0 引言

　葉輪類零件主要是由光滑復雜曲面構成，葉片壁很薄并且是扭曲的，由于其形狀復雜，相鄰葉片之問空間狹小，加工難度很大，必須采用多軸的方法才能實現(xiàn)加工。五軸聯(lián)動數(shù)控機床對CAM軟件的要求非常高，UG軟件除了提供強大的三軸加工外，還提供了比較成熟的多軸加工模塊，是一款非常適合進行五軸聯(lián)動加工編程的數(shù)控軟件之一。

　　整體式葉輪的加工是指輪廓和葉片在同一毛坯體上進行的整體加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪廓上的工藝方法，所以在加工中有很大的難度。下面以整體葉輪加工為例，講述五軸數(shù)控編程中的一些的關鍵技術。

1 整體葉輪加工工藝分析

　　對零件進行工藝分析是編寫加工程序之前的必備工作，分析工藝時必須充分了解零件加工的工藝特點，合理編寫加工程序，以制造出符合要求的零件。葉輪零件五軸加工程序編制流程如下。

　　1.1 葉輪零件毛坯的裝夾定位

　　葉輪零件的毛坯可以用數(shù)控車床車削成型，毛坯形狀如圖1所示。葉輪中間的圓孔用于加工時的裝夾定位，在加工時，將毛坯放人與之配合的圓柱上，再用螺母壓緊毛坯便可以實現(xiàn)零件的裝夾定位。再通過壓板螺栓將圓柱和葉輪一起固定在工作臺上。

　　1.2采用的五軸數(shù)控機床類型

　　五軸機床共有三種，包括五軸帶雙轉臺，五軸雙擺頭和五軸帶一轉臺一擺頭機床。本例選用帶一擺頭和一轉臺的五軸數(shù)控銑床，除了X，Y，Z三個軸外，還加上繞Y軸旋轉的B軸，繞z軸旋轉的C軸。

1.3 葉輪加工刀具選擇

　　由于葉輪葉片之間的間隔距離小，而且葉片是扭曲的，這就決定了加工流道時刀桿必須在兩葉片之間的范圍內不斷的擺動，刀具才不會與葉片發(fā)生干涉。加工時刀桿的擺動決定了粗加工和精加工刀具都要采用球刀。采用球刀底刃加工葉輪流道，利用球刀的側刃加工葉輪的葉輪葉片。刀具材料可根據(jù)加工要求和葉輪材科做相應選擇。2 數(shù)控加工葉輪流道時的刀軸控制

　　2.1 保證刀具軸在兩葉片之間的范圍內擺動刀具又不會與葉片發(fā)生干涉葉輪流道的加工是整個零件的加工難點，由于葉片之間的間隔距離小，而葉片的扭曲程度決定了加工時刀具軸的擺動范圍，刀具軸必須在兩葉片之問的范圍內擺動，刀具才不會與葉片發(fā)生干涉。

　　2.2 刀軸控制方法

　　葉輪流道的加工采用UG軟件中的可變軸曲面輪廓銑加工的多軸銑削加工功能，在變軸銑的過程中，刀軸在沿著刀路運動時可以不斷改變方向。刀軸是指從刀尖方向指向刀具夾持器方向的矢量。UG的可變軸曲面輪廓銑提供了大量的刀具軸矢量選項，從而控制刀軸在加工時的擺動。

　　本例采用朝向點的刀軸控制方法，通過指定一個聚焦點來定義可變刀軸矢量，刀軸矢量以刀柄為起點指向聚焦點，在通過UG軟件在葉輪的流道上方畫一個點，以這個點作為聚焦點，朝向點的刀軸控制方法可以使刀具在加工葉輪流道時刀軸始終朝向這個點。要保證刀具加工到流道的每個角落的同時又不會與葉片干涉，可以通過鼠標旋轉葉輪實體，觀察點在流道上的投影，如果葉輪流道上方的點的投影在流道的每個角落，不會被葉片擋住，那么就可以保證刀具在加工流道的時候不會與葉片發(fā)生干涉。如果會被葉片擋住，就要重新選擇新的點作為聚焦點。

3 采用五軸定位加工，減少葉輪的加工時間，提高葉輪加工效率

　　前面對葉輪流道的粗加工采用可變軸曲面輪廓銑的多軸銑削加工功能，刀具沿著曲面不斷擺動刀桿進行加工，避免和葉片干涉，由于刀桿在擺動，所以必須用球刀加工，球刀加工效率比較低，要完成葉輪流道的粗加工需要很長時間。五軸定位加工是先將刀具主軸旋轉到某一個所需要的方位，然后對工件進行加工，在對工件進行切削加工的過程中，刀具主軸的方位不發(fā)生變化。如何運用五軸定位加工，減少葉輪的加工時間，提高葉輪的加工效率?

　　通常三軸銑削加工曲面時，刀軸方向是固定的z軸方向，粗加工可以采用圓鼻刀，盡快去除大部分的材料余量，加工效率比較高。在UG五軸數(shù)控加工中的刀軸控制可以定義固定和可變兩種方式的刀軸方位。固定刀軸將保持與指定矢量平行，在整個加工的過程，刀軸矢量方向固定不變，而可變刀軸在沿刀軌運動時將不斷改變刀軸矢量方向。

　　在葉輪的流道粗加工中，要提高效率就巋須用圓角刀進行粗加工，我們可以采用五軸定位加工，即選擇多軸加工方式下的固定軸曲面輪廓銑，刀軸控制定義為固定刀軸方位，這樣就可以采用圓角刀進行葉輪流道的粗加工。刀軸的固定方向的確定可以通過鼠標對葉輪實體的旋轉拖動，如果葉輪流道完全暴露在視線下，不被葉片擋住，通過設置當前視圖方向作為刀軸矢量的固定方向。這樣就可以采用圓角刀對葉輪流道進行粗加工，加工時間大大減少。

　　由于葉輪葉片的扭曲，通過鼠標對葉輪實體的旋轉拖動，葉輪流道可能不會全部暴露在視線下，部分流道會被葉片擋住，如果采用固定刀軸方位。用圓角刀進行葉輪整個流道的粗加工，刀軸和葉片就會產生干涉，部分的葉輪流道加工不到。這種情況可以先對流道的可見部分進行粗加工。然后旋轉葉輪實體，將剩下沒有加工的部分流道暴露在視線中，用圓角刀對剩下的部分流道進行粗加工，從而完成整個流道的粗加工。也就是一個葉輪的流道需要分成兩個部分分別加工完成，其加工效率同樣大大提高，加工時間減少。

4 UG軟件自動編程后置處理的關鍵技術點

　　用UG軟件對產品生成多軸加工的刀路后，需要通過后處理文件生成所需要的程序。UG系統(tǒng)已經提供了若干現(xiàn)有的后處理器，也可以通過后置處理構造器(UG POSTBuflder)為特定的數(shù)控機床定制后置處理器。后置處理構造器可以靈活的定義數(shù)控機床的操作指令以及程序輸出的順序和格式等等。下面簡單介紹通過后置處理構造器生成后處理文件的幾個關鍵技術點。

　　4.1 機床類型的選擇

　　運行后置處理構造器后，首先根據(jù)自己已有的機床種類，選擇多軸機床的種類。本例選用五軸帶轉頭和輪盤的多軸數(shù)控機床類型。

　　4．2選擇數(shù)控控制器的類型　　用戶可以選擇通用機床類型或者從庫中選擇相應的機床類型，同時也允許用戶自定義控制器的類型。本例從庫中選用法蘭克控制系統(tǒng)。

　　4.3 擺頭旋轉中心偏置的距離

　　本例中使用的五軸數(shù)控機床還必須測量出擺頭旋轉中心至刀尖的距離，輸入到后置處理構造器的參數(shù)設置中去。距離測量方法是：先將擺頭旋轉的角度設置為0度，將刀尖接觸工件表面，記下機床坐標，然后將擺頭旋轉的角度設置為90度，讓刀桿剛好接觸工件表面，記下機床坐標，前后兩個坐標之差再減去刀桿半徑就是所要測量的擺頭旋轉中心至刀尖的距離，即擺頭旋轉中心偏置的距離，輸人到參數(shù)設置里即可。

　　4.4 程序指令的自定制

　　后置處理構造器中的程序選項卡可以對生成的程序指令進行定制，例如對于華中數(shù)控系統(tǒng)，程序指令與法蘭克數(shù)控系統(tǒng)的程序指令有點不同，可以在后置處理構造器中進行程序代碼修改定翩。不要的指令可以拖人旁邊的回收站，保存生成后處理文件。最后在刀路后處理時選擇定制的后處理文件直接生成適合自己數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序。

5 結束語

　　五軸數(shù)控加工編程軟件有很多，但不同軟件的多軸加工的很多技術原理是相似的，只要掌握五軸數(shù)控加工編程的關鍵技術要點，合理的設置軟件的其它參數(shù)，就可以順利的加工出符合要求的零件。葉輪類零件是一類具有代表性復雜曲面零件，通過對典型零件葉輪數(shù)控加工的研究和實踐，能夠更好的理解和運用五軸數(shù)控加工技術。