本发明专利技术基于UGNX系统平台整体叶轮的五轴加工方法涉及的是在UGNX7.5系统平台下研发的一项整体叶轮的五轴数控加工技术方案。其具体步骤如下：（1）在UGNX7.5CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模；（2）根据数控工艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状；（3）机床选择：采用的是五轴联动加工中心；（4）刀具选择：选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料，在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具；（5）叶轮加工轨迹设置：UGNX，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，利用后处理器输出五轴加工中心机床加工代码，供五轴联动加工中心调用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法涉及的是在UG NX7. 5系统平台下研发的ー项整体叶轮的五轴数控加工技术方案，整体叶轮铣削加工毛坯采用锻压件，然后用数控车床车削成叶轮回转体的基本形状，再采用五轴数控加工技术使轮毂与叶片在ー个毛坯上一次加工完成，它可以满足涡喷发动机对压气轮转子产品的強度要求，曲面误差小，动平衡时去除质量少，是整体叶轮理想的加工方法。
技术介绍
整体叶轮作为涡喷发动机的关键部件，其质量直接影响其空气动カ性和机械效率，因此它的加工技术一直是制造行业的ー个重要课题。但由于整体叶轮的几何形状比较复杂，流道狭窄，叶片为复杂型面的扭曲曲面或直纹曲面且扭曲程度大，因此加工时轨迹规划的约束比较多，极易发生干涉碰撞，生成无干涉刀位轨迹较困难。因此主要难点在于流道和叶片的加工，刀具空间，刀尖点位和刀轴方位的精确控制。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述不足之处提供一种基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加エ方法，整体叶轮铣削加工毛坯采用锻压件，然后用数控车床车削成叶轮回转体的基本形状，再采用五轴数控加工技术使轮毂与叶片在ー个毛坯上一次加工完成，它可以满足涡喷发动机对压气轮转子产品的強度要求，曲面误差小，动平衡时去除质量少，是整体叶轮理想的加工方法。本专利技术基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法是采取以下技术方案实现 基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法步骤如下1.在UG NX7. 5 CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模。压气轮逆向数据由接触式三坐标测量仪按照给定轨迹测得需要的数据，进入UG程序中的建模Modeling应用环境，使用云Cloud和曲面Surface,曲线Curve功能构造压气轮数模,应用UG软件中的分析Analysis模块分析压气轮数模的曲线和曲面质量，调整曲线曲率最終使轮毂曲面曲率光顺，叶片曲面质量达到直纹曲面标准。2.根据数控エ艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状。3.机床选择本专利技术采用的是德国巨浪Chiron_FZ12KS五轴联动加工中心。它为双回转工作台结构，带有ー个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴。配置了 20000r/min主轴，Heidenhain iTNC530数控操作系统。X轴行程501mm，Y轴行程401mm，Z轴行程500mm，A轴摆动角度为_110 110度。4.刀具选择选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料。在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具。粗加工刀具一般采用圆鼻铣刀。精加工采用锥度球头铣刀，由于叶轮流道狭窄，锥度有利于提高小直径刀具的刚性，但锥度的大小需根据相邻叶片的流道空间和叶片的扭曲程度决定，一般在1.5° 5°之间。本专利技术采用了 SANDVIKCOTomant专铣锻铝的专用刀具。夹持刀柄采用HSK热缩刀柄。刀具装刀长度大于叶轮进ロ叶片高度41mm。粗加工刀具采用直径8mm圆角0. 5mm的圆鼻铣刀，应用NX分析模块分析了流道的根部宽度和圆角及叶片扭曲度，精加工刀具采用直径4mm，3°锥度的球头铣刀。5.叶轮加工轨迹设置UG NX提供了大量多坐标加工编程方法及刀轴控制方式，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，切削エ艺參数如加工步距，加工深度，主轴转速，机床进给率，对于提高产品的加工效率和质量至关重要。还要根据叶轮的几何形状合理设置进退刀方式，避免过切和干渉。第一歩粗加工流道本专利技术粗加工采用3+2加工方法，即在机床A轴，C轴旋转一定角度后，再用固定轴加工方法加工。采用的是型腔铣削Cavity Mill，根据流道和叶片扭度划分加工区域并确定每个区域的刀轴方向即A，C轴方向。本叶轮划分为5个加エ区域，刀轴方向见图3，图中坐标系Z轴为刀轴方向。切削エ艺參数为每层切深深度0.2mnTlmm,刀间距为刀具平底的50% 75%,采用跟随周边Follow Periphery和跟随部件Follow Part两种走刀方式，切削时拐角Corners參数采用光顺Smoothing方式，进退刀方式为封闭区域螺旋进刀，开放区域圆弧进刀，毛坯余量预留0.3mnT0. 8mm。刀具转速为4000rpm 6000rpm,切削进给速率 1000mmpm 3000mmpm，进刀速率 800mmpm 1500mmpm,退刀速率 2000mmpm 4000mmpm,转移速率 6000mmpm IOOOOmmpm。第二步二次开粗(半精加工)流道由于流道底部比较狭窄，前一把刀具无法完全进入底部，为保证精加工时叶片和流道余量均匀，采用參考刀具方式进行流道的二次开粗。エ艺參数类似粗加工參数。第三步叶片精加工叶片加工方法分为两大类，点铣法和侧铣法，点铣法是指按叶片的流线方向逐步走刀加工出叶片的型面。主要用于自由曲面的叶轮。航天用的转子，风扇等叶片都为自由曲面都采用此方法加工，此方法的优点是符合叶片设计的型面要求加工精度高，缺点是效率低。对于可展直纹面叶轮可用侧铣法加工。本专利技术采用点铣法加工。使用可变轮廓铣Variable Contour加工方法，指定整体叶轮为加工几何体，驱动方式选用“曲面区域” Surface Area，选择ー叶片作为驱动几何体，如果叶片的曲面质量不高，则可以作一辅助导向面作为驱动面。刀轴方向选用侧刃驱动Swarf Drive,其中侧倾斜角SwarfTilt Angle设置为3度。侧倾斜角的设置与刀具的锥度和叶片扭度，流道的宽度有夫。如果驱动面和侧倾斜角设置不合理，极易发生干渉或刀路无法生成。然后设置完整的切削參数，进退刀方式和主轴转速及切削进给速率。因为此叶轮叶片比较薄，根据实际加工，转速在4000rpm,进给速率在1200mmpm的情况下叶片加工质量较好。第四步流道精加工,流道精加工采用可变轮廓统Variable Contour 加工方法，根据叶轮流道的特性，驱动方式选用流线驱动Streamline, 选择叶片流道根部流线为流曲线Flow Curve,轮毂上的參数线为交叉曲线CrossCurve。刀轴矢量采用插补Interpolate方式,这种方式可以通过在指定的点定义矢量方向来控制刀具的摆动轴。可以做出矢量控制线，添加或修改插补刀具数据点。在叶片扭曲度大时，定义的刀具矢量要足够多使刀具在流道内能合理摆动，防止干渉，并使摆动变的光順。第五步刀路仿真验证对生成的刀路，应用UG NX的仿真模块对刀轨进行仿真验证，检查干渉，过切等情况，并防止机床主轴在加工摆动时铣刀主轴与工作台的碰撞，防止机床意外损坏。第六步利用后处理器输出五轴加工中心机床加工代码，供五轴联动加工中心调用。结论利用上述加工方法，可以成功实现了零件的加工并实行了小批量生产。本专利技术ー种基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法，整体叶轮铣削加工毛坯采用锻压件，然后用数控车床车削成叶轮回转体的基本形状，再采用五轴数控加工技术使轮毂与叶片在ー个毛坯上一次加工完成，它可以满足涡喷发动机对压气轮转子产品的强度要求，曲面误差小，动平衡时去除质量少，是整体叶轮理想的加工方法。附图说明以下将结合附图对本专利技术进一步说明图1是本专利技术压气轮数模图。图2是本专利技术毛坯体示意图。图3是本专利技术粗加工刀轴方向图。图4是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于UG?NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法，其特征在于步骤如下：（1）在UG?NX7.5?CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模，压气轮逆向数据由接触式三坐标测量仪按照给定轨迹测得需要的数据，进入UG程序中的建模Modeling应用环境，使用云Cloud和曲面Surface，曲线Curve功能构造压气轮数模，应用UG软件中的分析Analysis模块分析压气轮数模的曲线和曲面质量，调整曲线曲率最终使轮毂曲面曲率光顺，叶片曲面质量达到直纹曲面标准；（2）根据数控工艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状；（3）机床选择：采用的五轴联动加工中心，它为双回转工作台结构，带有一个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴，配置了20000r/min主轴，Heidenhain??iTNC530数控操作系统，X轴行程501mm，Y轴行程401mm，Z轴行程500mm，A轴摆动角度为?110~110度；（4）刀具选择：选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料，在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具，粗加工刀具一般采用圆鼻铣刀，精加工采用锥度球头铣刀，由于叶轮流道狭窄，锥度有利于提高小直径刀具的刚性，但锥度的大小需根据相邻叶片的流道空间和叶片的扭曲程度决定，一般在1.5°~5°之间；（5）叶轮加工轨迹设置：UG?NX提供了大量多坐标加工编程方法及刀轴控制方式，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，切削工艺参数如加工步距，加工深度，主轴转速，机床进给率，对于提高产品的加工效率和质量至关重要，还要根据叶轮的几何形状合理设置进退刀方式，避免过切和干涉；?第一步粗加工流道：粗加工采用3+2加工方法，即在机床A轴，C轴旋转一定角度后，再用固定轴加工方法加工，采用的是型腔铣削Cavity?Mill，根据流道和叶片扭度划分加工区域并确定每个区域的刀轴方向即A,C轴方向，本叶轮划分为5个加工区域，坐标系Z轴为刀轴方向，切削工艺参数为每层切深深度0.2mm~1mm，刀间距为刀具平底的50%~75%，采用跟随周边Follow?Periphery和跟随部件Follow?Part两种走刀方式，切削时拐角Corners参数采用光顺Smoothing方式，进退刀方式为封闭区域螺旋进刀，开放区域圆弧进刀，毛坯余量预留0.3mm~0.8mm；刀具转速为4000rpm~6000rpm,切削进给速率1000mmpm~3000mmpm,进刀速率800mmpm~1500mmpm，退刀速率2000mmpm~4000mmpm，转移速率6000mmpm~10000mmpm；第二步二次开粗即半精加工流道：由于流道底部比较狭窄，前一把刀具无法完全进入底部，为保证精加工时叶片和流道余量均匀，采用参考刀具方式进行流道的二次开粗，工艺参数类似粗加工参数；第三步叶片精加工：叶片加工方法分为两大类，点铣法和侧铣法，点铣法是指按叶片的流线方向逐步走刀加工出叶片的型面，用于自由曲面的叶轮，对于可展直纹面叶轮可用侧铣法加工，本专利技术采用点铣法加工，使用可变轮廓铣Variable?Contour加工方法，指定整体叶轮为加工几何体，驱动方式选用“曲面区域”Surface?Area，选择一叶片作为驱动几何体，如果叶片的曲面质量不高，则可以作一辅助导向面作为驱动面；刀轴方向选用侧刃驱动Swarf?Drive，其中侧倾斜角Swarf?Tilt?Angle设置为3度，侧倾斜角的设置与刀具的锥度和叶片扭度，流道的宽度有关；如果驱动面和侧倾斜角设置不合理，极易发生干涉或刀路无法生成；然后设置完整的切削参数，进退刀方式和主轴转速及切削进给速率，因为此叶轮叶片比较薄，根据实际加工，转速在4000rpm,?进给速率在1200mmpm的情况下叶片加工质量较好；第四步流道精加工，流道精加工采用可变轮廓铣Variable?Contour加工方法，根据叶轮流道的特性，驱动方式选用流线驱动Streamline，选择叶片流道根部流线为流曲线Flow?Curve，轮毂上的参数线为交叉曲线Cross?Curve，刀轴矢量采用插补Interpolate方式，这种方式可以通过在指定的点定义矢量方向来控制刀具的摆动轴，可以做出矢量控制线，添加或修改插补刀具数据点；在叶片扭曲度大时，定义的刀具矢量要足够多使刀具在流道内能合理摆动，防止干涉，并使摆动变的光顺；第五步刀路仿真验证：对生成的刀路，应用UG?NX的仿真模块对刀轨进行仿真验证，检查干涉，过切等情况，并防止机床主轴在加工摆动时铣刀主轴与工作台的碰撞，防止机床意外损坏；第六步利用后处理器输出五轴加工中心机床加工代码，供五轴联动加工中心调用。...
【技术特征摘要】
1.一种基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法，其特征在于步骤如下 (1)在UGNX7. 5 CAD系统平台下采用逆向设计技术获得压气轮数模，压气轮逆向数据由接触式三坐标测量仪按照给定轨迹测得需要的数据，进入UG程序中的建模Modeling应用环境，使用云Cloud和曲面Surface,曲线Curve功能构造压气轮数模,应用UG软件中的分析Analysis模块分析压气轮数模的曲线和曲面质量，调整曲线曲率最終使轮毂曲面曲率光顺，叶片曲面质量达到直纹曲面标准； (2)根据数控エ艺要求，在数模上采集相应数据建立毛坯数模，并提供给数控车床车削形成相应的叶轮基本回转体形状； (3)机床选择采用的五轴联动加工中心，它为双回转工作台结构，带有ー个绕Z轴旋转的C轴和绕X轴摆动的A轴，配置了 20000r/min主轴，Heidenhain iTNC530数控操作系统，X轴行程501mm，Y轴行程401mm，Z轴行程500mm，A轴摆动角度为_110 110度； (4)刀具选择选择的依据主要是根据叶轮的几何形状和加工材料，在流道尺寸允许的情况下尽可能选择大直径的刀具，粗加工刀具一般采用圆鼻铣刀，精加工采用锥度球头铣刀，由于叶轮流道狭窄，锥度有利于提高小直径刀具的刚性，但锥度的大小需根据相邻叶片的流道空间和叶片的扭曲程度决定，一般在1.5° 5°之间； (5)叶轮加工轨迹设置UGNX提供了大量多坐标加工编程方法及刀轴控制方式，选择合适的加工方法并合理选择粗精加工余量，切削エ艺參数如加工步距，加工深度，主轴转速，机床进给率，对于提高产品的加工效率和质量至关重要，还要根据叶轮的几何形状合理设置进退刀方式，避免过切和干渉； 第一歩粗加工流道粗加工采用3+2加工方法，即在机床A轴，C轴旋转一定角度后，再用固定轴加工方法加工，采用的是型腔铣削Cavity Mill，根据流道和叶片扭度划分加工区域并确定每个区域的刀轴方向即A，C轴方向，本叶轮划分为5个加工区域，坐标系Z轴为刀轴方向，切削エ艺參数为每层切深深度0. 2mnTlmm，刀间距为刀具平底的50% 75%，采用跟随周边Follow Periphery和跟随部件Follow Part两种走刀方式,切削时拐角Corners參数采用光顺Smoothing方式，进退刀方式为封闭区域螺旋进刀，开放区域圆弧进刀，毛坯余量预留0. 3mm^0. 8mm ； 刀具转速为4000rpm 6000rpm,切削进给速率1000mmpm 3000mmpm，进刀速率800mmpm 1500mmpm,退刀速率 2...
【专利技术属性】
技术研发人员：石小红，范利娟，丁磊，陈应兵，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部第六十研究所，
类型：发明
国别省市：
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