1引言

　　主油泵是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)的油壓建立及汽輪機(jī)控制信號(hào)油壓發(fā)生，其葉片流道的精度要求很高。其制造質(zhì)量直接影響汽輪機(jī)的安全可靠運(yùn)行。在公司引進(jìn)UG-CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)以前，主要采用手工編程方法進(jìn)行加工，不僅要進(jìn)行大量的計(jì)算，容易出錯(cuò);而且加工效率低，零件精度與光潔都無(wú)法保證，且后續(xù)鉗修量很大。為此，其加工技術(shù)一直是工藝設(shè)計(jì)人員研究的課題之一。在引進(jìn)了的UGNX軟件系統(tǒng)后，通過(guò)利用UGNX的CAD/CAM功能對(duì)汽輪機(jī)主油泵葉輪進(jìn)行數(shù)控加工技術(shù)的研究，充分體驗(yàn)到UG-CAD/CA M系統(tǒng)功能的優(yōu)點(diǎn)：安全、可靠，編程周期短、程序修改方便。

　　2主油泵葉輪加工現(xiàn)狀及工藝分析

　　主油泵葉輪的數(shù)控加工設(shè)備是：北一大偎三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為：OSP-E10M-R。

　　主油泵葉輪加工的關(guān)鍵部位是葉輪體上的葉片型線及流道。如圖1側(cè)視示意圖，其主要要求為葉片型線準(zhǔn)確;葉片間的喉部尺寸精度;流道的粗糙度。在采用手工編程進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，編程計(jì)算量龐大，程序數(shù)據(jù)精度較低，其加工完成的葉型及流道不僅滿足不了技術(shù)要求，而且需要鉗修葉型與流道，鉗修的工作量很大，加工效率低，質(zhì)量也無(wú)法保證，易把已加工好的面破壞。圖2所示為用手工編程進(jìn)行數(shù)控加工完工后的主油泵葉輪。

　　主油泵葉輪體的數(shù)控加工工藝方案。根據(jù)主油泵葉輪毛坯特點(diǎn)，它的凸臺(tái)部分已車好，其它部分需要在加工中心上完成，因此把凸臺(tái)的圓心作為加工基準(zhǔn)，即對(duì)刀點(diǎn)。首先，進(jìn)行粗加工。把葉輪體的大部分余量都要在這一步去掉，因此根據(jù)葉輪體流道的寬度，選用尺寸合適的大直徑鑲齒刀。然后，進(jìn)行半精加工。為了保證葉輪的精度和粗糙度，我們?cè)谶@一步先去掉一少部分余量，即加工葉片厚度及底面三維部分，同時(shí)還要注意保護(hù)已加工好的錐面，把它作成檢查體，防止過(guò)切。第三，進(jìn)行精加工。這一步把葉片厚度、底平面及三維底面都要加工到圖紙尺寸，而且要調(diào)整好接刀部分。最后，進(jìn)行根部清理。即利用小于等于根部倒圓角R值的球刀進(jìn)行清根，達(dá)到加工完全的目的。由于葉輪葉片的特殊性，我們把精加工底平面調(diào)整到半精加工之前，這樣可使葉片厚度的加工直接達(dá)到底平面。

　　3建立CAD模型

　　用UGNX的CAD對(duì)汽輪機(jī)主油泵葉輪體進(jìn)行草圖繪制，保證幾何模型的唯一性與一致性。在構(gòu)造葉輪體CAD模型時(shí)，首先要設(shè)定幾何模型的基準(zhǔn)，好的基準(zhǔn)能幫助我們簡(jiǎn)化建模的過(guò)程，并方便后期的設(shè)計(jì)修改。通常大部分建模過(guò)程的開始都是從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)開始的，因此我們把二維CAD圖紙的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)也定為三維CAD模型的基準(zhǔn)。其次，注意毛坯的信息，被加工掉的部分不能作為毛坯實(shí)體，必須詳細(xì)畫出精加工圖。第三，根據(jù)加工次序要求及加工方法的需要，添加一系列輔助線。由于零件幾何模型和刀具路徑完全相關(guān)，刀具路徑能隨幾何模型的改變而自動(dòng)更新，所以在幾何模型建立時(shí)要充分考慮刀具路徑是否會(huì)干涉。幾何模型建立是以工作坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的，而刀位文件的生成是以加工坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的。在對(duì)葉輪體進(jìn)行幾何建模時(shí)，考慮到有利于操作者準(zhǔn)確對(duì)刀的位置，一般以已加工好的三維凸臺(tái)面的圓心作為基準(zhǔn)位置。坐標(biāo)軸的方向工作坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系相一致。在建立葉輪體上的葉片時(shí)利用了多層型線補(bǔ)面，在用面補(bǔ)成實(shí)體。葉輪體的CAD模型如圖3所示。

　　4主油泵葉輪CAM數(shù)控編程

　　UGNX-CAM具有強(qiáng)大的銑削加工功能，對(duì)于任何復(fù)雜曲面都能生成合理的優(yōu)化的刀位軌跡，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)控機(jī)床能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序。

　　4.1建立刀具庫(kù)

　　作為自動(dòng)化加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床加工對(duì)刀具有較高的要求，要求刀具具有較高的精度、剛度和耐用度。為此，應(yīng)盡量采用整體硬質(zhì)合金刀具或鑲不重磨機(jī)夾硬質(zhì)合金刀片及涂層刀片。刀具的耐用度應(yīng)該至少能保證加工一個(gè)零件或一個(gè)工作班的工作時(shí)間。因此我公司采用SECO的銑刀，設(shè)置的銑刀類型用5參數(shù)銑刀即可，并把長(zhǎng)度補(bǔ)償寄存器號(hào)、刀具直徑補(bǔ)償寄存器號(hào)的編號(hào)排好，以指引控制器讀取這些數(shù)據(jù)。刀具號(hào)的設(shè)置用于指引控制器控制機(jī)床去使用刀具庫(kù)中相應(yīng)編號(hào)的刀具。

　　4.2數(shù)控加工工藝分析及切削方法的確定

　　由于UG中的CAM銑削模塊提供了粗車、多次走刀精車，設(shè)定進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速和加工余量等參數(shù)。利用UG中的CAM銑削功能，根據(jù)我公司主油泵葉輪體特點(diǎn)及毛坯余量的實(shí)際情況，對(duì)數(shù)控加工工藝進(jìn)行分析后，采用分五步方法進(jìn)行。

　　第一步：開槽加工，即粗加工流道。目的在于將葉片間的汽道開通，形成通道，為半精加工做好準(zhǔn)備。對(duì)葉輪體車好的毛坯進(jìn)行粗銑流道，要求底面留0.3mm余量，側(cè)面留0.5mm余量。

　　第二步：精加工底平面。按圖紙尺寸要求，把側(cè)面讓出，精銑底平面到圖紙尺寸。

　　第三步：半精加工葉片厚度及底面三維。由于所用刀具直徑很小，切削量大易磨損刀具，故采用半精加工。半精加工葉片厚度及底面三維部分，為最終圖紙尺寸每面留0.2mm余量。

　　第四步：精加工葉片厚度及底面三維。精銑葉片厚度及底面三維部分，進(jìn)行最終精加工。其走刀路徑與半精加工完全相同，只是余量不同。

　　第五步：清根。主要利用小于等于根部倒角值的球刀進(jìn)行根部清理。

　　4.3刀具的選擇

　　刀具選擇的原則，要根據(jù)零件材料的性能、加工工序的類型、機(jī)床的加工能力及準(zhǔn)備選用的切削用量來(lái)合理地選擇刀具。在可能的情況下，盡量選擇較大的刀具直徑，以保證刀具有足夠的剛度，減少震動(dòng)或刀具折斷等。同時(shí)在可能的情況下，刀具的安裝長(zhǎng)度要盡量選擇短，以增強(qiáng)刀具的剛度。根據(jù)葉輪體的輪廓形狀加工需要，設(shè)置好不同的刀具參數(shù)，作為編程用刀具。對(duì)于銑削平面，采用端銑刀;對(duì)于銑削三維部分和根部，采用球刀。

　　4.4走刀路線的選擇

　　選擇合理的走刀路線，以保證零件的加工精度與光潔度，盡量減少空刀，選擇較短的走刀路線，對(duì)于葉輪體能用一把刀具編程加工的部分盡量連在一起做，節(jié)省對(duì)刀時(shí)間，以提高生產(chǎn)率。UGNX中的CAM具有豐富的刀具軌跡編輯功能，可以控制切削方向及軌跡形狀的任意細(xì)節(jié)，可以指定垂直、直線相切、圓弧相切等各種進(jìn)、退刀方式，也可以選擇單向、往復(fù)式、仿形外輪廓、仿形零件及輪廓等切削方式，以適應(yīng)不同的要求，得到高品質(zhì)的加工效果。針對(duì)葉輪體加工，粗加工時(shí)選擇底部與側(cè)面同時(shí)加工;精加工時(shí)選擇底部與側(cè)面分別進(jìn)行加工。而進(jìn)退刀方式選擇以圓弧相切進(jìn)行，以保證葉輪體的加工精度。

　　4.5編點(diǎn)位程序

　　對(duì)已畫的精加工圖進(jìn)行UGNX中的CAM銑削自動(dòng)編程，經(jīng)過(guò)以上主油泵葉輪體毛坯余量的實(shí)際情況加工工藝分析后，選擇合理的走刀路線;設(shè)置合理的刀具參數(shù);采用合理的進(jìn)、退刀方式;控制進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速和加工余量參數(shù)及設(shè)置前處理各參數(shù)等，進(jìn)行點(diǎn)位文件生成。(點(diǎn)位文件又稱CLS刀位文件)然后在圖形方式下觀察刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況，并進(jìn)行圖形化修改：如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短或修改等。針對(duì)葉輪體加工工藝要求先編制底面程序，再編制各葉片兩個(gè)側(cè)面程序，最后編制底面三維部分和葉片前面R2.5部分的程序。有時(shí)根據(jù)實(shí)際余量情況需要進(jìn)行交叉編制點(diǎn)位于程序。

　　4.6點(diǎn)位程序模擬仿真

　　為了減少在實(shí)際數(shù)控加工中心加工上對(duì)刀具的調(diào)整，保證生成的點(diǎn)位程序可靠性，應(yīng)在UGNX中的CAM銑削點(diǎn)位程序中對(duì)刀具軌跡盡可能廣泛地作有效性檢查，以便對(duì)點(diǎn)位程序進(jìn)行細(xì)節(jié)分析及觀察刀具的干涉情況。從刀具路徑顯示菜單中調(diào)用刀具庫(kù)相對(duì)應(yīng)的銑刀，在屏幕上模擬顯示刀具路徑，可檢測(cè)參數(shù)設(shè)置是否正確，如果點(diǎn)位程序顯示刀具模擬仿真不理想，則返回銑削加工模塊對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行重新修改，直至生成的點(diǎn)位程序模擬仿真結(jié)果完全符合加工實(shí)際要求。仿真的過(guò)程對(duì)我們分析編制的程序正確性將提供非常大的幫助。

　　4.7后置處理的設(shè)定

　　我們使用UG POST后處理方法，輸出NC程序。在UG中做刀軌文件的后處理，生成機(jī)床可接收的NC程序，后處理必須具備兩個(gè)要素：刀軌和后處理器。刀具軌跡數(shù)據(jù)在UG-CAM中自動(dòng)生成，UG后置處理器由事件管理器和定義文件構(gòu)成。加工中心數(shù)控系統(tǒng)為OSP-E10M-R，因此由我公司專人利用UG/POST Builder后處理編輯器開發(fā)了這一數(shù)控系統(tǒng)的后處理，生成的數(shù)控加工程序無(wú)須手工修改就可以直接輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工，從而解決了通用后置處理器產(chǎn)生的數(shù)控程序需人工進(jìn)行二次修改的繁瑣過(guò)程。

　　4.8加工程序的生成

　　UGNX中的CAM銑削自動(dòng)編制的點(diǎn)位程序，經(jīng)過(guò)后置程序處理后，最終生成機(jī)床能識(shí)別的加工程序。生成的程序如下形式：

　　( Part Name : F:2005051920050526.prt )

　　( Created By : Angelina )

　　( Creation Date: Fri May 27 14:12:42 2005 )

　　( Start Of Path: D25 )

　　( Tool : D25 D=25.0 R=0.8 )

　　( FEEDRATE : 300 )

　　( RPM : 1500 )

　　G15H1

　　G00G90G40X-83.238Y27.170

　　M03S1500

　　G56Z50.000H01M08

　　G17G01 ……

　　……　　　……

　　G01……

　　( End Of Path : D25 )

　　( End Of Task : F:2005051920050526.prt )

　　( Cycle Time : 380.96MIN )

　　M30

　　%

　　以上"……"代號(hào)部分是數(shù)控程序中自動(dòng)計(jì)算的坐標(biāo)點(diǎn)。而開始和結(jié)束部分是數(shù)控編程中前置處理設(shè)置后生成的。

　　5 結(jié)論

　　實(shí)踐表明，UGNX-CAD/CAM軟件在主油泵葉輪體數(shù)控自動(dòng)編程上的應(yīng)用，提高了主油泵葉輪體加工質(zhì)量，自動(dòng)編程時(shí)，只要選擇合理的工藝控制參數(shù)，結(jié)合編程經(jīng)驗(yàn)，使得加工過(guò)程得到充分的體現(xiàn)。同時(shí)對(duì)自動(dòng)生成的程序進(jìn)行工藝參數(shù)的逐步改進(jìn)，逐步提高，可大大提高加工效率及加工精度，縮短研制與生產(chǎn)周期。