UGCAM在五轴机床加工汽轮机闭式零件静叶环中的应用

46DIEANDMOULDTECHNOLOGYNO52011文章编号100L49342011050046040UGCAM在五轴机床加工汽轮机闭式零件静叶环中的应用高苏启上海模具技术研究所有限公司，上海200030摘要提供了利用UGCAM的五轴功能加工闭式叶轮类的零件汽轮机静叶环的编程过程和方法，根据闭式叶轮类的零件汽轮机静叶环的几何特征，安排合适加工工艺流程，选择适用刀具及更换系统。利用UGPOSTBUILDER配置了西门子840D数控系统后处理器，在五轴数控加工中心成功加工了复杂整体闭式叶轮类汽轮机零件静叶环。关键词UGCAM；龙门五轴机床；静叶环；流道中图分类号TG659文献标识码BAPPLICATIONOFUGCAMINMACHININGTHECLOSEDPARTOFTURBINEOFTURBINESTATIONARYBLADECARRIERINFIVEAXISMACHINEGAOSUQIABSTRACTTHEPROGRAMMINGPROCESSANDMETHODSTHATUSINGTHEFIVEAXISOFUGCAMTOMACHINECLOSEDIMPELLERTYPEPARTSSTATIONARYBLADECARRIEROFTURBINEWEREPROVIDEDACCORDINGTOTHEGEOMETRICALCHARACTERISTICSOFTHECLOSEDIMPELLERTYPEPARTSSTATIONARYBLADECARRIER，ASUITABLEMACHININGPROCESSWASARRANGEDANDTHEAPPROPRIATETOOLANDREPLACEMENTSYSTEMWERESELECTEDCOLLOCATINGTHESIEMENS840DCNCSYSTEMPROCESSORBYUGPOSTBUILDER，THECOMPLEXWHOLECLOSEDIMPELLERTYPETURBINEPARTSTATIONARYBLADECARRIERWASSUCCESSFULLYPROCESSEDINFIVEAXISCNCMACHININGCENTERKEYWORDSUGCAM；FIVEAXISGANTRYMACHINE；STATIONARYBLADECARRIER；CHANNEL引言在德国德利斯机床T355060C五轴龙门加工中心闭式静叶环零件加工的项目内容是基于UG软件平台下静叶环的CAM五轴联动数控程序生成，五轴联动后处理器的定制，五轴机床仿真等内容组成。完成了加工的各项技术攻关收稿日期20110616作者简介高苏启1970，男，工程师。工作，并上机进行了实物加工的切削加工验证，实现了立项的各项指标。1加工零件及难点静叶环见图1作为汽轮机的关键部件，其加工技术一直是喷嘴制造中的一个难题。从其模具技术2011NO547整体式的几何结构可以看出，加工时的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工的区域是封闭的螺旋漏洞型腔，型面变化角度大，加工时机床、刀具和工件问极易产生碰撞干涉。而且由于叶片的厚度要求，在加工过程中还要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，所以在实际加工中还需要注意保持流线轨迹以保证流道面加工质量。图1静叶环零件及其气流道2机床结构参数T35机床是德国原装进口的龙门式大型五轴机床见图2图2T35龙门五轴加工中心机床主要参数1铣削单元R60主轴功率60KW主轴转速204000RMIN扭矩4000NM工作台尺寸35005000MM2行程X6000MMY4500MMZ1500MMV2000MMC360。B95。3CNC控制系统SIEMENSSINUMERIK840D用于五轴X，Y，Z，B和C联动加工和1个定位轴W。3刀柄刀具选用由于零件结构的特殊性，采用德国海默热缩刀柄系统，保证在加长时刀具的刚度。粗加工采用妒16MM的涂层合金整体槽铣刀，半精和精加工采用10FILM的涂层合金整体球头铣刀。图3是德国海默热缩刀柄系统。图3德国海默热缩刀柄系统4静叶环数控加工工艺根据静叶环的几何结构特征和使用要求加工工艺流程为1车削加工回转体的基本形48DIEANDMOULDTECHNOLOGYNO52011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。分别采用两个工位加工。41开粗加工根据静叶环的几何特征，粗加工采用正反两面指定向量定轴32型腔铣CAVITY分层切削的方法，分成若干层进行加工，所分层数和每层的加工余量应该根据加工余量均匀的原则进行合理分配。图4是粗加工的刀轨。图4静叶环正反两工位粗加工42气流道半精加工半精加工分2步1采用妒10MM球刀342等高层切加工；2采用10MM球刀根据静叶环气流道面的几何特征，分别选择正弧气流道面、背弧气流道面、左轮毂面、右轮毂面为驱动面几何面DRIVEGEOMETRY，可采用的驱动方法为插补方式INTERPOLATE或相对于驱动面方式RELATIVETODRIVE或指向点的驱动面方式POINTTODRIVE，并且在生成加工轨迹应根据流道的几何特征和使用要求合理设定倾斜角度。43气流道精加工根据叶片面的几何特征，选择一个叶片流道面为驱动面，其他相邻叶片面和轮毂面作为干涉检查面，可采用的驱动方法为直纹面驱动方式SWARF、指向点驱动方式TOWARDTOPOINT、相对于驱动面方式RELATIVETODRIVE，以及插补方式的调配组合，如图5所示。需要根据叶轮的几何特征合理设置进退刀ENGAGE，RETRACT方式，以避免过切和干涉碰撞。图5气流道精加工44后处理器配置在UGNX加工轨迹后，将生成标准格式的刀位源文件CIS。为了进行试加工，需要将CLS文件转化为数控系统能够识别的G代码，需要进行后处理器的创建开发。T35机床是龙门式的大型五轴机床，机床为双摆头类型结构。在UGPOSTBUILDER中设置机床类型为5一AXISWITHDUALROTARYHEADS双摆头类五轴机床，在其中定义并设置五轴数控加工中心各轴的行程参数，确定工件坐标原点与机床坐标原点的关系以设定4THAXISCENTERTO5THAXISCENTER即回转半径。根据西门子840D数控系统的特点，在UGPOSTBUILDER中分别设置G代码和M代码的属性值和数控程序文件头尾的格式等。后处理器配置完成后，在UGNX调用并生成的G代码文件，实践证明此后处理器能够应用于西门子铣削数控系统。整体式叶轮的叶片均匀排在轮毂上，在生成单个型腔流道数控程序的基础上通过刀轨环形阵列，使程序执行多次加工。图6是数控NC码与后处理构造器。模具技术2011NO549图6数控NC码与后处理构造器45仿真机床模拟5结论闭式静叶环加工刀路轨迹生成后不可避免地会有五轴夹头与工件干涉的现象发生，每次都需要现场上机测试程序，占用宝贵的机床工作时间，增加了试制成本，所以仿真机床的建立尤为必要。通过UGCAM的仿真机床构建模块，创建T35机床的装配文件，设置机床五轴的运动单元，创建仿真机床的目的是检查五轴刀轨运动时刀具夹头是否与工件干涉，需要将五轴机床的叉型铣头的尺寸精确地在模拟机床中建立见图7，从而准确地反映出刀轴设置是否合理，为修改提供依据，该项功能的运用具有很好的经济效应，在仿真机床上模拟切削检查干涉，成本几乎为零。图7T35仿真机床本次运用UGNX软件对复杂封闭的静叶环气流道进行了加工轨迹创建，利用UGPOSTBUILDER配置了西门子840D数控系统后处理器，