叶片专用多轴数控编程技术研究

基于UG软件闭式叶轮数控多轴加工工艺分析研究作者：王继群来源：《科技视界》2014年第36期【摘要】闭式叶轮被广泛的应用在各个领域中，本文以UG软件为平台，对闭式叶轮的数控多轴加工工艺进行了分析研究，制定了工艺方案，对其刀具路径进行了合理规划，避免了加工干涉，最后完成了仿真加工，取得了很好的效果。

【关键词】闭式叶轮；UG；数控多轴加工；刀具路径0 引言近些年来，闭式叶轮被广泛的应用在航空、冶金、军事、能源动力等各个领域，如图1，相对于开式叶轮，它的轴盘、盖盘和叶片三位一体，避免了气流损失，提高了气动效率。

传统的加工方法主要是采用铸造的方式，但是叶轮的精度难以保证，另外由于铸造时产生应力集中等问题，叶轮容易损坏。

随着数控多轴技术的发展，在工业领域中更多的是采用数控多轴机床加工生产闭式叶轮。

但是闭式叶轮的结构具有一体性和封闭性、加之叶片曲面较为复杂，加工时又要考虑刀具干涉的问题，加工难度很大。

因此，如何正确规划闭式叶轮数控加工的刀具路径，避免干涉，制定合理的加工工艺，就显得十分重要。

由于闭式叶轮的结构复杂，必须在五轴的数控加工中心上才能完成，而针对于多轴加工，主要采用软件自动编程，这里选用全球最为高端的工业软件—UG，本文以UG软件为平台，对闭式叶轮的整个加工工艺进行分析研究。

图1 闭式叶轮1 闭式叶轮的三维实体建模图2 闭式叶轮的三维建模首先我们利用UG软件对闭式叶轮进行三维建模，建模这一步很关键，它决定着后面工作的成败。

由于闭式叶轮是由轴盘、盖盘和叶片三个部分组成的，所以对其分别建模，再将三者组合在一起。

其中，轴盘和盖盘的建模比较简单，直接用三维旋转命令即可完成，叶片的建模较为复杂，先使用样条命令生成三次样条光滑曲线，扫掠成实体薄片，由于叶片厚度并不是均匀一致，我们再对叶片的前后端面进行修改，完成单个叶片的造型。

最后使用空间阵列命令，完成所有叶片的造型。

2 闭式叶轮的数控加工工艺方案由于闭式叶轮和开式叶轮在结构上有一定的区别，轴盘、盖盘和若干个叶片连在一起，加工时数控铣刀不可能像加工开式叶轮那样有很大的活动空间，为了防止铣刀和叶轮本身发生干涉，只能从叶轮通道的进出气孔进行加工，如图3，这将大大限制铣刀活动范围，因此一定要合理规划刀具路径，同时也要避免加工干涉。

提高四联动加工中心上叶片加工效率的研究和实现叶片是典型的透平机械零件，广泛地应用于航空、发电、船舶等行业。

叶片加工的方法常见有精密锻造、数控铣加工等，其中数控加工方法人力成本低、生产周期短和良好的加工质量等优点而成为首选方法。

叶片型面的质量则直接影响叶片的工作效果，由于叶片的型面是复杂的三维曲面，所以一直是叶片加工中的重点，文章CAM的设计使这种复杂型面的加工变得相对容易。

文章通过对某型叶片的造型及数控编程，使大家对叶片类零件的数控加工过程有一个整体的了解。

标签：扭叶片；四轴联动；数控加工；加工路径；后处理；仿真加工引言四轴联动加工技术主要应用于加工具有较为复杂曲面的零件，与三轴联动加工相比，四轴联动加工中心在三轴联动的基础上增加了一个A或B轴，因此可以加工出更高质量、更复杂的曲面。

目前已经普及的国产四联动机床，机床价格低廉，并且维护成本低于进口机床，这对一个发展中的企业来说是非常重要的。

文章以工业汽轮机叶片和EUMA、MA650-VB四联动加工中心为对象，组织了一定的人力针对叶片数控加工中的相关技术进行研究和开发，合理的利用软件，在四联动加工中心上成功的实现了叶片的高效加工。

1 研究对象工业汽轮机叶片是汽轮机的心脏，其叶片的制造技术和制造质量直接影响机组运行性能和机组的可靠性。

叶片是较复杂的曲面体零件，长期以来采用的电解、仿形、三联动等制造工艺，其生产效率非常低下，叶片型面精度难以保证，而且工艺复杂、劳动强度大、环境恶劣等特点，已不能满足技术进步的要求，也不能有效地保证叶片型面准确性和制造质量，更不能满足当今汽轮机市场竞争的要求。

工业汽轮机动叶片主要以扭叶片和直叶片（图1）两种，文章以扭叶片为重点，着重讲述该扭叶片在四联动加工中心上的研究与实现。

图12 CAD/CAM软件的选择在对设备功能、刀具性能和叶片成本等要素进行分析后，我们对目前国内国际流行的UG、Pro/E、MasterCAM等软件进行了各方面的实践和考评。

大型转轮叶片多轴联动加工工艺技术研究Study on Process of Multi-axis Movement Simultaneously Machining the Large FrancisTurbine Blade摘要随着我国大型水电站的不断开发，大型水轮机组的研制进入快速发展阶段。

转轮是水电机组的心脏，转轮叶片是转轮的关键部件，其加工制造技术也不断的发展。

在大量的技术引进和消化以及制造业不断发展的基础上，我国的转轮叶片的加工制造已经摆脱了传统的手工制造的阶段，进入到数字化设计和制造阶段。

转轮叶片的五轴联动加工技术是转轮叶片制造的关键技术，它是一项涉及到多个学科相互交叉的综合性机械加工技术。

由于其技术含量高、投资成本大，仅为世界上少数企业和公司所常握。

目前转轮叶片加工所采用的工艺方法基本上沿用国外的技术方法，其工艺技术比较先进和成熟。

由于工艺技术具有极强的个性，我们在转轮叶片的加工工艺上需要进一步研究来适应我们自身工艺技术环境等多方面的要求，以形成自身的制造工艺技术的特点，从而达到质量和成本的最优，实现效益的最大化。

本文对目前东方电机所采用的转轮叶片的工艺技术方法进行了详细的论述，并针对该工艺技术方法在实际应用中出现的一些问题进行了进一步的研究，主要包括对混流式叶片焊接坡口的加工工艺研究，转轮叶片的装夹找正工艺研究以及转轮叶片的机床仿真技术的研究，通过研究应用，提出了解决这些问题的方法，从而对转轮叶片的加工工艺技术进行了优化和完善。

通过上述研究，本文以三峡右岸水轮机叶片的加工制造为应用平台，以UG NX、CAMAND、VERICUT以及在MDT平台上二次开发的余量分布计算软件等为技术手段，对整个转轮叶片的制造工艺流程进行了优化和完善。

通过对坡口加工工艺技术、转轮叶片装夹定位技术和基于转轮叶片加工的加工仿真系统的应用，提高了三峡右岸转轮叶片的加工质量，节约了加工成本，缩短了加工周期,取得了良好的经济效益和社会效益。