CN108581384A - 一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法 - Google Patents

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朱立达
宁晋生
袁存涛
杨志超
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels

Abstract

一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，步骤为：步骤一：在UG软件中对整体式叶轮进行实体建模；步骤二：在UG软件中创建整体式叶轮加工时的刀具轨迹；步骤三：在UG软件中生成NC程序；步骤四：将NC程序导入Vericut软件中进行仿真加工；步骤五：将NC程序导入真实的四轴数控机床中行现场加工。本发明的基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，提供了一种可行性解决方案，使四轴数控机床拥有了高效率和高质量的车铣加工复杂叶轮的能力，在加工叶轮时能够有效避免刀具与叶片干涉，并且只需一次装夹，大幅度降低了叶轮的加工成本，可以有效保证叶轮的加工效率和表面加工质量。

Description

一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法
技术领域
本发明属于航空叶轮制造技术领域，特别是涉及一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法。
背景技术
随着航空技术的迅速发展，对于航空发动机的性能和寿命要求越来越高，而叶轮作为航空发动机的最关键零部件，需要具备在高温、高压、高强度、高速和重载荷环境下长期运行的能力。在叶轮加工过程中，对叶轮的材料性能和表面质量均有着严格的要求，而叶轮加工也成为了航空发动机制造的重点和难点之一。
对于整体式叶轮来说，其主要包括轮毂、叶片和流道结构，叶片为复杂薄壁自由曲面，其在加工过程中极易发生变形，并且极易出现加工空间受限的情况，从而导致刀具和叶片之间易发生干涉，因此也大幅度提升了整体式叶轮的加工难度。
目前，叶轮主要通过数控铣削、铸造和特种加工方式制造，其中又以数控铣削加工方式最为普遍，其加工设备主要采用五轴加工中心，而加工技术主要为车铣加工技术，车铣加工技术是近几年新兴的一种高效减材加工技术，该加工技术综合了车削和铣削的特点，不仅能够提高加工效率，而且也可保证加工质量。
但是，作为叶轮加工设备的五轴加工中心，尽管其功能强大，但设备采购成本也同样居高不下，必然导致叶轮加工成本的提升。而对于加工企业来说，一直希望能够利用成本更低的四轴数控机床来加工叶轮，但实际操作过程中发现，由于四轴数控机床的灵活性较低，在试加工叶轮时，机床刀具总会在某一加工阶段与叶片发生干涉，导致加工出来的叶轮表面质量很差，甚至无法完成叶轮的最终加工。
而在理论层面，四轴数控机床确实具备加工叶轮的能力，但因缺少可行性解决方案，目前还无法满足高质量叶轮的加工。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，提供了一种可行性解决方案，使四轴数控机床拥有了高质量和高效率车铣加工叶轮的能力，在加工叶轮时能够有效避免刀具与叶片干涉，并且只需一次装夹，大幅度降低了叶轮的加工成本，可以有效保证叶轮的加工效率和表面加工质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，包括如下步骤：
步骤一：在UG软件中对整体式叶轮进行实体建模
利用UG软件中的建模模块对整体式叶轮进行建模，其中采用点坐标驱动方式完成整体式叶轮的叶片建模，根据叶片的叶型曲线的点坐标生成实体叶片，并通过旋转阵列得到整体式叶轮的实体模型；
步骤二：在UG软件中创建整体式叶轮加工时的刀具轨迹
利用UG软件中的加工模块创建整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹，并将加工原点设在整体式叶轮的回转中心；
步骤三：在UG软件中生成NC程序
利用UG软件中的后处理器将整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹生成四轴车铣加工用的NC程序；
步骤四：将NC程序导入Vericut软件中进行仿真加工
在Vericut软件中搭建出虚拟的四轴数控机床，该虚拟的四轴数控机床包括X轴、Y轴、Z轴和A轴，并选择Fanuc数控系统；将整体式叶轮的毛坯模型放置到虚拟的四轴数控机床内，并导入NC程序，再运行NC程序，以对整体式叶轮的毛坯模型进行模拟加工；在模拟加工过程中，观察刀具与整体式叶轮的毛坯模型是否发生过切或碰撞，以及刀具与整体式叶轮的叶片是否发生干涉；如果发生干涉，则重新在UG软件中对刀具轨迹进行调整，直到模拟加工时不再发生干涉；当确定不会发生干涉后，再利用Vericut软件中的优化模块对NC程序进行优化，用以提高加工效率；
步骤五：将NC程序导入真实的四轴数控机床中行现场加工
将Vericut软件中优化好的NC程序导入真实的四轴数控机床中，并将整体式叶轮的毛坯实物装夹到四轴数控机床的A轴卡盘上，然后进行对刀和设定加工原点，最后运行NC程序进行整体式叶轮的车铣加工。
在步骤二中，刀具轨迹的创建步骤为：
步骤①：流道开粗
在UG软件的加工模块中选择型腔铣加工方法，用来进行流道开粗，利用端铣刀对每个流道进行粗加工；流道开粗留余量为0.5mm；
步骤②：叶片的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴轮廓加工方法，用来进行叶片的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个叶片进行加工，且刀轴的方向选择插补矢量，通过叶片多个点的插补来控制刀轴的方向，避免刀轴与相邻叶片发生干涉；叶片的半精加工留余量为0.2mm；
步骤③：流道的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴流线铣加工方法，用来进行流道的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个流道进行加工，且刀轴的方向选择四轴相对于驱动体，并且选择X轴；流道的半精加工工留余量为0.2mm。
本发明的有益效果：
本发明的基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，提供了一种可行性解决方案，使四轴数控机床拥有了高质量和高效率车铣加工叶轮的能力，在加工叶轮时能够有效避免刀具与叶片干涉，并且只需一次装夹，大幅度降低了叶轮的加工成本，可以有效保证叶轮的加工效率和表面加工质量。
附图说明
图1为本发明的基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法的流程图；
图2为利用UG软件中的建模模块所建立的整体式叶轮实体模型；
图3为整体式叶轮的流道开粗的刀具轨迹；
图4为整体式叶轮的叶片半精加工和精加工的刀具轨迹；
图5为整体式叶轮的流道半精加工和精加工的刀具轨迹；
图6为在Vericut软件中搭建的虚拟的四轴数控机床；
图7为在Vericut软件中进行的整体式叶轮的模拟加工。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，包括如下步骤：
步骤一：在UG软件中对整体式叶轮进行实体建模
利用UG软件中的建模模块对整体式叶轮进行建模，其中采用点坐标驱动方式完成整体式叶轮的叶片建模，根据叶片的叶型曲线的点坐标生成实体叶片，并通过旋转阵列得到整体式叶轮的实体模型，如图2所示；
步骤二：在UG软件中创建整体式叶轮加工时的刀具轨迹
利用UG软件中的加工模块创建整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹，并将加工原点设在整体式叶轮的回转中心；其中刀具轨迹的创建步骤为：
步骤①：流道开粗
在UG软件的加工模块中选择型腔铣加工方法，用来进行流道开粗，利用端铣刀对每个流道进行粗加工；流道开粗留余量为0.5mm；如图3所示，为整体式叶轮的流道开粗的刀具轨迹；
步骤②：叶片的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴轮廓加工方法，用来进行叶片的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个叶片进行加工，且刀轴的方向选择插补矢量，通过叶片多个点的插补来控制刀轴的方向，避免刀轴与相邻叶片发生干涉；叶片的半精加工留余量为0.2mm；如图4所示，为整体式叶轮的叶片半精加工和精加工的刀具轨迹；
步骤③：流道的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴流线铣加工方法，用来进行流道的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个流道进行加工，且刀轴的方向选择四轴相对于驱动体，并且选择X轴；流道的半精加工工留余量为0.2mm；如图5所示，为整体式叶轮的流道半精加工和精加工的刀具轨迹；
步骤三：在UG软件中生成NC程
利用UG软件中的后处理器将整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹生成四轴车铣加工用的NC程序；
步骤四：将NC程序导入Vericut软件中进行仿真加工
在Vericut软件中搭建出虚拟的四轴数控机床，如图6所示；该虚拟的四轴数控机床包括X轴、Y轴、Z轴和A轴，并选择Fanuc数控系统；将整体式叶轮的毛坯模型放置到虚拟的四轴数控机床内，并导入NC程序，再运行NC程序，以对整体式叶轮的毛坯模型进行模拟加工，如图7所示；在模拟加工过程中，观察刀具与整体式叶轮的毛坯模型是否发生过切或碰撞，以及刀具与整体式叶轮的叶片是否发生干涉；如果发生干涉，则重新在UG软件中对刀具轨迹进行调整，直到模拟加工时不再发生干涉；当确定不会发生干涉后，再利用Vericut软件中的优化模块对NC程序进行优化，用以提高加工效率；
步骤五：将NC程序导入真实的四轴数控机床中行现场加工
将Vericut软件中优化好的NC程序导入真实的四轴数控机床中，并将整体式叶轮的毛坯实物装夹到四轴数控机床的A轴卡盘上，然后进行对刀和设定加工原点，最后运行NC程序进行整体式叶轮的车铣加工。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：在UG软件中对整体式叶轮进行实体建模
利用UG软件中的建模模块对整体式叶轮进行建模，其中采用点坐标驱动方式完成整体式叶轮的叶片建模，根据叶片的叶型曲线的点坐标生成实体叶片，并通过旋转阵列得到整体式叶轮的实体模型；
步骤二：在UG软件中创建整体式叶轮加工时的刀具轨迹
利用UG软件中的加工模块创建整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹，并将加工原点设在整体式叶轮的回转中心；
步骤三：在UG软件中生成NC程序
利用UG软件中的后处理器将整体式叶轮各个加工工序的刀具轨迹生成四轴车铣加工用的NC程序；
步骤四：将NC程序导入Vericut软件中进行仿真加工
在Vericut软件中搭建出虚拟的四轴数控机床，该虚拟的四轴数控机床包括X轴、Y轴、Z轴和A轴，并选择Fanuc数控系统；将整体式叶轮的毛坯模型放置到虚拟的四轴数控机床内，并导入NC程序，再运行NC程序，以对整体式叶轮的毛坯模型进行模拟加工；在模拟加工过程中，观察刀具与整体式叶轮的毛坯模型是否发生过切或碰撞，以及刀具与整体式叶轮的叶片是否发生干涉；如果发生干涉，则重新在UG软件中对刀具轨迹进行调整，直到模拟加工时不再发生干涉；当确定不会发生干涉后，再利用Vericut软件中的优化模块对NC程序进行优化，用以提高加工效率；
步骤五：将NC程序导入真实的四轴数控机床中行现场加工
将Vericut软件中优化好的NC程序导入真实的四轴数控机床中，并将整体式叶轮的毛坯实物装夹到四轴数控机床的A轴卡盘上，然后进行对刀和设定加工原点，最后运行NC程序进行整体式叶轮的车铣加工。
2.根据权利要求1所述的一种基于UG和Vericut的整体式叶轮四轴车铣加工方法，其特征在于：在步骤二中，刀具轨迹的创建步骤为：
步骤①：流道开粗
在UG软件的加工模块中选择型腔铣加工方法，用来进行流道开粗，利用端铣刀对每个流道进行粗加工；流道开粗留余量为0.5mm；
步骤②：叶片的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴轮廓加工方法，用来进行叶片的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个叶片进行加工，且刀轴的方向选择插补矢量，通过叶片多个点的插补来控制刀轴的方向，避免刀轴与相邻叶片发生干涉；叶片的半精加工留余量为0.2mm；
步骤③：流道的半精加工和精加工
在UG软件的加工模块中选择多轴加工下的可变轴流线铣加工方法，用来进行流道的半精加工和精加工，选择球头铣刀对每个流道进行加工，且刀轴的方向选择四轴相对于驱动体，并且选择X轴；流道的半精加工工留余量为0.2mm。
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