0 引言

　葉輪類零件主要是由光滑復(fù)雜曲面構(gòu)成，葉片壁很薄并且是扭曲的，由于其形狀復(fù)雜，相鄰葉片之問(wèn)空間狹小，加工難度很大，必須采用多軸的方法才能實(shí)現(xiàn)加工。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)CAM軟件的要求非常高，UG軟件除了提供強(qiáng)大的三軸加工外，還提供了比較成熟的多軸加工模塊，是一款非常適合進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)加工編程的數(shù)控軟件之一。

　　整體式葉輪的加工是指輪廓和葉片在同一毛坯體上進(jìn)行的整體加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪廓上的工藝方法，所以在加工中有很大的難度。下面以整體葉輪加工為例，講述五軸數(shù)控編程中的一些的關(guān)鍵技術(shù)。

1 整體葉輪加工工藝分析

　　對(duì)零件進(jìn)行工藝分析是編寫加工程序之前的必備工作，分析工藝時(shí)必須充分了解零件加工的工藝特點(diǎn)，合理編寫加工程序，以制造出符合要求的零件。葉輪零件五軸加工程序編制流程如下。

　　1.1 葉輪零件毛坯的裝夾定位

　　葉輪零件的毛坯可以用數(shù)控車床車削成型，毛坯形狀如圖1所示。葉輪中間的圓孔用于加工時(shí)的裝夾定位，在加工時(shí)，將毛坯放人與之配合的圓柱上，再用螺母壓緊毛坯便可以實(shí)現(xiàn)零件的裝夾定位。再通過(guò)壓板螺栓將圓柱和葉輪一起固定在工作臺(tái)上。

　　1.2采用的五軸數(shù)控機(jī)床類型

　　五軸機(jī)床共有三種，包括五軸帶雙轉(zhuǎn)臺(tái)，五軸雙擺頭和五軸帶一轉(zhuǎn)臺(tái)一擺頭機(jī)床。本例選用帶一擺頭和一轉(zhuǎn)臺(tái)的五軸數(shù)控銑床，除了X，Y，Z三個(gè)軸外，還加上繞Y軸旋轉(zhuǎn)的B軸，繞z軸旋轉(zhuǎn)的C軸。

1.3 葉輪加工刀具選擇

　　由于葉輪葉片之間的間隔距離小，而且葉片是扭曲的，這就決定了加工流道時(shí)刀桿必須在兩葉片之間的范圍內(nèi)不斷的擺動(dòng)，刀具才不會(huì)與葉片發(fā)生干涉。加工時(shí)刀桿的擺動(dòng)決定了粗加工和精加工刀具都要采用球刀。采用球刀底刃加工葉輪流道，利用球刀的側(cè)刃加工葉輪的葉輪葉片。刀具材料可根據(jù)加工要求和葉輪材科做相應(yīng)選擇。2 數(shù)控加工葉輪流道時(shí)的刀軸控制

　　2.1 保證刀具軸在兩葉片之間的范圍內(nèi)擺動(dòng)刀具又不會(huì)與葉片發(fā)生干涉葉輪流道的加工是整個(gè)零件的加工難點(diǎn)，由于葉片之間的間隔距離小，而葉片的扭曲程度決定了加工時(shí)刀具軸的擺動(dòng)范圍，刀具軸必須在兩葉片之問(wèn)的范圍內(nèi)擺動(dòng)，刀具才不會(huì)與葉片發(fā)生干涉。

　　2.2 刀軸控制方法

　　葉輪流道的加工采用UG軟件中的可變軸曲面輪廓銑加工的多軸銑削加工功能，在變軸銑的過(guò)程中，刀軸在沿著刀路運(yùn)動(dòng)時(shí)可以不斷改變方向。刀軸是指從刀尖方向指向刀具夾持器方向的矢量。UG的可變軸曲面輪廓銑提供了大量的刀具軸矢量選項(xiàng)，從而控制刀軸在加工時(shí)的擺動(dòng)。

　　本例采用朝向點(diǎn)的刀軸控制方法，通過(guò)指定一個(gè)聚焦點(diǎn)來(lái)定義可變刀軸矢量，刀軸矢量以刀柄為起點(diǎn)指向聚焦點(diǎn)，在通過(guò)UG軟件在葉輪的流道上方畫一個(gè)點(diǎn)，以這個(gè)點(diǎn)作為聚焦點(diǎn)，朝向點(diǎn)的刀軸控制方法可以使刀具在加工葉輪流道時(shí)刀軸始終朝向這個(gè)點(diǎn)。要保證刀具加工到流道的每個(gè)角落的同時(shí)又不會(huì)與葉片干涉，可以通過(guò)鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)葉輪實(shí)體，觀察點(diǎn)在流道上的投影，如果葉輪流道上方的點(diǎn)的投影在流道的每個(gè)角落，不會(huì)被葉片擋住，那么就可以保證刀具在加工流道的時(shí)候不會(huì)與葉片發(fā)生干涉。如果會(huì)被葉片擋住，就要重新選擇新的點(diǎn)作為聚焦點(diǎn)。

3 采用五軸定位加工，減少葉輪的加工時(shí)間，提高葉輪加工效率

　　前面對(duì)葉輪流道的粗加工采用可變軸曲面輪廓銑的多軸銑削加工功能，刀具沿著曲面不斷擺動(dòng)刀桿進(jìn)行加工，避免和葉片干涉，由于刀桿在擺動(dòng)，所以必須用球刀加工，球刀加工效率比較低，要完成葉輪流道的粗加工需要很長(zhǎng)時(shí)間。五軸定位加工是先將刀具主軸旋轉(zhuǎn)到某一個(gè)所需要的方位，然后對(duì)工件進(jìn)行加工，在對(duì)工件進(jìn)行切削加工的過(guò)程中，刀具主軸的方位不發(fā)生變化。如何運(yùn)用五軸定位加工，減少葉輪的加工時(shí)間，提高葉輪的加工效率?

　　通常三軸銑削加工曲面時(shí)，刀軸方向是固定的z軸方向，粗加工可以采用圓鼻刀，盡快去除大部分的材料余量，加工效率比較高。在UG五軸數(shù)控加工中的刀軸控制可以定義固定和可變兩種方式的刀軸方位。固定刀軸將保持與指定矢量平行，在整個(gè)加工的過(guò)程，刀軸矢量方向固定不變，而可變刀軸在沿刀軌運(yùn)動(dòng)時(shí)將不斷改變刀軸矢量方向。

　　在葉輪的流道粗加工中，要提高效率就巋須用圓角刀進(jìn)行粗加工，我們可以采用五軸定位加工，即選擇多軸加工方式下的固定軸曲面輪廓銑，刀軸控制定義為固定刀軸方位，這樣就可以采用圓角刀進(jìn)行葉輪流道的粗加工。刀軸的固定方向的確定可以通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)葉輪實(shí)體的旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)，如果葉輪流道完全暴露在視線下，不被葉片擋住，通過(guò)設(shè)置當(dāng)前視圖方向作為刀軸矢量的固定方向。這樣就可以采用圓角刀對(duì)葉輪流道進(jìn)行粗加工，加工時(shí)間大大減少。

　　由于葉輪葉片的扭曲，通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)葉輪實(shí)體的旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)，葉輪流道可能不會(huì)全部暴露在視線下，部分流道會(huì)被葉片擋住，如果采用固定刀軸方位。用圓角刀進(jìn)行葉輪整個(gè)流道的粗加工，刀軸和葉片就會(huì)產(chǎn)生干涉，部分的葉輪流道加工不到。這種情況可以先對(duì)流道的可見(jiàn)部分進(jìn)行粗加工。然后旋轉(zhuǎn)葉輪實(shí)體，將剩下沒(méi)有加工的部分流道暴露在視線中，用圓角刀對(duì)剩下的部分流道進(jìn)行粗加工，從而完成整個(gè)流道的粗加工。也就是一個(gè)葉輪的流道需要分成兩個(gè)部分分別加工完成，其加工效率同樣大大提高，加工時(shí)間減少。

4 UG軟件自動(dòng)編程后置處理的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

　　用UG軟件對(duì)產(chǎn)品生成多軸加工的刀路后，需要通過(guò)后處理文件生成所需要的程序。UG系統(tǒng)已經(jīng)提供了若干現(xiàn)有的后處理器，也可以通過(guò)后置處理構(gòu)造器(UG POSTBuflder)為特定的數(shù)控機(jī)床定制后置處理器。后置處理構(gòu)造器可以靈活的定義數(shù)控機(jī)床的操作指令以及程序輸出的順序和格式等等。下面簡(jiǎn)單介紹通過(guò)后置處理構(gòu)造器生成后處理文件的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

　　4.1 機(jī)床類型的選擇

　　運(yùn)行后置處理構(gòu)造器后，首先根據(jù)自己已有的機(jī)床種類，選擇多軸機(jī)床的種類。本例選用五軸帶轉(zhuǎn)頭和輪盤的多軸數(shù)控機(jī)床類型。

　　4．2選擇數(shù)控控制器的類型　　用戶可以選擇通用機(jī)床類型或者從庫(kù)中選擇相應(yīng)的機(jī)床類型，同時(shí)也允許用戶自定義控制器的類型。本例從庫(kù)中選用法蘭克控制系統(tǒng)。

　　4.3 擺頭旋轉(zhuǎn)中心偏置的距離

　　本例中使用的五軸數(shù)控機(jī)床還必須測(cè)量出擺頭旋轉(zhuǎn)中心至刀尖的距離，輸入到后置處理構(gòu)造器的參數(shù)設(shè)置中去。距離測(cè)量方法是：先將擺頭旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)置為0度，將刀尖接觸工件表面，記下機(jī)床坐標(biāo)，然后將擺頭旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)置為90度，讓刀桿剛好接觸工件表面，記下機(jī)床坐標(biāo)，前后兩個(gè)坐標(biāo)之差再減去刀桿半徑就是所要測(cè)量的擺頭旋轉(zhuǎn)中心至刀尖的距離，即擺頭旋轉(zhuǎn)中心偏置的距離，輸人到參數(shù)設(shè)置里即可。

　　4.4 程序指令的自定制

　　后置處理構(gòu)造器中的程序選項(xiàng)卡可以對(duì)生成的程序指令進(jìn)行定制，例如對(duì)于華中數(shù)控系統(tǒng)，程序指令與法蘭克數(shù)控系統(tǒng)的程序指令有點(diǎn)不同，可以在后置處理構(gòu)造器中進(jìn)行程序代碼修改定翩。不要的指令可以拖人旁邊的回收站，保存生成后處理文件。最后在刀路后處理時(shí)選擇定制的后處理文件直接生成適合自己數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　五軸數(shù)控加工編程軟件有很多，但不同軟件的多軸加工的很多技術(shù)原理是相似的，只要掌握五軸數(shù)控加工編程的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，合理的設(shè)置軟件的其它參數(shù)，就可以順利的加工出符合要求的零件。葉輪類零件是一類具有代表性復(fù)雜曲面零件，通過(guò)對(duì)典型零件葉輪數(shù)控加工的研究和實(shí)踐，能夠更好的理解和運(yùn)用五軸數(shù)控加工技術(shù)。