一、UG軟件介紹

　　在當(dāng)前流行的CAD/CAM軟件中，UG為用戶提供了一個(gè)較完善的企業(yè)級(jí)C A D/ C A E/C A M/P D M集成系統(tǒng)。在U G中，先進(jìn) 的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、 線框和曲面功能結(jié)合在一起，而這一結(jié)合被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的。

　　1.UG的CAD功能

　　UG Hybrid Modeler復(fù)合建模模塊 無(wú)縫地集成了基于約束的特征建模和傳統(tǒng)的幾何建模(實(shí)體、曲面和線框)到 單一的建模環(huán)境內(nèi)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中提供 更多的靈活性，用戶可以選擇最自然地 支持設(shè)計(jì)意圖的方法。

　　2.UG的CAM功能

　　U G C A M提供了一整套從鉆孔、線 切割到5軸銑削的單一加工解決方案。 在加工過(guò)程中的模型、加工工藝、優(yōu)化 和刀具管理，都可以與主模型設(shè)計(jì)相聯(lián) 接，始終保持最高的生產(chǎn)效率。

　　二、五軸加工介紹

　　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復(fù)雜 曲面的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó) 家的航空、航天、軍事、科研、精密 器械以及高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，有著 舉足輕重的影響力。現(xiàn)在大家普遍認(rèn) 為，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉 輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及大型柴油機(jī)曲 軸等加工的惟一手段。

　　五軸聯(lián)動(dòng)加工中心具有高效率、高精度的特點(diǎn)，工件一次裝夾就可完成 五面體的加工。五軸機(jī)床的種類分為： 搖籃式、立式、臥式、N C工作臺(tái)+N C分 度頭、N C工作臺(tái)+90°B軸、N C工作臺(tái)+45°B軸、N C工作臺(tái)+A軸°以及二軸 NC主軸等。

　　三、葉片結(jié)構(gòu)分析

　　從 葉 片 的 結(jié) 構(gòu) ( 如 圖 1 所 示 ) 來(lái)看，其葉身型面部分為復(fù)雜的空間曲 面，各部分的曲率、扭轉(zhuǎn)變化較大，是 典型的薄壁件。由于其為動(dòng)力等裝置的 重要部件，工作條件較為惡劣，就對(duì) 零件本身的精度和質(zhì)量提出了很高的要 求。型面的加工質(zhì)量直接影響其工作性 能，還可能影響整機(jī)性能。葉片的材料 要求有很高的質(zhì)量-強(qiáng)度比，加工中難 切削，切削抗力大，引起的變形也大。 由于其截面形狀，在葉盆和葉背方向上 抵抗變形的能力也不同，進(jìn)排邊緣處又 較薄，加工中的形變很復(fù)雜，對(duì)數(shù)控加 工提出了很高的要求。在實(shí)際加工中，多采用如圖2所示的加工流程。

圖1 葉片結(jié)構(gòu)

圖2 加工流程

　　四、UG中葉片加工實(shí)例

　　要加工如圖3所示的某型發(fā)動(dòng)機(jī)靜子葉片，編程過(guò)程如下。

圖3 某型發(fā)動(dòng)機(jī)靜子葉片

　　1.零件造型

　　曲面造型時(shí)，首先由圖紙?zhí)峁┑?截面上的列表點(diǎn)數(shù)據(jù)定義樣條曲線， 然后再完成曲面定義。

　　(1)曲線造型

　　在 U G 軟 件 中 可 先 點(diǎn) 擊“A p p l i c ati o n”→“Mo d el i n g” 進(jìn) 入 造 型 模 塊 ， 然“Insert”→“Curve”→“Spline”或單擊，進(jìn)入樣條曲線定義對(duì)話框。

　　選擇“T h r o u g h P o i n t s”→“P o i n t sf r o m f i l e”并輸入樣條曲線的列表 點(diǎn)數(shù)據(jù)文件(如y p11.d a t)，單擊“O K”，即可生成通過(guò)這些點(diǎn)的樣條 曲線，如圖4所示。用同樣的方法生成 這個(gè)截面上的葉盆曲線，如圖5所示。 對(duì)這兩根樣條曲線倒圓角，使它成為一 條封閉的曲線，大端的圓角為1.2m m， 小端的圓角為0.23m m，如圖6所示。用 同樣的方法繪制其他9個(gè)截面的曲線， 形成如圖7所示的形狀。

　　(2)曲面造型

　　選擇“I n s e r t”→“F r e e F r o m Feature”→“Through Curves”或單擊，依次選取10個(gè)截面的曲線，在對(duì)話框中輸入容差等參數(shù)，即可由曲線生成曲面，生成相應(yīng)的葉片零件，參見 圖3。

圖4 樣條曲線圖

圖5 葉盆曲線

圖6 倒圓角后的封閉曲線

圖7 9個(gè)截面曲線

　　2.刀位軌跡生成與仿真

　　在這個(gè)例子中，假定只對(duì)該葉片 進(jìn)行精加工，那么生成精加工程序的過(guò) 程如下。

　　◎ 進(jìn)入加工模塊

　　“Application”→“Manufacturing”，單擊，進(jìn)入“Create Operation”(創(chuàng)建 操作)對(duì)話框，如圖8所示進(jìn)行設(shè)置，選用多軸加工方法中的“可變軸銑”。

圖8 創(chuàng)建操作對(duì)話框

　　◎進(jìn)入“可變軸銑”對(duì)話框后，設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，如圖9所示。在“G e o m e t r y”中單擊，選中葉片零件。

圖9 參數(shù)設(shè)置圖

　　◎在“Drive Metho d”(驅(qū)動(dòng) 方法)中選擇“S u r f a c e A r e a”(曲面區(qū)域)方法，進(jìn)入“S u r f a c e A r e aM e t h o d ”對(duì)話框，選擇葉片曲面為“D r i v e r G e o m e t r y”(驅(qū)動(dòng)幾何)， 其他參數(shù)如圖10進(jìn)行設(shè)置，在“T o o l Axis”中選擇刀軸為“4 Axis Normal To D r i v e r”(四軸沿驅(qū)動(dòng)面法向)，點(diǎn)擊“OK”回到“可變軸銑”對(duì)話框。

圖10 Surface Area Method對(duì)話框

　　◎進(jìn)入“G r o u p s”組，新建一把直徑為φ 12m m的球頭刀，參數(shù)如圖11 所示。

a)               b)

圖11 刀具參數(shù)設(shè)置

　　◎回到“M a i n”組，單擊“N o n- C u t t i n g”，進(jìn)入進(jìn)退刀設(shè)置對(duì)話框，按圖12設(shè)定。

　　◎單擊，生成葉片加工的刀具 軌跡，如圖13所示。單擊，可對(duì)生成的刀軌進(jìn)行加工仿真。

a)                                                b)

圖12 進(jìn)退刀設(shè)置對(duì)話框

圖13 葉片加工的刀具軌跡

　　3.后置處理，生成NC程序

　　單擊，進(jìn)入后置處理對(duì)話框(如圖14所示)，選擇相應(yīng)的機(jī)床特性文件，生成加工葉片零件的NC程序。

圖14 后置處理對(duì)話框

　　部分程序如下(五軸加工)：

　　……

　　N57 X-36.763 Y-170.757 Z78.51 A91.04 C10.76;

　　N59 X-33.86 Y - 1 7 0 . 6 3 4 Z78.422 A90.87 C10.35;

　　N61 X-30.999 Y - 1 7 0 . 5 0 1 Z78.055 A90.69 C10.31;

　　N63 X-28.165 Y-170.41 Z77.688 A90.56 C10.51; N65 X-25.305 Y - 1 7 0 . 3 6 9 Z77.591 A90.51 C10.48;

　　N67 X-22.423 Y - 1 7 0 . 3 2 8 Z77.572 A90.46 C10.25;

　　N69 X-19.553 Y-170.284 Z77.483 A90.4 C10.14;

　　N71 X-16.692 Y-170.247 Z77.393 A90.35 C10.1;

　　N73 X-13.833 Y-170.214 Z77.304 A90.3 C10.08;

　　N75 X-10.979 Y-170.177 Z77.195 A90.25 C10.1;

　　N77 X-8.128 Y-170.131 Z77.059 A90.19 C10.15;

　　N79 X-5.282 Y - 1 7 0 . 0 7 9 Z76.903 A90.12 C10.24;

　　N81 X-2.44 Y - 1 7 0 . 0 2 2 Z76.737 A90.05 C10.36;

　　N 8 3 X . 4 0 4 Y - 1 6 9 . 9 6 5 Z76.576 A89.97 C10.47;

　　N85 X3.251 Y - 1 6 9 . 9 1 2 Z 7 6 . 4 3 4 A 8 9 . 9 C10.55;

　　N87 X6.104 Y - 1 6 9 . 8 7 Z 7 6 . 3 1 8 A 8 9 . 8 5 C10.58;

　　……

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　由于葉片型面是由復(fù)雜的三維自由曲面組成，幾何精度要求較高、技術(shù) 難度大，傳統(tǒng)的加工方法無(wú)法滿足葉片 的精度要求。本文旨在應(yīng)用U G對(duì)葉片 進(jìn)行實(shí)體建模，得到一個(gè)理想的三維葉片實(shí)體，再根據(jù)加工葉片的材料特點(diǎn)， 選擇合理的刀具進(jìn)行加工。根據(jù)葉片的 形狀特點(diǎn)，選擇合理的編程策略、走刀 路徑和進(jìn)退刀方式。將U G強(qiáng)大的功能 應(yīng)用于葉片的五軸銑削加工，較好地 解決了葉片批量生產(chǎn)中的質(zhì)量和效率問(wèn) 題，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。