模 型，如 图 ２
所示。双击
，设 置 叶 轮 的 轮
毂、叶片、叶片圆角、分流叶片等几何参数。
图 １ 叶 轮 零 件 图
图 ２ 叶 轮 毛 坯
２．４ 刀 具 设 置
工。随着 ＣＡＤ／ＣＡＭ 技术的不断更新与发展，越 来 越 多的 ＣＡＭ 软件都通过刀轴控制和 加工 区 域选择 的方 法 来 加 工 叶 轮 ，但 其 刀 路 的 创 建 相 对 要 复 杂 很 多 ，即 使 经验丰富的编程人员也需大量时间进行编程 。 ［１］ 针 对
这一问题，ＵＧ 开发了叶轮的专 用加工 模块，简 化 了 叶 轮 的 自 动 编 程 过 程 ，从 而 提 高 了 生 产 效 率 。
新建刀具直径为４ｍｍ 的硬质合金球头铣刀。
３ 叶 轮 加 工 程 序 编 制
３．１ 多 叶 片 粗 加 工
点击 图标，选 择 加 工 类 型 为
，
如图 ３ 所 示，点 击 ，选 择 多 叶 片 粗 加 工 工 序。 设 置
多 叶 片 粗 加 工 参 数 ，切 削 模 式 选 择 往 复 上 升 ，其 他 参 数
如图４所示。对非切 削 移 动 参 数 中 的 “转 移、快 速”进
UG软件在五轴加工中的应用
五轴加工的优越性
五轴加工是在三轴加工的基础上加两个旋转轴 来实现刀轴的X、Y、Z、A（B）、C（B）运动。 五轴加工有很多优越性，如扩大了加工范围、提 高了加工效率、提高了加工精度等，因此五轴加 工应用越来越广泛同时也较三轴加工要复杂得多。 五轴加工的应用领域：汽车、模具、航空、航天、 空调等行业。现在能够支持五轴联动加工控制系 统大多有海德汉、菲迪亚、法拉克、西门子等。
对叶轮流道进行精加工程序编制
五、对叶轮流道进行精加工程序编制 插补刀具轴 ，生成以下刀轨。
计算机仿真加工
计算机仿真加工是叶轮数控加工中最重要的环节，是整个数控加工工作的基础， 分为两个部分： 1）进行后置处理之前的仿真，是针对刀轨文件在CAM软件中参数设置的检查， 观察是否有过切，欠切及碰撞； 2）后置处理之后的仿真，是对生成的NC程序模拟数控加工，检查其后置处理 后NC程序是否正确； 对生成的数控加工刀轨文件进行仿真加工，可以在CAM软件中进行，也可以用 专门的仿真软件进行。
刀轴控制方法
3、垂直于驱动面控制刀具轴；每一个驱动点的刀轴都垂直 于驱动面，球头铣刀的球心V=0。
垂直于驱动面控制刀具轴
刀轴控制方法
4、相对于驱动面控制刀具轴；每一个驱动点的刀轴都与驱 动面在空间成一定角度。
相对于驱动面控制刀具轴
刀轴控制方法
5、直纹面驱动控制刀具轴；利用直纹曲面来驱动刀具轴， 保持刀具轴与驱动几何平行，从而控制刀具轴的驱动轨迹。
插补驱动控制刀具轴
刀轴控制方法
6、插补驱动控制刀具轴；可以通过在指定的定点定义矢量 方向来控制刀具轴当驱动或零件几何非常复杂时，又没有 附加刀具轴控制几何体时，可采用插补驱面我们分析叶轮的三维模型，可以看到叶片的型状，叶 片的分布，流道的形状，在加工叶片，流道时刀具轴必须要 控制在一定轴的空间范围以免加工时产生与叶片相碰，造成 过切或欠切，以满足零件加工的需要。
叶轮叶片加工
多叶片复杂曲面零件的设计与五轴模拟加工1.1 加工任务整体叶轮的零件视图如图1所示图1 叶轮零件针对本零件，本例中将进行叶轮底部圆弧面的加工。
此工件的毛坯为圆棒料，材料牌号为钛合金TC4.采用专用的夹具将其底面固定安装在机床C轴上。
本例中我们将完成叶轮圆弧底面的精加工。
1.2 加工工艺方案通常情况下，在大部分制造场合，单片叶轮的叶片多采用锻造方式做成毛坯，整体式叶轮类零件的毛坯多采用铸造的方式形成，然后采用3～5轴数控机床进行半精加工或精加工，特殊情况下可能还采用人工抛光的方法，形成最后的精加工。
本例中，我们就介绍整体式叶轮在5轴数控机床上的精加工工作。
（1）刀具选择：R4的球头棒铣刀（或选用锥度球头铣刀）（2）加工坐标原点的设置：工件零点取在叶轮圆弧底面大圆140的圆心点上。
（3）加工设备：五轴联动数控机床。
1.3 编程操作(设置零件加工程序)在UG NX4软件系统中对此零件进行编程的操作步骤如下：1.建立刀具路径文件夹（1）单击菜单栏中的“文件”→“打开”命令，从UG NX4文件浏览器窗口选择“train11.prt”文件并单击“确定”按钮将其打开，如图2所示。
图2 在UG NX4 中进入造型文件的NX加工界面（2）选择加工环境1)单击（起始）图标，单击“加工”命令，弹出“加工环境”对话框。
如图3所示。
2）在“CAM进程配置”列表框中选择“mill→multi→axis”，结果如图4所示。
图3“加工环境”对话框图4选择多轴铣加工配制3）在“CAM设置”列表框中选择“mill→multi→axis”，单击“初始化”按钮，进入加工过程的创建界面，弹出如图5所示的“加工创建”工具栏。
2. 创建加工方法（1）单击“加工创建”工具栏中的（创建方法）工具，弹出“创建方法”对话框，如图11→6所示。
图5“加工创建”工具栏图 6“创建方法”对话框（2）在“类型”下拉列表框中选择“mill→multi→axis”（3）在“父级组”下拉列表框中选择“MILL→FINISH”。
UG自动编程的叶轮加工(五轴联动加工中心)毕业设计
重庆三峡学院毕业设计（论文）题目UG自动编程的叶轮加工（五轴联动加工中心）院系应用技术学院专业机械设计制造及其自动化年级08 机械完成毕业设计（论文）时间2011 年12 月目录摘要第一章：绪论1.1：五轴联动简介1.2：五轴联动加工中心的特点1.3：五轴联动加工中心的分析1.4：五轴联动加工中心的应用领域第二章：FANUC系统编程方法2.1 FANUC系统概述2.2 FANUC系统编程指令第三章：叶轮轴加工的工艺分析3.1概述3.2零件三维模型与零件图3.3叶轮轴的加工工艺分析第四章：叶轮轴加工的UG自动编程4.1 建立零件的UG三维模型4.2 叶轮轴加工的UG自动编程4.3 叶轮轴加工的UG程序后处理第五章：总结致谢语参考文献基于UG自动编程的数控铣削加工牟松重庆三峡学院应用技术学院机械设计制造及其自动化08机械重庆万州 404000摘要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、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。
目前，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、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
关键字五轴联动加工中心UG 自动编程第一章：绪论1.1：五轴联动简介所谓五轴加工这里是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标)，而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。
1：对于五轴立式加工来说，必须要有C轴，即旋转工作台，然后再加上一个轴，要么是A轴要么是B轴。
2：主轴头旋转类型，立式结构的两个回转轴A，C轴。
该机床将A，C回转轴设置在主轴上。
铣头绕Z轴旋转360度形成C轴，绕X轴旋转±90度形成A轴。
这样的结构形式工作台上无旋转轴。
3：工作台旋转类型，工作台绕X轴旋转，工作台绕Z轴旋转，主轴无需摆动。
4：工作台绕Z轴旋转，主轴头绕Y轴摆动称B轴。
浅谈利用UG对整体式叶轮进行编程
浅谈利用UG对整体式叶轮进行编程朱健江苏省常州技师学院摘要：整体式叶轮是一典型的结构复杂的曲面零件，从毛坯到一个成型的叶轮需要经过很多关键环节，也运用到了很多先端的制造技术，从而其数控加工技术也一直是制造难点。
要加工一个整体式叶轮需要我们了解其数控编程，后置处理（制作特定后置文件），虚拟仿真，以及对多轴数控机床操作等技术。
当然这也就代表着我们需要熟练地去运用好一些计算机辅助制造软件，要了解、掌握这些软件各个功能的用途,以及各个功能的参数设置的改变对加工效果的影响，同时在操作过程中要多分析，多总结，多思考和研究一些编程技巧，提高工作效率和质量。
目前市面上的CAM软件很多，国外应用于整体式叶轮的五坐标加工专业软件有美国北方研究工程公司发行的MAX-5、MAX-AB专业软件包,德国OpenMill公司的HyperMill等专用叶轮加工软件，当然由于各种原因国外的有些软件或某些软件的某些功能对我国实行了技术封锁；除了专业软件外一些通用软件也可以实现对叶轮的加工，如： UG、PRO/E、CATIA、Cimatron 等。
除了以上一些国外软件外，我国自主研发的CAD/CAM软件CAXA制造工程师也是一款不错的软件，也支持叶轮加工。
本文运用NX7.0软件对叶轮对其编制CNC程序。
关键字；叶轮数控编程后置处理虚拟仿真叶轮的编程１、叶轮结构形状、毛坯选用、及装夹方法１.１需加工的叶轮结构图本文选用的为八叶片整体式的开式叶轮，具体形状如图1.1.1,1.1.2,1.1.3及1.1.4所示。
图1.1.1图1.1.2 叶轮正等侧视图图1.1.3 叶轮左视图图1.1.4 叶轮俯视图1.2叶轮毛坯的选材及一些预处理（1）选材由于叶轮一般都用于一些重要的场合，同时也在发挥着重要的作用，所以对其的刚性，硬度，抗疲劳强度（有些场合也要考虑其在高温下的工作性能）有这较高的要求。
叶轮的毛坯一般都选用精锻件，根据用途的不同选用不同的合金材料，在加工过后还可以对成型的叶轮进行涂覆防磨涂料或表面喷焊来增加其耐磨性和对其喷涂耐腐层来增加耐腐蚀性。
基于UG与Vericut的五轴数控编程及加工仿真
（ 贵州 交通 职 业技术 学 院 汽 车工 程 系 ， 贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ ８ ） 摘要 ： 复 杂 曲面 的五轴数 控 代码繁 多复 杂 ， 采 用人 工检 查 、 试切 和 机 床 空运 行 的代 码检 测 方 法耗 费人 力物 力 ， 造成 资 源浪 费。针 对这 个 问题 ， 文章 以 曲面 产品 为例 ， 首先 在 Ｎ Ｘ ８ ． ０的 Ｃ Ａ Ｍ 模 块 里 面规 划 生成 该 曲面加 工 的刀轨 数 据 ， 再根 据 特 定 的 五轴 数 控 机床 构 造 后 置 处理 器 ， 生成该 曲 面的 五轴 数 控 加 工代 码 ， 最后 在 Ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 里 面建 立机 床 仿 真 模 型 ， 对 数控 代 码 仿 真 。 通过 仿 真 结 果 ， 修 改 了错 误 的 数控代 码 ， 并对 代码 进行 了优 化 和残 留过切 检 查 ， 得 出 了该 方 法在五 轴 数控 编 程 、 数 控 代码 检 查 方 面
的优越 性 。
关键词 ： 五轴数 控 ； 仿真 加 工 ； 五 轴加 工 中图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｆｉ ｖ ｅ Ａｘ ｉ ｓ ＮＣ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎｇ ａ ｎｄ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎｇ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃｏ ｍ ｐｌ ｅ ｘ Ｃｕ ｒ ｖ ｅ ｄ Ｓｕ ｒ ｆ ａｃ ｅ
ｍｉ ｚ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉｖ ｆ ｅ ａ ｘ ｉ ｓ ＮＣ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ ｎｄ ａ ＮＣ ｃ ｏ ｄ ｅ ｉ ｎｓ ｐ ｅ ｃ ｉｏ ｔ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ：ｆ ｉｖ ｅ ａ ｘ ｉ ｓ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ；ｆ ｉｖ ｅ ａ ｘ ｉ ｓ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ
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第37卷第6期2016年12月大连交通大学学报
JOURNAL OF DALIAN JIAOTONG UNIVERSITYVol. 37 No. 6
Dec. 2016
文章编号：1673- 9590 (2016) 06- 0099- 04
基于UG8.0的整体式叶轮五轴数控加工研究魏岩\韩旭、兰海2,阎长里1(1.大连交通大学机械工程学院，辽宁大连116028;2.大连创新零部件制造公司，辽宁大连116028 ) +
摘要：通过对整体式叶轮结构特点和加工难点进行分析，合理的安排了数控加工工艺过程.利用
UG8.0叶轮加工模块进行刀具轨迹的规划，进而生成数控程序.为保证程序的合理性，使用VERICUT数 控仿真软件对程序进行仿真，生成了符合实际加工要求的NC代码.最后在机床实际加工，验证了叶轮 加工工艺安排的合理性及可行性.
关键词：整体式叶轮;加工工艺;UG8.0;VERICUT
文献标识码:A
〇引言整体式叶轮作为典型的透平机械动力系统上 的关键部件，普遍应用在航空航天、水利等各领域‘ 基于整体式叶轮叶片薄、曲面扭转角大、数量多、叶 片之间空间狭窄的特点，加工时易产生碰撞、过切 等问题，是典型复杂曲面类零部件[1].目前，CAD/ CAM技术对于加工整体式叶轮的方法研究比较 多，已出现的成熟的商业软件，包括应用面比较广 泛的UG，MASTERCAM等软件，更有诸如POWER- MILL ，HYPEMILL 等专业智 能软件.由于 UG 在此 类软件中具有较好的造型功能和较强的五轴编程 功能，所以在数控加工中应用比较广泛.在生产加工中，刀具与机床、工件之间的碰撞 和干涉很难测量和计算，这给保证加工过程的顺 利进行带来了问题.基于VERICUT强大的加工仿
真功能，在实际加工之前就能完成加工工艺和数 控程序的校验，得到满足加工要求的NC代码，从 而保证实际加工的准确性和合理性[2].本文采用 UG8.0专业叶轮模块进行编程，运用VERICUT 进行模拟仿真，制定出了较为合理的加工工艺.
1整体式叶轮数控加工工艺规程1.1整体式叶轮结构特点和加工难点分析整体式叶轮结构主要由轮毂、叶片和叶根圆
角三部分组成•其中，叶片曲面由压力曲面、吸力 曲面和包覆曲面构成(如图1)[3].
整体式叶轮的主要结构特点是叶片采用扭转 角度较大的复杂曲面、叶片与流道面之间需要圆 角过度以保证叶根部的强度，这给加工叶轮带来 了很大的难度.整体式叶轮加工如下：(1) 整体式叶轮各流道面比较狭窄，与之相 连的叶片较长且厚度薄，造成其刚性相对较低，加 工中易产生形变；(2) 所用刀具直径相对较小，加工中易产生 让刀、震颤、断裂等问题；(3) 叶片曲面扭转角大，叶片之间相对较窄， 加工时刀具方向不易控制，容易发生碰撞、过切等 问题.基于以上加工难点，综合考虑整体式叶轮各
来收稿日期=2016-04-11
基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（201602139)
作者简介:魏岩(1962 -)，女，讲师，学士，主要从事数控及数字化制造技术方面的研究 E-mail：weiyanl5998426621@ 126. com.100大连交通大学学报第37卷
结构特点，本文制定出一套较为合理的叶轮五轴 数控加工工艺规程[4].1.2整体式叶轮数控加工方案 1.2.1刀具选择刀具的选择对于整体式叶轮加工具有重要作 用，采用合适的刀具类型及材料既能够保证所需 加工精度要求，同时也能够延长刀具的使用寿命， 提髙生产效率.本文中整体式叶轮毛坯材料采用铝合金，为 提高加工效率，保证加工质量，做出如下几点工艺 安排：(1) 针对流道开粗吃刀量大的特点，选用刚 性较高的圆鼻刀以提髙加工效率；(2) 流道及叶片的半精加工选用较大直径的 球头刀；(3) 由于叶根部圆角为1. 5mm，故采用球头 半径与叶根圆角相同，且锥度为2°的球头锥形刀 对叶片和叶根圆角进行精加工.1.2.2粗加工过程(1) 本次加工所用毛坯尺寸为少90 X 70，为 了利于切削，首先对叶片以上部分先进行开粗.开 粗方式选用型腔铣，刀具选用少1〇尺2圆鼻刀，刀 轴设置方向.刀轨设置中，采用跟随周边模 式，刀具百分比选择70.切削层中范围深度5mm， 每刀的深度1 mm.切削参数中加工余量1 mm.其 余默认.所得刀具路径如图2(a)所示.(2) 流道粗加工.为了提高加工效率，对于流 道的粗加工采用3 + 2定轴开粗的方法.同样，采用型腔铣的方法，刀具选用圆鼻刀，刀轴为 指定矢量，刀轴方向为加工坐标I轴方向，采用 跟随部件模式，刀具百分比选择50，每刀的切削 深度为1 mm.切削参数中，部件侧面余量与底部 余量均设为1 mm，其余默认.所得刀具路径如图2 (b)所示.1.2.3半精加工过程(1) 流道半精加工基于叶片扭转角大且成波 浪形，粗加工后余量不均勻，影响精加工质量.这 里设置半精加工工序，保证余量加均勻[5].流道 半精、精加工均采用模块化编程方法，打开叶轮加 工模块，设置叶毂、包覆面、叶片、叶根圆角.在驱 动方法中，设置前缘、叶片边缘点、沿叶片方向，相 切延伸为2 mm，后缘与前缘相同，指定起始位置. 驱动设置中，切削模式设为往复上升，步距设为恒 定，最大距离为〇. 5 mm.刀具选择D6/?3锥度2。， 刀轴设为自动，切削参数中叶片余量为〇. 6 mm、 叶毂余量为〇. 5 mm，其余默认.所得刀具路径如 图2(c)所示；(2) 叶片半精加工在叶片精加工驱动方法 中，精加工的几何体选择叶片，切削面选择左面、 右面、前缘，切削模式为单向，其余默认.刀具选择锥度2°，刀轴为自动.切削层中，深度模式 设为从包覆插补至叶毂，每刀深度为〇. 4 mm.切 削参数中，包覆余量设为〇、叶片余量为〇. 4 mm、 叶毂余量为〇. 5 mm，其余默认.所得刀具路径如 图2(d)所示.
(h)图2基于8.0刀具路径图第6期魏岩，等:基于UG8.0的整体式叶轮五轴数控加工研究1011.2.4精加工(1) 叶片以上部分精加工采用深度加工轮廓 方法，刀具选择少1〇/?2圆鼻刀，刀轴设置ZM方 向.每刀切削深度为1 mm.在切削参数中，范围深 度选择从叶轮顶部往下2. 5 mm.在切削参数中， 加工后余量均为〇，刀具沿部件斜进刀，斜坡角为 5°，所得刀具路径如图2 ( e)所示.(2) 流道精加工流道精加工设置与半精加工 设置大致相同.驱动方法中步距最大距离 0. 1mm.切削参数为叶片余量0. 4 mm，叶毂余量 〇，其余默认.所得刀具路径如图2 ( f)所示.(3) 叶片精加工叶片精加工设置与叶片半精 加工设置类似.切削层每刀的深度距离〇. 1 mm，切 削参数余量〇，其余默认.所得刀具路径如图2(g).(4) 圆角精加工选择圆角精加工模块，刀具 选择D4K2锥度2°，为了保证叶根圆角、叶片及轮 毂之间相接面光顺，设置刀路在轮毂和叶片上各 偏置0. 2、0. 3.步距设为0. 1 mm，其余默认.所得 刀路如图2(h).1.3后置处理本次实验采用的是SIEMENS840D系统，通 过对UG后处理器进行适当设置，得到符合机床 及系统的后置处理文件，从而生成NC代码.如图 3为流道精加工程序.CYCLE800()TRAFOOF GO BO C=DC(0)T03M06D01FFWONSOFTCOMPCADG642S6000 M03G01 B8.549 C=DC(317.332) F2000 FGROUP (X, Y, Z, B, C)GO XO. 0 Y0. 0 GO ZO. 0 CYCLE800 0 TRAORIG01 X41.874 Y32. 619 F3500.X41.874 Y32. 619 Z13. 01 B8. 549 C=DC (317. 332) M08 X37. 162 Y36. 962 Z-29. 623 B8. 549 C=DC (317. 332)X36. 893 Y36. 733 Z-29. 793 B8. 549 C=DC (317. 332) F1500.X36. 615 Y36.484 Z-29. 916 B8. 549 C=DC (317. 332)X36.333 Y36. 221 Z-29. 989 B8.549 C=DC(317.332)X36. 051 Y35. 949 Z-30. 012 B8. 549 C=DC (317. 332)X35. 269 Y35. 176 Z-30. 006 B8. 549 C=DC (317. 332)X35. 153 Y35. 008 Z-30. 005 B8. 549 C=DC (317. 332)X35. 059 Y34. 803 Z-30. 003 B8. 549 C=DC (317. 332)X34.743 Y33. 734 Z-29. 998 B8.549 C=DC(317.332)X34.664 Y33.454 Z-29. 996 B8. 549 C=DC(317.332)X34.348 Y32. 519 Z-29.991 B8. 549 C=DC(317.332)X34.205 Y32. 14 Z-29. 988 B8.708 C=DC(318.97)
图3 NC代码
2 VERICUT加工仿真VERICUT可以根据需求建立与实际加工一致 的控制文件、机床模型，并且可以导入加工所用工 件和毛坯的模型文件.在加工仿真过程中对刀具路 径和切削状态进行交互式模拟，加工过后可以准确 的检验工件精度及NC代码，获得理想结果[6] •(1)导入控制系统.VERICUT可多个控制系 统进行仿真模拟，诸如FANUC，SIEMENS，HEI- DENHAIN等.本此实验选择系统为SIE- MENS840D•打开VERICUT7.4.1，创建“新毫米项 目”，在“控制”中添加SIEMENS840D系统即可.⑵导入机床、模型和毛埋• VERICUT自带多种类 型机床，本次仿真所用机床为dmg_mori_nmvl500.在 “工位1”下面的机床添加机床“dmg 一mori 一nmvl500' 将事先保存好的毛滅模型的“STL”文件^别导入至 “Fixture ” 下面的“ Stock” 和“ Design” 中.(3)建立坐标系.点击“坐标系统”，进而“添 加新的坐标系”，通过旋转、移动等方式可以将坐 标系移动到指定的位置（即加工坐标原点）.⑷G代码偏置•此设置即为实际加工的对刀环 节，如若设置有偏差则会影响加工仿真的效果.点击 “G代码偏置”，将“偏置名”改为“基础工作偏置”， 其余默认，点击添加.选择从“组件”到“坐标原点”， 相应的名字分别改为“Tool”和“C—1”即可.(5) 添加刀具.右键点击“加工刀具”，进入 “刀具管理器”，创建本次加工所需刀具.在此可 以对刀具的切削部分、刀杆、刀柄进行相应的设置 并保存，保证加工仿真正确无误.(6) 添加数控程序.右键“数控程序”，点击 “添加数控程序文件”，将事先保存好的程序文件 导入“数控程序”中，顺序按照粗-半精-精加工 依次导入.完成加工仿真前期准备.(7) 仿真结果.点击右侧“仿真至末端”按钮， 通过左侧条形框可设置仿真速度，开始整体式叶 轮数控加工仿真，仿真结果如图4所示.