1、多叶片复杂曲面零件的设计与五轴模拟加工1.1 加工任务整体叶轮的零件视图如图 1 所示图 1 叶轮零件针对本零件，本例中将进行叶轮底部圆弧面的加工。此工件的毛坯为圆棒料，材料牌号为钛合金 TC4.采用专用的夹具将其底面固定安装在机床 C 轴上。本例中我们将完成叶轮圆弧底面的精加工。1.2 加工工艺方案通常情况下，在大部分制造场合，单片叶轮的叶片多采用锻造方式做成毛坯，整体式叶轮类零件的毛坯多采用铸造的方式形成，然后采用 35 轴数控机床进行半精加工或精加工，特殊情况下可能还采用人工抛光的方法，形成最后的精加工。本例中，我们就介绍整体式叶轮在 5 轴数控机床上的精加工工作。（1）刀具选择：R4
2、的球头棒铣刀（或选用锥度球头铣刀）（2）加工坐标原点的设置：工件零点取在叶轮圆弧底面大圆 140 的圆心点上。（3）加工设备：五轴联动数控机床。1.3 编程操作(设置零件加工程序)在 UG NX4 软件系统中对此零件进行编程的操作步骤如下：1.建立刀具路径文件夹（1）单击菜单栏中的“文件”“打开”命令，从 UG NX4 文件浏览器窗口选择“train11.prt”文件并单击“确定”按钮将其打开，如图 2 所示。图 2 在 UG NX4 中进入造型文件的 NX 加工界面（2）选择加工环境1)单击（起始）图标，单击“加工”命令，弹出“加工环境”对话框。如图 3 所示。2）在“CAM 进程配置”列表
3、框中选择“millmultiaxis” ，结果如图 4 所示。图 3“加工环境”对话框 图 4 选择多轴铣加工配制3）在“CAM 设置”列表框中选择“millmultiaxis” ，单击“初始化”按钮，进入加工过程的创建界面，弹出如图 5 所示的“加工创建”工具栏。2. 创建加工方法（1）单击“加工创建”工具栏中的（创建方法）工具，弹出“创建方法”对话框，如图 116 所示。图 5“加工创建”工具栏图 6“创建方法”对话框（2）在“类型”下拉列表框中选择“millmultiaxis”（3）在“父级组”下拉列表框中选择“MILLFINISH” 。（4）单击“确定”按钮，弹出“MILLMETHOD
4、(铣削方法)”对话框，如图 7 所示（5）单击“确定”按钮，系统又回到图 5 所示的“加工创建”工具栏。3. 创建几何体（1）单击“加工创建”工具栏中的（创建几何体）工具，弹出“创建集合体”对话框，如图 8 所示。图 7“铣削方法”对话框 图 8“创建几何体”对话框（2）在“类型”下拉列表框中选择“millmultiaxis（多轴铣） ”选项。（3）在“父级组”的下拉列表框中选择为“WORKPIECE” ，在“名称”文本框输入为“bottsurf” ，如图 9所示。（4）单击“确定”按钮，弹出如图 10 所示的“MCO(机床坐标系)”对话框图 9 选择“多轴铣” 图 10“MCS（机床坐标系）
5、 ”对话框（5）单击如图 10 所示的（构造）按钮，弹出如图 11 所示的“CSYS 构造器（构造机床坐标系） ”对话框。保持 DX，DY，DZ 均为 0，单击“确定”按钮。（6）同样单击如图 11 所示的（RCS 构造）按钮，完成 RCS 坐标系的设置。（7）单击“确定”按钮，系统又回到图 5 所示的“加工创建”工具栏。4. 创建刀具（1）单击“加工创建”工具栏中的（创建刀具）工具，弹出“创建刀具”对话框。（2）在图中我们可以看到， “类型”下拉列表框显示仍为“millmultiaxis（多轴铣） ”只需要选择“子类型”选项中的工具，进行“子类型”的设定即可。（3）单击“子类型”选项栏中的（
6、球头切）按钮。（4）在“名称”文本框中输入“ball_mill_6”,如图 12 所示。（5）再单击“确定”按钮，弹出“Milling TollBall Mill ( 球头铣刀)”对话框，如图 13 所示。图 11 “CSYS 构造器”对话框 图 12 “创建刀具”对话框图 13 “球头铣刀对话框（6）设置“球直径”为 6mm、 “长度”为 60mm、 “刃口长度”为 30mm、 “刃数”为 2、 “刀具号”为 1， “半径补偿寄存器”为 1.（7）单击“确定”按钮，系统又返回到如图 5 所示的“加工创建”工具栏。5. 创建程序（1）单击如图 5 所示的工具栏中的（创建）工具，单击“创建程序”
7、对话框，如图 14 所示。（2）此时在“父级组”文本框中显示的是“NC_PROGRAM”,代表“NC_PROGRAM”是我们要创建的程序组的父节点组， 。（3）在“名称”文本框内输入“yelun1”,单击“确定”按钮，则创建了第一个程序名。（4）重复以上步骤，用同样的方法，仍然用创建“NC_PROGRAM 作为父节点组” ，创建程序名“yelun2” 。（5）单击“确定”按钮，系统又回到图 5 所示的“加工创建”工具栏。（6）单击（操作导航器）按钮，在操作导航器中就可以看到我们新建的两个程序名，如图 15 所示。图 14 “创建程序”对话框 图 15 操作导航器的程序次序表说明：“YELUN1
8、”和“YELUN2”作为程序父节点组，就可以分别包含其他的程序次序表。6. 创建操作（1）单击资源管理条中的（操作导航器）按钮，在出现的程序次序目录中单击“YELUN1”目录。（2）右击，在系统弹出的快捷菜单中一次单击“插入”“操作”命令，弹出“创建操作”对话框，如图16 所示。（3）在“使用方法”下拉列表框中选择“MILL_METHEND” 。（4）单击“确定”按钮，弹出“VARIABLE_CONTOUR(可变轴轮廓)”对话框，如图 17 所示。图 16 “创建操作”对话框 图 17 “可变轴轮廓”对话框（5）在如图 17 所示的“几何体”选项栏中，单击（检查几何体）按钮，再单击“选择”按钮
9、，弹出如图 18所示的“检查几何体”对话框。（6）在“过滤方式”下拉列表框中选择“面” ，再单击“全选”按钮。这时模型中所有的曲面改变了颜色，表示已被选择上了，如图 19 所示。（7）在“操作模式”下拉列表框中，将“附加”选项更改为“编辑”选项，这时的对话框变换为如图 20 所示的形式。图 18 “检查几何体”对话框 图 19 “检查几何体”对话框（8）在如图 20 所示的对话框中，单击“移除”按钮，在工作上选择圆弧型叶轮底面，再单击“确定”按钮，系统回到图 17 所示的对话框。（9）单击“几何体”选项栏中的（部件）按钮，用上述同样的方法选择所有的曲面为工作几何体，完成后系统回到图 17 所示
10、对话框。（10）在如图 17 所示的“驱动方式”下拉列表框中选择“曲面区域” ，系统提示“驱动方式改变” ，单击“确定”按钮，弹出“曲面驱动方式”对话框，如图 21 所示。（11）单击“驱动几何体”选项栏中的“选择”按钮，系统弹出如图 22 所示的“驱动几何体”对话框。选择叶轮圆弧底面，然后单击“确定”按钮，系统回到“曲面驱动方式”对话框。 （12）单击“材料反向”按钮，如果显示的加工材料的方向箭头指向了叶轮内部，则可再次“材料反向”按钮进行改换。（13）单击“切削方向”按钮，如果系统显示的切削方向不满足我们的要求，则可根据出现的箭头提示，用光标重新选择我们想要的切削方向。这里我们用光标选择径
11、向向内的箭头作为切削方向。（14）在“切削步长”下拉列表框中选择“公差” ，变换后的界面的内外公差设定保持不变。图 20 “检查几何体”对话框对话框 图 21 “曲面驱动方式”对话框（15）在“步进”下拉列表框中选择“残余波峰高度” ，设置“残余波峰高峰”为 0.005。（16）在“When GOUGE DRIVE(过切驱动时)”下拉列表框中选择“退刀” 。（17）在“刀轴”下拉列表框中选择“垂直于驱动” 。（18）在“投影矢量”下拉列表框中选择“指定矢量” 。（19）弹出如图 23 所示的“矢量构造器”对话框，依次选择坐标为选择“0,0，1” 。（20）依次单击“确定”“确定”按钮，系统回到
12、如图 17 所示的对话框。（21）单击“切削”按钮，弹出“切削参数”对话框，如图 24 所示。（22）单击“Clearances”选项卡，在“When Gouge Drive（当干涉时） ”下拉列表框中，设置“检查安全距离”为 0.1mm,单击“确定”按钮，系统又回到如图 17 所示的对话框。（23）单击“非切削的”按钮，弹出“非切削移动”对话框，定义刀具非切削时的移动方式，如图 25 所示。图 22 “驱动几何体”对话框 图 23 “矢量构造器”对话框图 24 “切削参数”对话框（24）在“进刀状态”下拉列表中选择“手工”方式，点选“距离”单选钮，在文本框中输入 50mm。（25）单击“确定
13、”按钮，系统又回到如图 17 所示的对话框。（26）单击“进给率”按钮，弹出“进给和速度”对话框，如图 26（a）所示。（27）设置“表面速度”为 300smm， “每齿进给”为 0.06mm， “主轴速度”为 15000rpm。（28）单击“进给”选项卡，进给选项卡页如图 26（b）所示。（29）设置“快速”为 5000mmpm“逼近”为 1500mmpm， “进刀”为 200mmpm,“第一刀切削”为 200mmpm,“步进”为 300mmpm， “剪切”为 300mmpm,“退刀”为 1500mmpm,图 25 “非切削移动”对话框 图 26 “进给和速度”对话框（30）单击“确定”按钮
14、，系统又回到如图 17 所示的对话框。（31）在如图 17 所示的对话框中，单击（生成）按钮，则可以生成加工程序。（32）最后单击“确定”按钮，接受刀具路径。（33）单击“加工操作”工具栏中的“重新显示刀具路径”工具，再单击“确定”按钮。刷新显示生成轨迹如图 27 所示图 27 生成加工刀具轨迹2.1 切削模拟（1）在 UG NX4 软件系统中，单击（确认刀轨）工具，系统弹出如图 28 所示的“可视化刀轨轨迹”对话框。图 28“可视化刀轨轨迹”对话框 图 29 加工局部模拟（2）选择“回放”选项卡，单击(播放)按钮。局部模拟如图 29 所示2.2 后置处理（1）NC 加工过程的最后一个步骤为 post processing(后处理 )，输出所需的加工程序代码（GM Coes）.单击“加工操作”工具栏中的（后处理）工具，系统弹出 “后处理 ”对话框（2）在“可用机床”列表框中选择“MILL5AXLS” ，或单击“浏览”按钮选择其他的或自己设定的后处理器文件（Post Processer）（3）在“输出文件名”文本框中键入自己想要的文件名，如“TRAIN71” 。（4）在“单位”下拉列表框中选择“公制/部件”选项。（5）单击“确定”按钮，则系统完成后处理工作。如图 30 所示。图 30 后处理生成 G 代码
