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基于UG的叶轮高速铣削加工技术研究 【摘要】本文针对整体叶轮的特点，结合高速切削技术和多轴数控加工技术，总结出适合整体叶轮高速铣削所需要的刀具和切削用量等参数，制定数控加工工艺方案，并实现计算机刀路轨迹仿真。最后，针对5轴铣削加工中心创建专用后置处理程序，得到完备的数控加工仿真文件、NC程序和最优车间文件，并实现叶轮实体加工。 【关键词】整体叶轮；高速铣削；UG Research of high speed milling machining technology based on UG software 【Abstract】Considering the characteristic of integrated impeller and the feature of HSC, this paper gives the prime procedure of milling integrated impeller. Analyzing cutting tools and cutting parameters, the tool tracks and machining simulation are demonstrated. After simulating the machining tool path, an integrated impeller is machined by 5-axis machining center HERMLE. 【key words】Integrated Impeller HSM UG 0 引言 整体叶轮是一类具有代表性且造型复杂的零件，其形状特征明显，工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。 传统的叶轮加工方法是叶片与轮毂采用不同的毛坯，分别加工成形后将叶片焊接在轮毂上。此方法不仅费时费力，且叶轮的各种性能难以保证。高速铣削技术、五轴数控加工技术解决了复杂外形零件，特别是复杂曲面的加工瓶颈，极大地提高加工效率，缩短产品的制造周期，提高产品的质量。因此通过研究整体叶轮的五轴高速铣削加工工艺，能够大幅度地提高复杂曲面类零件的制造水平。 1 高速切削加工技术 1.1高速切削的本质变化 高速切削加工的切削力小，切削容易形成，且元件吸收热量少，工件温度低，这对提高金属切除率、解决切削变形、热效应等有很大的好处。概括起来，高速切削加工的本质变化可用图1.1表示。 1.2 高速切削关键技术 高速切削涉及很多方面，是一个系统工程。但主要影响因素有五项：即材料、刀具、机床、工艺、工件。研究高速切削必须从工艺与机床这个核心出发。而高速加工工艺技术是高速切削技术领域中极为关键的支撑技术群，也可认为是其使能技术，包 工艺规划系统、自动编程技术、数控刀具设计和制造、刀具预调和管理、建立优化切削参数数据库以及工艺优化设计技术等。高速切削关键技术如图1.2所示。 图1.1 高速切削的本质变化 图1.2高速切削关键技术 1.3 5轴联动铣削加工中心 5轴联动铣削加工中心是指在三个平动坐标轴基础上增加两个旋转坐标轴同时驱动，且五个轴可以联动，刀具可以在给定的空间内任意方向运动，可以根据被加工零件的形状需要，使刀具与工件表面形成任意的角度，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力，获得更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于薄壁零件以及大型复杂曲面类零件，如结构复杂且为空间曲面的叶片、整体叶轮以及螺旋桨叶等零件的高效高质量加工，是整体叶轮加工的绝佳选择。 2 UG环境下整体叶轮的参数化建模 叶轮自由曲面可以分为两部分：叶片曲面和轮毂曲面。叶片曲面由吸力面和压力面组成，示意图如图2.1所示。对于轮毂曲面和包覆曲面分别可由叶片根部曲线和叶片顶部曲线绕Z轴回转而成，故在整体叶轮的建模过程中把叶片的建模放在轮毂曲面和包覆曲线之后。 旋转轴 旋转轴 叶片曲面 叶片根部曲线 叶片顶部曲线 轮毂曲面 子午平面 包覆曲面 (a) (b) 图2.1 叶片曲线示意图 根据上述叶轮几何特点分析，有曲面建模工具创建叶轮模型，如图2.2所示。 图2.2 最终整体叶轮模型 3 整体叶轮加工工艺规划 在安排工序时，为了保证叶轮叶片的加工质量、生产效率、经济性和和加工可行性，要遵循工序集成、基准先行、先粗后精、先主后次、分面加工和先面后孔工序的工艺原则。 整体叶轮的加工划分为二个阶段：粗加工和精加工，粗加工的任务是尽快切除大量整体叶轮各个表面多余的材料，加工出整体叶轮过渡毛坯和叶轮基本形状。另外可根据实际需要设置半精加工工序以平滑粗加工留下的粗糙表面，去除拐角处多余的材料，生成加工余量比较均匀的表面，为精加工作好准备。这两个阶