基于UG和VERICUT整体叶轮数控加工与虚拟仿真的研究

主题 现代制造与刀具技术I I O p l C S Mo d e r n Ma n u t a c t u r e a n d U U t t ln g I O 0 1S I e c h n o l o g e s 基于 UG和 VE R I C UT整体 叶轮数控加工 与虚拟仿真的研究 杨 晗 大连机床集 团有 限责任公司 辽 宁 大连 1 1 6 0 2 2 摘要 主要介绍 了应用 U G和 VE R I C UT软件对摇篮式五轴联动数控机床整体叶轮的加工编程和虚拟仿 真 重点介绍了整体 叶轮加工的工艺规划 制作后置处理 基于 V E R I C U T建立机床运动学模型 开 发控制系统 创建刀具库 搭建虚拟仿真平台 整体叶轮加工过程仿真的实现 为实际加工提供 了可 靠的保障 关键词 虚拟仿真后置处理摇篮式五轴加工中心 叶轮 中图分类号 V4 1 1 8 文献标识码 A Re s e a r c h o n CNC ma c h i n i n g p r o c e s s a n d v i r t u a l s i mu l a t i o n t o p r o d u c e a n i mp e l l e r b a s e d o n UG a n d VE RI CU T s o f t wa r e s YANC Ha n D a l i a n Ma c h i n e T o o l G r o u p C o L t d D a l i a n 1 1 6 0 2 2 C H N Ab s t r a c t T hi s p a p e r p r e s e n t s CNC p r o g r a mmi n g a n d v i r t u a l s i mu l a t i o n t o p r o du c e a n i mp e l l e r o n a fiv e a x i s s i m u l t a n e o u s ma c h i n i n g c e n t e r wi t h a t r u n ni o n t a b l e b a s e d o n t h e UG a n d VERI CUT s o f t wa r e s I n t h i s a rti c l e i t e s pe c i a l l y i n t r o d u c e s wo r k p l a n n i n g t o c ut a n e n t i r e i mp e l l e r a nd p o s t b u i l d i n g p r o c e s s W i t h t h e c r e a t i o n o f ma c h i n e ki n e ma t i c s mo d e l o n t h e b a s i s o f VERI CUT t h e d e v e l o p me n t o f t h e c o n t r o l s y s t e m a n d s e t u p o f a t o o l ma g a z i n e t h e v i r t u a l s i mu l a t i o n p l a t f o r m i s e s t a b l i s h e d T he v i r t u a l s i mu l a t i o n o f a n i mp e l l e r ma c h i n i n g p r o c e s s p r o v i d e s a d e pe n d a b l e ba s i s f o r t h e r e a l pr o d u c t i o n i n t h e s h o p flo o r Ke y wor ds Vi rtu a l S i mu l a t i o n P o s t Bu i l d i n g Ma c h i n i n g Ce n t e r wi t h a Tr u nn i o n Ta b l e I mp e l l e r 整体叶轮是航空发动机核心部件 也是典型的五 轴加工件 其结构 复杂 加工通道狭 窄 叶片扭 曲严 重 加工时容易发生撞刀 干涉等危险 因此 在实 际 加工前进行仿真 是 十分必要 的 利用 U G和 V E R I C U T软件 搭建的虚拟制造仿真平 台 能实 时 准确模 拟 出加工过程 验证最终 N C代码 检查机床超程 干 涉 碰撞 等现象 并对最终结果进 行过切 欠切检查 它的应用 缩短 了程序调试 时间 减少 了资源浪费 提 高了加工效率 1 整体 叶轮 的加工 工艺规划 1 1 整体叶轮加工工艺规划 整体叶轮是 叶片均匀分布的回转体类 的零件 分 析其几何特征 可分 为流道开粗 叶片精加工 流道精 加工 圆角清根加工 首先 车削加工 回转体 的形状 流道开粗时 在保证不发生碰撞和干涉的情况下 尽可 能选用大直径的立铣刀加工 提高加工效率 精加工 ZU I等 o 平 0 时 由于其流道狭小 叶片扭曲严重 需要选择球头直 柄铣刀或者球头锥柄铣刀加工 整体叶轮加工工艺流 程如下 1 车削加工整体叶轮回转体外形 2 五轴定 向开粗加工流道部分 3 五轴联动精加工叶片 4 五轴联动精加工轮毂 5 五轴联动叶片清根 1 2 整体叶轮刀具路径的规划 按照叶轮片的受力方 向规划刀具路径 可以增加 叶片的强度和刚度 消除应力 减小叶片的变形和颤振 现象 改善叶轮 的使用性能 U G软件 中 为 了提高流 道粗加工效率 以 C a v i t y M i l l 型腔铣为加工方法 采用 刀轴分段定 向 三轴联 动方式加工 精加工以 S u r f a c e A r e a 曲面 作为驱动方式 以R e l a t i v e t o D r i v e 相对于 驱动 和 I n t e r p o l a t e 插补 为刀具轴控制方式 能够精 准控制加工狭小 区域时的刀轴矢量 避免干涉 减小叶 61 I 主题 现代铷遣与刀具技术 示 表明工件没有发生过切或欠切现象 如图 1 1 所示 所以 此程序安全 可靠 可以上机实际加工 5 结语 整体叶轮的五轴加工 由于叶片扭曲角度大 刀轴 矢量变化频繁 加工 中容 易出现干涉 碰撞 基 于 U G 和 V E R I C U T软件建立的虚拟仿真平 台 能够实时 准 确地仿真出整体叶轮加工 的全过程 能够验证加工程 序的正确性 改善加工工艺 避免干涉和碰撞 此项研 究 的应用 减少试切加工时人力 物力等资源浪费 降 低了生产成本 提高了生产效率 为我 国整体叶轮加工 水平的提高具有重要意义 参考文献 1 卢继平 郑力 徐家球 等 虚拟机床建模与仿真 J 计算机集成制 造 系统 1 9 9 5 5 3 2 陈波 基于 u G与 V E R I C U T的虚拟机床技术的研究 D 大连 大连 理工大学 2 0 0 5 3 胡宁 国 V E R I C U T仿真加工软件对 制造 l 的重要作 用 J 航 空制 造技术 2 0 0 4 2 4 唐进元 尹凤 基于 Ma s t e r C a m 的三大类 型五轴机 床后置处 理程 序 编制方法 J 制造技术与机床 2 0 1 0 8 3 2 3 8 5 李云龙 曹岩 魏娟 等 数控机 床加工仿 真系统 V E R I C U T M 西 安 西安交通大学出版社 2 0 0 5 6 张慧林 轩继花 姜士湖 基于 V E R I C U T的五轴联动数控加 工仿真 J 现代制造工程 2 0 0 6 7 7 刘 敏 傅蔡安 基于 V E R I C U T环境下 的加工仿真的研究 J 组合机 床与 自动化技术 2 0 0 6 8 8 王刚 赵万生 史旭 明 数控 机床通用 后置处 理程序 的开发 J 机 械 2 0 0 0 3 作者 杨晗 男 1 9 8 0年生 工程师 主要从事 多轴 机床复合编程技术 多轴机床后置处理开发技 术 多轴 机床虚拟仿真制造技术 伺服优化技术 高速 高精度轮 廓加工技术 机床动 态误差补偿等研究工作 编 辑谭 弘颖 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 8 文章编号 1 3 0 6 2 5 如果您 想发 袭对本文的看法 请将文章 编号填入读者意见调查表中的相应位置 上接第 6 0页 低于金属材料 切削区的切削温度较低 8 J 切削时石 墨与金刚石之间化学性能相对稳定 基本不发生化学 反应 刀一屑接触区也很难发生扩散磨损 因此 刀具 的磨损形式主要是磨粒磨损 粘结磨损 以及早期涂层 脱落 粗晶粒金刚石涂层刀具表面较粗糙 铣削过程 中刀面容易粘附石墨 粘附 的石墨切屑在频繁脱落 时 对金刚石薄膜将产生直接的剥离作用 容易造成粘结 磨损 甚至引起涂层脱落 加剧刀具磨损 而超细晶粒 金刚石涂层刀具表面光滑 晶粒结构致密 刀刃锋利 有利于改善加工表面粗糙 度 同时薄膜涂层与基底粘 结牢固 涂层上晶粒呈球形生长 在切削过程中不容易 产生显微断裂而脱落 涂层耐磨性更好 刀具寿命更 长 3 结语 1 高速铣 削石墨 时 刀具后刀 面的磨损严重影 响了刀具的使用寿命 超细晶粒金刚石涂层刀具由于 表面涂层 晶粒细小致密 粗糙度值小 可以有效降低刀 具与工件之间的摩擦 延长刀具的使用寿命 在相同的 切削条件下 超细晶粒金刚石涂层刀具 的使用寿命 是 粗晶粒金刚石涂层刀具的 1 4倍 2 铣削加工过程 中 工件 表面粗糙度值随着切 削距离的延长而逐渐增大 超细晶粒金刚石涂层铣刀 的涂层表面光滑 刀刃锋利 涂层与基底粘结牢 固 加 工后的工件表面粗糙度值更小 表面质量更好 6 4 3 由于石墨为脆性材料 切削温度较低 刀具的 磨损形式主要是磨粒磨损 粘结磨损以及早期涂层脱 落 超细晶粒金刚石涂层刀具具有 良好的涂层性能和 刀具耐磨性 更适合 于石墨等硬脆材料的高速切削加 工 参考文献 1 周玉海 秦哲 陈选 民 等 石墨材料高速 切削加T 的研 究现状 J 工具技术 2 0 0 9 4 3 5 3 7 2 周莉 高性 能石 墨高 速铣 削加 工研 究 D 广 州 广东 工业 大学 2 0 0 7 3 吕继磊 满卫东 陈朋 等 硬质合金 C V D金 刚石涂层最新进展 J 硬质合金 2 0 1 1 2 8 5 3 2 1 3 3 1 4 沈彬 孙方宏 张志明 等 C V D金刚石薄膜 涂层整体 式刀具 的制备 与应用 J 金刚石与磨料磨具 工程 2 0 1 1 3 1 1 1 5 5 薛宏国 孙方宏 马玉平 等 高性能超 细晶粒金 刚石涂层 刀具制备 及试验研究 J 人工晶体学报 2 0 0 6 3 5 6 1 2 5 1 1 2 5 6 6 沈彬 孙方宏 马玉平 等 高性 能复杂形 状金刚石 薄膜涂层刀具 的 制备和切 削性 能 研 究 J 中 国机 械 工 程 2 0 0 8 1 9 1 0 2 2 8 7一 一 2 2 8 9 7 钟启茂 金刚石涂层刀具高速铣削石墨的磨损形 态与破损机理 J 工具技术 2 0 0 9 4 3 6 3 6 3 9 8 R o lf B e r a n d S c h r o e t e r R a f a e l K r a t o c h v i l J e f f e r s o n d e O l i v e i r a G o m e s e t a 1 Hi g h s p e e d f i n i s h i n g mi l