NX软件在叶片五轴铣削加工中的应用

由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高、技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。本文旨在应用UG对叶片进行实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，再根据加工叶片的材料特点，选择合理的刀具进行加工。根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略、走刀路径和进退刀方式。将UG强大的功能应用于叶片的五轴铣削加工，较好地解决了叶片批量生产中的质量和效率问题，能够取得良好的经济效益。

　　一、NX软件介绍

　　在当前流行的CAD/CAM软件中，NX为用户提供了一个较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。在UG中，先进的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在一起，而这一结合被实践证明是强有力的。

　　1.NX的CAD功能

　　NX Hybrid Modeler复合建模模块无缝地集成了基于约束的特征建模和传统的几何建模(实体、曲面和线框)到单一的建模环境内，在设计过程中提供更多的灵活性，用户可以选择最自然地支持设计意图的方法。

　　2.NX的CAM功能

　　UGCAM提供了一整套从钻孔、线切割到5轴铣削的单一加工解决方案。在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理，都可以与主模型设计相联接，始终保持最高的生产效率。

　　二、五轴加工介绍

　　五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械以及高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。现在大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子以及大型柴油机曲轴等加工的惟一手段。

　　五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。五轴机床的种类分为：摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90°B轴、NC工作台+45°B轴、NC工作台+A轴°以及二轴NC主轴等。

　　三、叶片结构分析

　　从叶片的结构(如图1所示) 来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，就对零件本身的精度和质量提出了很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能，还可能影响整机性能。叶片的材料要求有很高的质量-强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂，对数控加工提出了很高的要求。在实际加工中，多采用如图2所示的加工流程。

图1 叶片结构

图2 加工流程

　　四、NX中叶片加工实例

　　要加工如图3所示的某型发动机静子叶片，编程过程如下。

图3 某型发动机静子叶片

　　1.零件造型

　　曲面造型时，首先由图纸提供的截面上的列表点数据定义样条曲线，然后再完成曲面定义。

　　(1)曲线造型

　　在UG软件中可先点击“Application”→“Modeling” 进入造型模块，然“Insert”→“Curve”→“Spline”或单击，进入样条曲线定义对话框。

　　选择“Through Points”→“Pointsfromfile”并输入样条曲线的列表点数据文件(如yp1.dat)，单击“OK”，即可生成通过这些点的样条曲线，如图4所示。用同样的方法生成这个截面上的叶盆曲线，如图5所示。对这两根样条曲线倒圆角，使它成为一条封闭的曲线，大端的圆角为1.2mm，小端的圆角为0.23mm，如图6所示。用同样的方法绘制其他9个截面的曲线，形成如图7所示的形状。

　　(2)曲面造型

　　选择“Insert”→“Free From Feature”→“ThronXh Curves”或单击，依次选取10个截面的曲线，在对话框中输入容差等参数，即可由曲线生成曲面，生成相应的叶片零件，参见图3。

图4 样条曲线图nextpage

图5 叶盆曲线

图6 倒圆角后的封闭曲线

图7 9个截面曲线

　　2.刀位轨迹生成与仿真

　　在这个例子中，假定只对该叶片进行精加工，那么生成精加工程序的过程如下。

　　◎ 进入加工模块

　　“Application”→“Manufacturing”，单击，进入“Create Operation”(创建操作)对话框，如图8所示进行设置，选用多轴加工方法中的“可变轴铣”。

图8 创建操作对话框

　　◎进入“可变轴铣”对话框后，设定相应的参数，如图9所示。在“Geometry”中单击，选中叶片零件。

图9 参数设置图

　　◎在“DriveMethod”(驱动方法)中选择“SurfaceArea”(曲面区域)方法，进入“SurfaceAreaMethod”对话框，选择叶片曲面为“DriverGeometry”(驱动几何)，其他参数如图10进行设置，在“ToolAxis”中选择刀轴为“4AxisNormalToDriver”(四轴沿驱动面法向)，点击“OK”回到“可变轴铣”对话框。

图10 SurfaceAreaMethod对话框nextpage

　　◎进入“Groups”组，新建一把直径为φ12mm的球头刀，参数如图11所示。

a) b)

图11 刀具参数设置

　　◎回到“Main”组，单击“Non-Cutting”，进入进退刀设置对话框，按图12设定。

a) b)

图12 进退刀设置对话框

　　◎单击，生成叶片加工的刀具轨迹，如图13所示。单击，可对生成的刀轨进行加工仿真。

图13 叶片加工的刀具轨迹

　　3.后置处理，生成NC程序

　　单击，进入后置处理对话框(如图14所示)，选择相应的机床特性文件，生成加工叶片零件的NC程序。

图14 后置处理对话框