基于UG叶轮的造型加工及数控编程

摘要离心式压缩机叶轮的加工是多轴CNC加工的最常见例子。

如今，CNC高速铳削技术对于叶轮的整个加工比较完整，但这取决于国外的软件。

本文主要介绍了压缩叶轮的过程，分析了模拟叶轮的全过程。

主要工作包括以下三个方面：（1）根据实习公司的实际生产悄况和研究需要，本文采用UG软件对压缩机叶轮的工艺进行了分析。

通过铳削，可变轮廓铳削和UG加工模块的转子加工完成叶轮的加工，模拟加工和后处理。

（2）压缩机叶轮的主叶片和分叶片不均匀弯曲。

在径向方向上，当半径减小时, 叶片的厚度变得越来越薄，相邻转子的路径越窄，叶片的高度逐渐增加。

叶片的曲率越来越大，这绝对是加工整个叶轮的难点和重点。

因此，在加工刀片时，在刀和刀片之间加工刀具和相邻刀片之间可能会发生干涉，导致刀具轴在程序自动创建时不会发生碰撞地区号码。

本文是从这个难度设计圧缩机，中央转子和操作的加工技术。

（3）编程时的刀具选择，主轴转速，进给量，刀具载荷和加工余量直接受加工效率的影响。

对于刀具轴，存在许多约束，并且不能为加工过程分析创建可鼎的刀具轨和其他问题。

瑞士海德汉系统Mikron的五轴加工中心用作叶轮加工装置。

关键词：压气机叶轮：UG;加工工艺；叶片AbstractThe processing of centrifugal compressor impellers is the most common example of multi-axis CNC machining. Today, CNC high-speed milling technology is complete for the entire machining of the impeller, but it depends on foreign software・ This paper mainly introduces the process of compressing the impeller and analyzes the whole process of simulating the impeller. The main work includes the following three aspects:(1)According to the actual production situation and research needs of the internship company, this paper uses UG software to analyze the process of the compressor impeller. The machining, simulation and post-processing of the impeller are carried out by milling, variable contour milling and rotor machining of the UG machining module・(2)The main blades and the divided blades of the compressor impeller are unevenly bent. In the radial direction, as the radius decreases, the thickness of the blade becomes thinner and thinner, and the narrower the path of the adjacent rotor, the height of the blade gradually increases・ The curvature of the blade is getting bigger and bigger, which is definitely the difficulty and focus of processing the entire impeller. Therefore, when machining the insert, interference may occur between the machining tool and the adjacent insert between the knife and the insert, resulting in the tool axis not colliding with the area number when the program is automatically created・ This paper is designed from this difficulty to design compressors, central rotors and operational machining techniques.(3)Tool selection during programming, spindle speed, feed rate, tool load and machining allowance are directly affected by machining efficiency・ For tool axes, there are many constraints and it is not possible to create reliable toolpaths and other problems for machining process analysis・ The five-axis machining center of Mikron, the Swiss HEIDENHAIN system, is used as an impeller processing unit..Key words: Integral impeller;UG;The processing technology摘要 (1)Abstract (2)1.引言 (4)2.压气机叶轮结构加工工艺分析 (14)2.1压气机叶轮结构分析 (14)2.2压气机叶轮的技术要求 (16)221对压气机叶轮的设计制作要求 (16)2.2.2对压气机叶轮的加工要求 (16)2.2.3叶轮的加工难点 (17)3.压气机叶轮毛坯的确定 (17)3.1叶轮材料的选择 (17)3.2叶轮毛坯的选择 (18)4.压气机叶轮加工工艺路线设计 (19)4.1加工方法的选择 (19)4.2加工阶段的划分 (20)5.压气机叶轮的工艺设计 (20)5.1机床选择 (20)5.2定位基准、夹紧方案的确定 (20)5.3刀具选择 (21)5.4进给路线和工步顺序的确定 (22)5.4.1加工坐标系 (22)5.4.2UG加工及仿真步骤 (23)5.4.3UG加工及仿真结果与模型的比较 (35)6.总结 (36)参考文献 (37)致谢 (1)1・引言(1)数控系统的发展趋势第一个经过测试的数控系统于1952年山麻省理工学院开发。

1 前言叶轮是压缩机、透平机和泵等的核心部件，其加工质量的优劣对压缩机的性能有着决定性的影响。

20世纪80年代中期，在先进透平机械的结构设计中，出现了“三元整体叶轮”结构。

三元叶轮是根据透平式流体机械内部流体的三元真实流动状况而设计的，能大幅度地降低能耗。

整体式三元叶轮是指轮毂和叶片在同一毛坯上，具有结构紧凑、曲面误差小、强度高等优点。

由于叶轮采取了整体式结构，而叶片的形状又是机械加工中较难加工的复杂形状曲面构成的，因此加工时轨迹规划的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极易发生碰撞干涉，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。

目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，主要有美国叶轮制造公司NREC推出的专用软件包：MAX-5，MAX-AB；瑞士Starrag生产的数控机床所带的整体叶轮加工模块，还有Hypermill等专用叶轮加工软件。

此外，一些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E、 MasterCAM等也能用于整体叶轮的加工。

本文选用UG NX4.0对整体叶轮进行加工轨迹规划。

2 加工工艺及装备分析2.1 加工工艺流程规划叶轮的一般构成形式是若干组叶片均匀分布在轮毂上，相邻两个叶片间构成流道，叶片与轮毂的连接处有一个过渡圆角，使叶片与轮毂之间光滑连接。

叶片曲面为直纹面或自由曲面。

整体叶轮的几何形状比较复杂，一般流道较狭窄且叶片扭曲程度大，容易发生干涉碰撞。

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要精确控制，才能加工到其几何形状的每个角落，并使刀具合理摆动，避免发生干涉碰撞。

叶轮加工首先由最初的毛坯——棒料、铸造件或者锻压件采用车床进行外轮廓的车削加工，得到叶轮回转体的基本形状。

通过对叶轮结构和加工工艺的分析，叶轮加工主要由粗加工叶片间流道（叶轮开粗）、流道曲面的半精加工、叶片精加工、流道精加工和倒圆部分的清根加工等工序组成。

2.2 刀具选择刀具刚性和几何形状是叶轮加工刀具选择的主要因素，在流道尺寸允许的情况下尽可能采用大直径的刀具。

ug叶轮编程实例UG叶轮编程实例导言：UG软件是一款常用的三维建模软件，广泛应用于机械制造、航空航天等领域。

其中叶轮的设计和加工是UG软件的常见应用之一。

本文将通过一个UG叶轮编程实例，介绍叶轮的设计和加工过程。

一、叶轮的设计在UG软件中，叶轮的设计是基于三维建模的。

首先，我们需要确定叶轮的外形和尺寸。

可以通过绘制截面曲线或者直接绘制叶片的轮廓来完成。

然后，根据叶轮的设计要求，进行叶片的倒角、倒圆等处理，以提高叶轮的性能。

最后，通过旋转操作将叶片复制成完整的叶轮。

二、叶轮的加工叶轮的加工是基于数控机床的，因此需要生成数控加工程序。

在UG软件中，可以通过编程的方式生成叶轮的加工路径。

具体步骤如下：1. 创建加工坐标系：首先，我们需要在叶轮上创建一个加工坐标系，以定义加工的起点和方向。

在UG软件中，可以通过选择一个叶轮上的特征点或者特征曲线来创建加工坐标系。

2. 设置刀具：根据叶轮的加工要求，选择合适的刀具。

在UG软件中，可以根据刀具的几何参数和刀具路径来进行选择。

3. 定义加工路径：在UG软件中，可以通过编程的方式定义叶轮的加工路径。

具体包括切削路径、切削方向、切削深度等。

另外，还可以进行刀具的补偿、跳刀等设置，以提高加工效率和质量。

4. 生成加工程序：根据定义的加工路径，UG软件可以自动生成数控加工程序。

在生成过程中，可以根据实际情况进行优化和调整。

5. 加工验证：在生成加工程序后，需要对加工路径进行验证。

可以通过模拟加工或者在数控机床上进行试切试验，以确保加工路径的正确性和安全性。

三、编程实例下面以一个叶轮编程实例来演示UG软件的应用过程：1. 设计叶轮的外形和尺寸：根据叶轮的使用要求，确定叶轮的外形和尺寸。

绘制叶片轮廓，进行倒角和倒圆处理。

2. 创建加工坐标系：在叶轮上选择一个特征点，创建加工坐标系。

定义加工起点和加工方向。

3. 设置刀具：根据叶轮的加工要求，选择合适的刀具。

设置刀具的几何参数和刀具路径。

基于UG叶轮多轴数控加工工艺设计摘要：论述了应用多轴联动数控机床加工叶轮的工艺设计。

首先，其造型复杂，叶面呈空间曲面，选择叶轮UG叶轮加工模块进行加工，根据刀路轨迹、刀具及设备制定出数控加工工艺；其次，计算刀具进给速度并校核、修正，根据UG软件前置处理刀轨文件，设定相应的机床参数，并用相应的多轴联动加工中心加工出叶轮。

本文主要论述了该零件在加工过程中合理的工艺安排，具体道路和刀具灵活的运用策略，不但保证了零件生产的质量，而且使生产效率得以提高。

关键词：模块；刀路；数控加工整体叶轮是航空发动机核心部件，也是典型的五轴加工零件。

其结构复杂、加工通道狭窄，叶片扭曲严重，加工时容易发生撞刀、干涉等问题。

因此，在实际加工前进行仿真，是十分必要的一个步骤。

利用UG软件，搭建虚拟制造仿真平台，能够实时、准确的模拟出加工程序，验证最终的NC代码，检查机床超程、干涉、碰撞等现象，并对最终结果进行过切、欠切等检查。

UG的应用，缩短了程序调试的时间，减少了资源的浪费，提高了加工效率。

叶轮的基本几何特征1 整体叶轮数控加工工艺流程规划根据叶轮的几何结构特征和使用要求（如图1），其基本加工工艺流程为：1）在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状；2）开粗加工流道部分；3）半精加工流道部分；4）叶片精加工；5）对倒圆部分进行清根。

1.1 刀具的选择为提高加工效率，在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀，但是也要注意使刀具直径2R1min小于两叶片间最小距离L1min，L1min 的大小可以根据UG NX 3.0软件的分析（Analysis）功能测得。

R1min在叶片精加工过程中，应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径R2min大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径rmax。

R2min>rmax在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径R3min小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径rmin。

基于UG的整体叶轮仿真加工*****************摘要：叶轮的设计和制造精度直接影响其空气动力性能和机械效率，如何实现整体叶轮高质量、高精度及高效率的加工工艺，一直都是机械加工行业中的热点话题。

本文通过分析研究压气机整体叶轮复杂的几何形状及加工技术要求，制定加工工艺路线，利用UG NX 10.0进行仿真加工，生成数控机床所能识别的NC代码，从而提高整体叶轮的数控加工效率与加工质量。

关键词：叶轮；UG；仿真加工1. 绪论整体叶轮是压气机的核心零件，也是压气机结构中唯一对气体做功的元件，在机械透平领域中起着至关重要的作用，整体叶轮的加工工艺一直是机械加工制造行业中的一个重要课题，叶片的设计制造和加工工艺通常需要综合考虑流体力学、叶片表面光顺性及叶片强度等诸多因素的影响。

近几年来工业的飞速发展，对压气机叶轮的需求量越来越大，就目前，叶轮的最高转速以达100000r/min，这对叶轮叶片的设计和表面加工质量要求也是越来越高[1]。

当前，在国外整体叶轮的加工方式多为五轴高速铣削加工，且在设计制造技术和加工工艺上已经非常成熟。

国外叶轮制造技术之所以能够领先主要还是因为凭借着专业软件的优势，例如美国MAX系列就是专门用于叶轮类零件加工的软件。

目前国内叶轮的生产方式是大多都是依靠CAD/CAM软件进行辅助设计制造，就叶轮方面还没有形成自己的核心加工技术，在工艺以及效率方面都还有待提高。

本文将对压气机整体叶轮进行详细的分析，再利用UG NX 10.0进行仿真加工。

2. 整体叶轮结构及加工工艺分析2.1. 压气机叶轮结构分析压气机叶轮即工作轮，是压气机的核心元件，一般由轮盘、叶片、轮毂三部分组成，叶轮及各部分组成如图1所示。

气体进入压气机后，在叶轮主流叶片与分流叶片的共同作用下，气体受旋转离心力不断的在叶轮旋转过程中被压缩，从而提高气体中所蕴含的能量。

图1 整体叶轮结构图2.2. 整体叶轮加工的关键技术分析整体叶轮一般都是7系铝合金材料制造，加工精度要求主要集中于叶片、轮毂及叶根圆角表面，叶片表面的连续性和光顺性必须要保证良好，表面粗糙度R a 应小于1.6μm[2]。

一、UG/Modeling模块进行三维造型（一）建立叶轮基体1．新建文件进入UG程序后，首先点击图标，系统显示新零件对话框，在此框中的文件名称栏里键入impeller_modle并点击为单位，最后点击，即新建叶轮文件。

2．建立叶轮基体（1）新建文件后，首先选择→选项。

（2）点击按钮按钮，选择，在对话框中点击，点击弹出圆锥尺寸对话框，按右图所示尺寸填入，点击完成（二）建立叶片形状（1）建立基准轴a.点击，依次选择，，在下拉菜点中选择XC，点击完成b.点击，选择，，打开下拉菜单点击，在图形区点选叶轮基体顶圆相对的四分点，点击完成（2）绘制叶片草图轮廓点击进入草图模式，选择XC－YC作为基准平面，建立如下所示草图点击退出草图模式，点击，在弹出对话框中选择对上一步绘制的曲线进行修剪，得到如下所示曲线（3）拉伸叶片点击，选择，用鼠标分别选取上图中曲线的四根线段，点击弹出对话框，选择，在弹出对话框中点击沿Z轴方向拉伸，点击，在对话框的end distance栏中填入300，点击，选择，点击完成叶片拉伸操作。

（4）修剪叶片a.建立修剪用曲面点击，以（420，0，260），（-10，0，300）为坐标绘制直线，点击，鼠标选取图形区中刚绘制的直线，点击，选择，在弹出对话框中点击，两次点击，确保基点坐标为零，start angle和end angle 分别填入-50和50。

点击完成b.用曲面修剪叶片点击，在图形区点选叶片，点击，在图形区点选上一步完成的曲面，选择完成修剪叶片操作。

（5）建立圆阵列点击，选择，在界面图形区中点击上一步完成的叶片，点击，阵列数为5，转角72°。

（6）建立倒圆角特征a．在叶片底部建立12.5倒圆角点击，在default radius处填入12.5，用鼠标分别选取图形区中叶片和叶轮基体的交界线，点击完成。

b．建立叶片顶部变半径倒圆角点击，在前打勾，在图形区分别点选下图所示三点，每点的圆角半径值为1：31.25；2：12.5；3：1.5625，点击完成c.建立叶轮基体倒角点击，选择，在图形区点选叶轮基体的顶圆和底圆，点击，在offset处填入6.25，点击完成（三）建立叶轮基体键槽等其他特征a．建立孔特征1．点击，选择，在弹出对话框中点击，点击，尺寸如右图，点击，基点坐标为（0，0，0），点击，选择，在图形区点选叶轮基体，点击完成。

1 绪论1.1课题的确定整体式叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。

从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出：加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。

因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量。

目前，我国大多数生产叶轮的厂家多采用国外大型CAD/CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等随着航空航天技术的发展，为了满足发动机高速、高推重的要求，在新型中小发动机的设计中大量采用整体结构叶轮。

选择数控加工仿真技术，适合加工种类多、需求少、难加工的整体叶轮，减少整体叶轮加工的成本。

本课题主要研究的是航空发动机上整体叶轮的数控加工工艺、造型、数控加工仿真及数控编程。

而且且本文选用目前流行且功能强大的UG NX4.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。

下图是叶轮零件图1-1，1-2，1-3.前视图1-1俯视图1-2叶片之间的角度以上各图在后面会详细的分析。

1.2国内（外）发展概况及现状的介绍通常在整体叶轮的设计图上给出的是叶片中性面上顶部和根部的两组数据点，包括顶部和根部的一系列离散数据点和对应点的叶片厚度值。

本课题采用B 样条方法对叶轮曲面进行造型。

整体结构叶轮(图1－1)的应用可使航空发动机推重比、工作效率、寿命及可靠性大大提高，因此在各类新型发动机及大推力火箭发动机中应用愈来愈多，其加工质量的优劣对发动机的性能有着决定性的影响，而其叶片的形状又是机械中最难加工的曲面构成的。

因此，整体叶轮的加工一直是机械加工中长期困扰工程技术人员的难题。

为了加工出合格的叶轮，人们想出了很多的办法。

由最初的铸造成型后修光，到后来的石蜡精密铸造，还有电火花加工等方法。

基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验与后置处理4.4.1 整体叶轮数控加工路径规划叶轮整体数控铣削加工是指轮廓与叶片在同一毛坯上铣削加工成形。

其加工过程大致包括以下几个主要工序：1.粗加工叶轮流道曲面；2.粗加工叶片曲面；3.叶片精加工；加工。

下面对其路径规划方法分别讨论。

1)创建整体叶轮数控加工父级组。

打开已经建构的整体叶轮三维CAD文件，进入UG加工界面，选择“mill_muti-axis(多轴铣削)”CAM加工配置模板，先后创建程序组、几何组、刀具组和方法组，为下面的加工仿真做准备，具体如下：a.创建程序组。

程序组是用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。

由于在单个叶片的多轴加工程序编制后，要使用旋转复制功能生成其余叶片的加工程序，因此这里先采用UG 缺省的程序组，待全部叶片加工程序完成后再统一修改、管理。

b.创建几何组。

在“导航器”中选择“几何视图”功能，进入几何视图工作界面，设置叶轮的圆柱圆心点为加工坐标系位置（双击MCS_MILL 在CSYS 状态下单击点对话框将捕捉类型设置为“圆弧中心/椭圆中心/球心”并将加工坐标系移至到圆心点），如图4.11所示；在铣削几何体中选择已经车削完成的回转体作为毛坯几何体，如图4.12所示c.创建刀具组根据前面已经确定的刀具类型和相关刀具参数，利用“创建刀具”功能，分别创建粗、精加工刀具，并且从内定库中检索刀具夹持器，创建刀具夹持器，本文中选取了库代号为“HLD001_00041”的刀具夹持器。

由于上一节中对刀具选择已作了比较详细的论述，这里不再重复，且此步的操作比较简单。

e.创建方法组由于叶片及流道曲面加工采用了表面积驱动方法，不便设置统一的加工余量、几何体的内外公差、切削步距和进行速度等参数，先选用内定的“METHOD ”加工方法，可根据需要再设置上述加工参数。

2)粗加工叶轮流道曲面通过可变轮廓铣程序控制驱动方法和刀具轴，根据叶轮流道曲面的加工要求创建多轴联动粗加工程序。

基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究冷家融（长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122）【摘要】应用UG软件编程，在发动机叶轮的数控仿真加工过程中，辅以动画演示功能，使学生更好地了解编程的步骤、命令的选用以及相关参数的设置。

通过虚拟工作环境，调整参数设置，生动地演示其加工效果与差异，教授学生掌握5轴数控加工的编程要领，以此提高课堂教学效果与教学质量。

关键词：UG；叶轮；5轴仿真加工；机械专业教学中图分类号：TG659 文献标识码：BDOI：10.13596/ki.44-1542/th.2024.01.022Teaching Case Study on Impeller Five Axis Numerical ControlSimulation Processing Based on UG ProgrammingLeng Jiarong（College of Humanities & Information Changchun University of Technology，Changchun，Jilin 130122，CHN）【Abstract】Using UG software programming, in the numerical control simulation machining process ofengine impellers, animation demonstration functions are supplemented to help students betterunderstand the programming steps, command selection, and related parameter settings. By using avirtual working environment, adjusting parameter settings, and vividly demonstrating the processingeffects and differences, students can better grasp the programming essentials of five axis CNCmachining, thereby improving classroom teaching effectiveness and quality.Key words：UG; impeller; five axis simulation machining; mechanical teaching1 引言UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。