基于UG的叶轮流道四轴联动数控加工编程分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第21卷第4期Vo1．21NO．4JournalofBeijingInstituteof2013年12月Dec．2013Petro—chemicalTechnology基于UG的叶轮流道四轴联动数控加工编程分析殷业财，梅梅，李峰(北京石油化工学院工程师学院，北京102617)摘要：为了控制复杂叶轮结构的加工精度和加工质量，提出一种基于UG的叶轮流道四轴联动数控加工编程方法，以某典型叶轮为加工对象，确定其加工工艺方案，并采用“相对于驱动体”和“插补矢量”结合的刀轴控制方法，从而避免发生复杂小曲面加工的干涉和跳刀现象。通过合理设定“步距”和“切削步长”来降低加工误差，保

2、证加工精度，从而为结构复杂曲面叶轮的精确数控加工提供参考。关键词：UG；四轴联动编程；曲面；叶轮}加工误差中图分类号：TG5文献标志码：A由于叶轮结构复杂，叶片形状扭曲特异，叶轮槽空间狭小，加工过程中刀轴极易发生干涉碰撞，所以叶轮加工技术一直是机械制造行业所面临的重要课题。叶轮叶片的传统加工制造方法主要有铸造成型后修光法、石蜡精密铸造法、三坐标仿形铣削法等，但这些方法加工效率较低，叶轮的加工精度也难以保证。随着CAD、CAM技术的发展，数控加工技术在叶轮的加工制造中显现出越来越重要的地位。针对图1叶轮模型叶轮叶片的不同形状，可以采用三轴联动数控加工、四轴联动数控加工、五轴联动数控加工的

3、1．1叶轮整体外形的加工方法对叶轮一次加工成型。相比于传统的加工叶轮外形轮廓的加工可以利用数控车床加方法，减少了加工步骤，提高了叶轮强度，节省工至外形尺寸要求，如图2所示。了毛坯材料。笔者利用UG多轴铣削模块中的“四轴联动”方法对叶轮(如图1所示)流道的加工进行分析和设计，确定了叶轮加工工艺方案、刀轴的控制方法、加工误差的分析方法以及操作过程。1叶轮四轴加工工艺方案叶轮加工工艺方案为叶轮整体外形的加图2叶轮外形尺寸工、叶轮流道的粗加工、叶轮流道的半精加工和1．2叶轮流道的粗加工叶轮流道的精加工，具体如下：被加工流道的最大宽度为6．9867mm(见图3)，可以采用三轴型腔铣的加工方法，选

4、用收稿日期：2013-0809直径为4mm的球头刀对2个相邻叶片之问的作者简介：殷业财(1981一)，男，大学本科，助理实验师，E叶轮槽进行粗加工。由于叶片扭曲延伸而形成mail：yinyecai@bipt．edu．cn。28北京石油化工学院学报2013年第21卷涉刀轴范围的确定算法有多面体法、基于点的法设定刀轴矢量。通过设定相对于驱动体不同方法等，但各种算法仍处于探索阶段]。在实的侧倾角来调整刀轴，插补矢量通过调整曲面际加工中，需要通过观察刀具的切削状态，适时上不同点的刀轴矢量使刀轴避免发生干涉和跳修正理论算法，刀轴转动的角度应控制在一定刀现象。范围内，以避免发生干涉和跳刀现象。叶轮

5、流2．4精度控制道由5个空问自由曲面相互拼接构成，扭曲且影响加工精度的因素包括：机床精度、传动狭长。在加工其中1个曲面时容易与另外几个链传动精度、刀具磨损、受力变形等，笔者仅讨曲面发生干涉产生过切，因此笔者采用设定检论如何利用软件参数设置来控制加工误差，保查几何体的方法，将不加工的4个曲面设为检证加工精度。主要方法是设置“步距”和“切削查几何体，加工曲面设为部件几何体(见图7)。步长”。2．4．1步距步距可以控制相邻刀具轨迹之间的距离，他决定刀轨的疏密程度。当用球头刀具对曲面进行铣削时，步距越大，刀轨之间的残留高度越大，将直接影响工件的加工精度和表面质量；步距越小，则刀轨越密集，使加工

6、时间成倍增加，影响加工效率。因此合理的步距设置对加工精图7设定检查几何体度和生产效率有着直接影响。步距的选择与球头铣刀半径、残留高度、曲面的曲率半径等因素同时为了防止跳刀，加工不同曲面刀轴采有关。用相对于驱动体和插补矢量结合控制刀轴的方曲面的步距计算l_3]：球加工(a)凸曲面(b)凹曲面图8凸凹曲面步距计算依据图8中注明的关系可得出凸曲面步距2×143．57×／(143．57+2)===0．394的计算公式：2．4．2切削步长S一2R、_==／(R+r)(1)切削步长是同一条刀路轨迹上相邻两刀位凹曲面步距的计算公式：点之间的距离。切削步长设置的越小，产生的S==2R、／，j了二／(R

7、—r)(2)刀具路径轨迹越接近工件几何表面，加工精度式中，S为步距，R为曲面的曲率半径，H为残越高，所需加工时间越长。数控加工中刀具的留高度，r为球头铣刀刀具半径。曲面的曲率运动轨迹是由给定的曲线函数理想轨迹的已知半径通过UG“分析”功能中的“局部半径选项”点之间进行数据点的密化插补而成，依据插补可得出，残留高度可根据要求的表面粗糙度值运算的基本原理，该曲线是以脉冲当量为单位确定，如要计算图7中加工曲面的步距值，选用对曲线进行有限分段，进而由一