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基于UGS NX7的风扇轮加工刀路轨迹设计

袁洞明/四川信息职业技术学院    

Abstract
摘要:本文研究了UG NX7.0软件多轴加工刀路轨迹设计关键点,详细介绍了风扇轮加工的全过程以及加工过程中的注意事项,为同类产品的多轴加工刀路轨迹设计提供了设计思路和方法。
关键词:NX7.0;风扇轮;多轴加工
中图分类号: TH42    文献标志码:B
Design of Fan Wheel Machining Cutter Locus Based on UGS NX7
Abstract: This paper has studied the key points in the design of multi-axis machining cutter locus based on UGS NX7 software, and has introduced the whole process and the precautions of fan wheel machining. It has provided design route and method for the similar type products in the design of multi-axis machining cutter locus.
Key words: NX7.0; fan wheel; multi-axis machining
0 引言
  整体式风扇轮加工技术一直是制造业中的一个重要课题,采用数控多轴加工是目前国内外广泛采用的整体式风扇轮加工方法。整体式风扇轮的加工难点主要表现在:1) 整体式风扇轮形状复杂,其叶片多为非可展扭曲直纹面;2) 相邻叶片的空间较小,加工时除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外,还容易与相邻叶片发生干涉;3) 刀位规划时的约束条件多,自动生成无干涉刀位轨迹较困难。
  UGS NX7(国内简称UG,原名:Unigraphics)是一个由西门子UGS PLM软件开发,集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。由于其强大的数控编程功能,使其在国内数控编程软件中占据主导地位。其CAM模块中的Planar Milling、Cavity Milling、Fixed Axis Milling、Variable Axis Milling、Sequential Milling和Point to Point等加工操作为数控铣削加工编程提供了良好的解决方案。特别其灵活、方便的刀路驱动方法和刀轴控制方法使得多轴加工编程变得容易。本文在研究了UGS NX7软件和多轴加工刀路轨迹设计关键点基础上完成了风扇轮多轴加工刀路轨迹设计。
1 多轴加工刀路轨迹设计关键点
  多轴加工过程是程序通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度,利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。在UGS NX7中通过控制刀轴矢量、驱动几何体、投影方向和加工面来完成多轴加工刀路轨迹设计。
1.1 控制刀轴矢量方式
  在UGS NX7中提供了18种控制刀轴的方式,分别是:“远离点”、“朝向点”、“远离直线”、“朝向直线”、“相对于矢量”、“垂直于部件”、“相对于部件”、“4轴,垂直于部件”、“4轴,相对于部件”、“双4轴在部件上”、“插补”、“优化后驱动”、“垂直于驱动体”、“侧刃驱动体”、“相对于驱动体”、“4轴,垂直于驱动体”、“4轴,相对于驱动体主”和“双4轴在驱动体”。这些方式灵活运用能够很好的提高加工质量、避免过切和减小刀具的伸长量。
1.2 驱动方式
  驱动方式包含了“曲线/点”、“螺旋式”、“边界”、“曲面”、“流线”、“刀轨”、“径向切削”、“外形轮廓加工”和“用户自定”等方式,这些方式合理选择对于生成合理刀路至关重要。
1.3 投影方向
  投影方向是指由驱动方式生成的驱动刀具路径如何投影到切削面的矢量,对于最终刀具路径生成影响重大。包含有:“指定矢量”、“刀轴”、“远离点”、“朝向点”、“远离直线”、“朝向直线”、“垂直于驱动体”、“朝向驱动体”和“侧刃划线”共9种。
1.4 加工曲面的材料侧
  加工曲面的材料侧是指向材料被去除的方向矢量。
2 风扇轮多轴加工刀路轨迹设计
  根据风扇轮的形状,选择圆柱体棒料为毛坯,并设置加工坐标系原点在零件的最高处的轴线上,见图1。对于叶片的精加工,其策略为先对单一叶片加工刀路设计,然后通过变换复制完在整个风扇轮叶片精加工刀路设计。

2.1 风扇轮整体粗加工
  粗加工是以快速切除毛坯余量为目的,考虑的重点是加工效率,遵行“大刀开粗,小刀清角”原则,粗加工分别选用Φ12和Φ6的立铣刀,切削深度分别为0.8mm和0.5mm。使用Cavity Mill加工操作,选择“跟随周边”的切削方式,和“深度优先”的切削顺序,设置部件侧面与底面留余量为0.3mm。其刀具路径见图2~3。

2.2 叶片顶面精加工
  对于叶片顶面的精加工可以采用三轴加工完成,但是考虑加工质量和刀长,选择Veriable Coutour加工操作。使用Φ5R2.5的球刀,选择整个风扇轮为部件,叶片顶面曲面为切削区域,设置驱动方式选择“流线”,步距数为20,切削模式为“往复”,投影矢量为“朝向点”,即朝向叶片顶面所在球面的球心点,刀轴为“垂直于部件”,然后设置好“非切削”选项中的进退刀方式,完成刀路见图4。再对图4所示刀路复制操作,完成整个叶片顶面精加工刀路见图5。

2.3 叶片侧面精加工
  为了让叶片侧面精加工刀路更合理,需要对风扇轮零件进行编辑处理并做辅助曲面;先复制一份风扇轮实体,通过直接建模功能删去某一叶片有顶面圆角,再通过抽取曲面、扩大曲面、修剪片体、曲线桥接和通过曲线网格等命令完成见图6辅助加工曲面的创建。
  创建Veriable Coutour加工操作,并使用Φ5R2.5的球刀,选择图6所示曲面为部件,设置驱动方式选择“流线”,步距数为30,切削模式为“往复”,投影矢量为“朝向驱动体”,刀轴为“侧刃驱动体”,然后设置好“非切削”选项中的进退刀方式,完成刀路见图7。完成复制后的整个刀路见图8。

2.4 叶片清根加工
  叶片清角加工前先复制风扇轮实体,删去其根部圆角特征后构建加工驱动用辅助面,完成后见图9。选用Φ8R4的球刀进行成形铣清角加工。创建Veriable Coutour加工操作,选择底面平面为指定切削曲面,设置驱动方式选择“曲面”,并设置好驱动体切削区域和切削方向,步距数为0,切削模式为“往复”,投影矢量为“指定矢量”,选择沿Z轴投影,刀轴为“侧刃驱动体”,然后设置好“非切削”选项中的进退刀方式,完成刀路见图10。完成复制后的整个刀路见图11。

2.5 其余部分精加工
  剩下的底面、叶片竖起侧面、三个槽的顶面圆角和侧面可分别使用面铣操作、等高操作和固定轴面面轮廓铣操作三轴加工操作完成刀路设计,在此不做赘述,其刀路图见图12和图13。

3 结论
  本文完成了风扇轮加工的刀路轨迹设计,其方法合理可靠,可为同类产品的多轴加工刀路轨迹设计提供了设计思路和方法。

参 考 文 献

[1] 李朝光,谢龙汉. UG NX5中文版多轴加工及应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2007.
[2] 姜厚文,杨浩,张振亚. UG NX6固定轴与多轴铣培训教程[M] .北京:清华大学出版社, 2010.
[3] 章泳健,潘毅,陆建刚,等. 基于NX的汽轮机叶片多轴加工中的关键技术研究[J],制造技术与机床,2010(1):25-28.
[4] 陈德存. 基于UG NX6.0的整体叶轮多轴加工技术[J] .风机技术,2011(1):50-52,65.

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  评论人:ulxexkegx   打分:85 分  发表时间:2015-9-24 18:32:12
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  评论人:cqrdnepdoo   打分:85 分  发表时间:2015-9-21 10:26:17
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