摘要：首先簡(jiǎn)要介紹了四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的基本情況和兩種葉片的外形特點(diǎn)；然后介紹了UG軟件的銑加工模塊中關(guān)于葉片清根的功能及局限性；最終通過(guò)參數(shù)調(diào)整的方法解決了葉片清根中存在的問(wèn)題。 1 前言 葉片采用四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工，葉型能夠達(dá)到加工要求，但UG軟件的清根不能滿足加工要求，所以必須經(jīng)過(guò)人工修改方式，才能滿足要求。 2 四坐標(biāo)機(jī)床與葉片的裝夾方式 2.1 機(jī)床狀況 四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床是一種加工葉型曲面較經(jīng)濟(jì)的機(jī)床，但對(duì)于葉片根部連接面的空間曲面，卻不能加工出來(lái)。四坐標(biāo)機(jī)床只有X、Y、Z軸和A軸，沒(méi)有C軸，主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.2 葉片的裝夾方式 如圖1所示，葉片以榫頭底面定位，背度面定位，盆度面壓緊，葉尖用頂尖頂緊方式裝夾。葉型與主軸方向即Z軸保持垂直，則葉片根部連接面須用刀具側(cè)刃加工。在這種裝夾方式下，主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)的四坐標(biāo)機(jī)床不能加工出空間曲面的形狀。 圖1 葉片的裝夾 3 葉片根部情況 對(duì)于要求清根的葉片大致有兩種，一種是汽輪機(jī)葉片，一種是壓氣機(jī)葉片。 3.1 汽輪機(jī)葉片 汽輪機(jī)葉片的葉型扭角較大，葉盆、背曲率較大，葉根連接處一般為帶角度的平面，比如東汽三級(jí)、南汽十一級(jí)，也有用圓錐面連接的零件，比如上汽三、四級(jí)。 3.2 壓氣機(jī)葉片 壓氣機(jī)葉片是葉根扭角不大、葉根與葉尖扭角變化也不大、葉型平緩的靜子葉片，葉盆、背的曲率較小，其葉根連接處為圓錐面，回轉(zhuǎn)軸線在葉型上方，所以連接面的中間低而兩側(cè)高；另一種為葉根的扭角較大、葉根與葉尖的扭角較大、葉型較扭的轉(zhuǎn)子葉片，葉盆與葉背的曲率較小，其葉根連接處也為圓錐面，但回轉(zhuǎn)軸線在葉片榫頭下方，所以連接面的中間高而兩側(cè)低。 4 UG軟件中關(guān)子葉片清根的功能及局限性 UG軟件是集CAD/CAM/CAE于一身的功能強(qiáng)大的軟件，但它畢竟是一種通用軟件，有其局限性及不足。要使其滿足葉片加工的要求，可以通過(guò)修改其程序的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 清根時(shí)采用的是軟件中的加工模塊中的多軸銑(variable-contour)加工或定軸銑(fixed-contour)加工方式。 4.1 多軸銑 多軸銑可適用于前面介紹的壓氣機(jī)的兩種葉片，但為了編程需要，要重新做出零件根部型面，也就是將葉根曲面向葉型方向等距偏移(offset)出三至四個(gè)曲面，與葉片型面產(chǎn)生的交線通過(guò)曲面的THROUGHCURVES功能連成曲面，這個(gè)曲面來(lái)自于葉片型面，同時(shí)必然與葉片型面一致，因此可以作為清根加工的幾何體。 操作過(guò)程：進(jìn)入加工模塊的多軸銑，選驅(qū)動(dòng)面(surfacearea)方式驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)擊新作的加工面，選擇加工方向、前傾角方向與大小、加工精度與加工圈數(shù)。 4.2 定軸銑 定軸銑可適用于前面介紹的汽輪機(jī)葉片，它采用邊界驅(qū)動(dòng)(Boundary)，葉盆、葉背分別單面加工完成，所以要做出邊界線，形狀與大小滿足與葉型的線框趨勢(shì)平行，而且加工時(shí)讓刀具能夠甩出零件面的要求。 操作過(guò)程：進(jìn)入加工模塊的定軸銑，選邊界驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，順序點(diǎn)擊邊界曲線為封閉的邊界線框，選擇平行線方式、步距、角度與投影方向，再選葉型為加工幾何體，可生成刀軌程序，如果連接面比較大，可以通過(guò)依次改變加工余量生成的刀軌程序來(lái)串連成加工程序，實(shí)現(xiàn)一層層下剝的加工。 4.3 加工效果及其缺陷 由于根部要作加工基準(zhǔn)，余量一般較大，所以只選用一把刀清根是不能完成的，要考慮增加粗清根與半精清根，也就是幾個(gè)程序的余量要留一致，刀軌線要連貫銜接。最后一把清根刀的刀半徑要與圖紙上根部半徑及的尺寸吻合。 定軸銑編出的加工程序加工出的葉片連接面高度大致能夠滿足工藝規(guī)程的要求，只是盆、背刀軌連接處曲面差距大，后面的拋光工序不好處理。 變軸銑生成的刀軌程序用刀具二維顯示，可以看出是否過(guò)切。一般說(shuō)，刀軌線為“8”形狀的，當(dāng)發(fā)生過(guò)切時(shí)，有些位置離曲面還很遠(yuǎn)，銑削出來(lái)的零件根部最高點(diǎn)離最終尺寸還有2～3mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到加工要求。并且刀具越大誤差值越大。 5 解決辦法 經(jīng)過(guò)多次的研究，對(duì)各種葉片的清根有了比較可行的改進(jìn)辦法，使四坐標(biāo)清根余量盡可能地達(dá)到了工藝規(guī)程的要求。以下是改進(jìn)程序的幾個(gè)分類，所有方法都是用UG軟件與仿真切削(vericut)軟件處理的。 (1)對(duì)于壓氣機(jī)靜子葉片，由于葉型較平直，可以直接修改*．cls刀軌源文件中X的值，使刀軌線不再發(fā)生過(guò)切現(xiàn)象來(lái)達(dá)到加工要求。 圖2 葉片過(guò)切仿真 (2)對(duì)于壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，由于葉型比較扭，如果只改刀軌源文件中的X值，那么根部雖然低下去了，但是葉型卻要過(guò)切。所以不能只改動(dòng)X值，必須連Y、Z、I、J、K值一起改，也就是將不過(guò)切的一條程序替換掉過(guò)切的程序，兩者相比較X值(絕對(duì)值)較大，Y、Z、I、J、K值近似，與上下變化規(guī)律一致。不過(guò)切的這條程序可以來(lái)自上一圈的同一位置，或另一個(gè)程序的同一位置，前提是前后相差不能過(guò)大，刀具變化大，實(shí)際加工中吃刀突然增大會(huì)發(fā)生斷刀。下面是117E3547的φ10球刀清根加工的程序修改方法。 如果沒(méi)有修改，則在仿真時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)過(guò)切，如圖2所示。 相應(yīng)的程序可以在*．cls文件中找出，下面是過(guò)切的程序段： GOTO/-4.6887，57.5805，0.7579656，0.6522945 GOTO/-4.6094，61.7648， GOTO/-4.6509，76.2829，-9.0689，0.0000000，0.9715582，0.2368009 經(jīng)過(guò)仿真與UG軟件相結(jié)合，將整條程序用X值 增加但Y值近似的程序替換，最后修改為： GOTO/-4.7033，57.5793，-1.4600，0.0000000，0.7579389，0.6523255 GOTO/-4.7076，61.7631，-3.3113，0.0000000，0.7677878，0.6407042 GOTO/-4.7481，76.2821，-9.0410，0.0000000，0.9713565，0.2376270 6 效果及結(jié)論 雖然通過(guò)以上辦法修改的程序，效果還達(dá)不到五坐標(biāo)那么逼真，但是已經(jīng)盡可能地減少了切削余量，也減少了斷刀頻率以及拋光工人的工作量，將四坐標(biāo)的銑平面功能充分發(fā)揮了出來(lái)。并且程序經(jīng)過(guò)以上的修改，一旦編好后，就可以反復(fù)使用，不需再修改，達(dá)到了一勞永逸的目的。