基于UG的整体叶轮五轴高速铣加工研究

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1、技术交流TECH.DISCUSSIONTECH.DISCUSSION技术交流基于UG的整体叶轮五轴高速铣加工研究北京兴华机械厂张小东体叶轮作为动力机械的关键部件，OPS650上实现整体叶轮的高质、高效加工的整广泛应用于航天航空等领域。由于实例。结构复杂，整体叶轮数控加工技术一直是制造行业的难点，从叶轮的几何结1待加工叶轮特点构可以看出，加工轨迹规划的约束条件比较本文所介绍的叶轮形状不同于一般叶轮，多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易它有2片一级叶片，4片二级叶片。轮毂进产生碰撞干涉，所以加工整体叶轮，通常需口处直径6mm，出口处直径11mm，进口叶要通过CAM软件在CNC机床上进行。由

2、于叶片高度4.2mm，出口叶片高度2.4mm，叶片片固有的特性，几乎所有的叶轮加工都需要5厚度最薄处0.23mm，相邻叶片间最小间距为轴联动才能加工到其几何形状的每个角落，2.7mm。特别是两片一级叶片在轮毂上盘旋这5个自由度用于控制空间刀尖和刀轴方位。向上，扭角非常大，这给加工带来了很大困难。机床具有足够的轴向行程和精度对于加工整如图1所示。体叶轮也非常重要。在数控机床的应用中,数控铣床（加工中心）占有很大的比重，应用最广，其中高速铣以其高效、高精度、高表面质量等特点，近年来日益受到用户的青睐。高速主轴和快速工作进给配合可提高切削效率，缩短生产周期，降低生产成本，甚至可以代替抛光、电火

3、花加工，并且效率、精度、表面质量更高。德国OPS-INGERSOLL公司是世界领先高速图1整体叶轮三维造型图铣和电火花设备制造商，OPS系列是为高精度模具加工、电极加工、精密零件加工要求根据该叶轮结构特点，为了提高整体叶轮而设计的，其OPS650和OPS850可选配五轴。的强度，毛坯采用锻压件，然后进行基准面本文主要介绍利用UG在高速铣加工中心的车削加工，加工出叶轮回转体的基本形状。作者简介：张小东（1979-），男，北京人，工程师，主要从事机械制造工艺技术的应用研究工作。Email:bestzxd2002@yahoo.com.cn50DefenseManufacturingTechno

4、logy

5、2009.08.第4期TECH.DISCUSSION由于此叶轮结构比较特殊，没有比较整体叶轮CAD/CAM主模块好的装夹位置，特在叶片出口下方留有一个工艺柄作定位装夹用，待加工叶轮CAD造型刀位轨迹生成加工仿真通用后置处理完成后再将工艺柄去除。毛坯形状如图2所示。轮毂叶片叶沟圆片槽角刀具加工三五型运动过程曲曲轴轴值轨迹动态线面点仿真仿真图3整体叶轮的CAD/CAM系统系统结构图图2毛坯形状三维造型图刀，并保证槽底与轮毂表面留有一定进给速度同流道的精加工。的加工余量。其中平底锥柄棒铣刀为值得一提的是，以上程序都要经2高速铣设备的选择硬质合金刀具，其规格为：平底部分过分度、旋转，加

6、工完全部的流道或加工整体叶轮需要五轴联动的数直径为2.5mm，半锥角为2º，刀具叶片再执行下一个程序，以保证应力控机床，以实现刀具矢量在空间的运柄部直径为6mm，带锥部分长度为均匀释放，减少加工变形误差。另外，动。选择机床还需考虑以下因素:机20mm。选用的主轴转速为15000r/所选用的刀具、切削参数等都要在加床各轴的最大行程、旋转工作台的摆min，进给速度为600mm/min。在工经验的基础上，综合零件材料、零动范围、机床功率等。经过对叶轮OPS650数控机床的控制面板上备有件强度、刀具强度、刀具磨损、加工参数的分析,OPS650完全满足要求,主轴转速、进给速度修调（倍率）开关，效率

7、等多方面的因素，经过试验最终它带有一个绕Z轴旋转的C轴和绕可在加工过程中根据实际加工情况对确定比较优化的参数。X轴摆动的A轴,X行程700mm,Y主轴转速、进给速度进行调整。行程550mm,Z行程450mm,A轴4数控程序编制过程摆动角度180º（-120º~60º）,C轴3.2叶轮流道的精加工用UG进行数控编程时，通常以旋转角度不限,最高转速42000rpm，在均匀余量下进行的精加工，为图4所示的流程图为引导，创建各操并且具有RTCP功能，支持RTCP编保证良好的表面加工质量，流道精作的刀位轨迹，这项工作贯穿工艺设程加工。加工采用球头铣刀，加工时刀柄要计和加工的整个过程。注意避开叶型留

8、有的精加工余量。其4.1设置父节点组3加工流程中球头铣刀为硬质合金刀具，其规格（1）在刀具节点下，加入加工中整体铣削叶轮加工是在五轴数控为：球头部分直径为1.6mm，半锥角用到的所有刀具，并设置其刀具参数；加工中心上使轮毂与叶片在一个毛坯为2º，刀具柄部直径为5mm，带锥（2）在几何节点下，选择毛坯、上一次加工完成，它可以满足叶轮产部分长度为20mm。选用的主轴转速设置加工坐标系、选择避让几何为叶品强度要求，曲面误差小，动平衡时为1