[发明专利]基于UG NX系统平台整体叶轮的五轴加工方法

说明书

技术领域

本发明基于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系统平台下研发的一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一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。

背景技术

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力性和机械效率，因此它的加工技术一直是制造行业的一个重要课题。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。

发明内容

本发明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一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。

本发明基于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：本发明采用的是德国巨浪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。本发明采用了SANDVIK coromant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口叶片高度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：本发明粗加工采用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，刀轴方向见图3，图中坐标系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。