08第三章 案例四 航空整体叶轮五轴编程与仿真加工

航空叶轮五轴编程与加工

教

师：

[教师姓名]日

期：202X年X月01

-----------巴

叶轮零件概述02

----------固叶轮零件工艺规划03

UG

NX五轴加工编程04

------------口VERICUT五轴加工仿真05

-----------

回全流程总结C

O

N

T

E

N

T

S目

录核心结构特点作为航空发动机核心零部件

，整体叶轮具有结构紧凑、推力比大的显著特点

，

能够在有限空间内实现高效动力转换，是航空动力系统的关键组成部分。加工精度的关键影响叶轮的加工精度直接决定了航空发动机的性能与使用寿命

，

高精度加工是确保发动机稳定运行、

降低能耗、

延长服役周期的核心保障。全流程学习维度本案例将从工艺规划、

UG五轴编程、

VERICUT加工仿真三个维度

，

完整呈现整体叶轮五轴加工的全流程

，

掌握复杂曲面零件加工核心技术。叶轮零件概述

材质：

2A60铝合金精车毛坯

尺寸：直径165mm

×长度82mm

特性：高强度、耐腐蚀性好，适合航空零件加工工艺路线备料原材料切割与准备工艺路线与毛坯选择毛坯选择成品检验尺寸精度与表面质量检测五轴粗精铣加工叶片与轮毂高精度加工预车加工毛坯外形精车成型10备料

下料尺寸

Φ165mm

×

85mm锯条锯床平口钳装夹20

预车加工车外圆至Φ165mm，车端面保证长度

82mm

，

钻中心孔数控车床三爪卡盘五轴粗精铣

粗铣流道、精铣轮毂、叶片及圆角HMC-200i

五轴中心专用芯轴夹具

40

成品检验

检测叶片型面误差、表面粗糙度及关键尺寸游标卡尺深度尺R规检验台序号工序名称工序内容刀具/工具设备/装夹工序卡片设计本案例叶轮加工过程划分为备料、预车、五轴铣削及检验四大核心阶段，以下为详细工序规划：关键质控点工序30为核心工序，需严格控制刀具跳动量≤0.01mm，确保叶片表面质量。检验标准依据

HB962-2001标准执行，尺寸公差等级

IT7。30

D16R4C4锥度球刀

D10R2C3锥度球刀

外圆车刀进入加工模块启

动

UG

NX

软

件

，

点

击

顶

部

菜

单

栏

的

【

应

用

模块

】

，

选择

【

加工

】

模块

，

或直接使用快捷键Ctrl+Alt+M

激活加工环境。配置CAM会话系统弹出【加工环境】

对话框后

，在“CAM会话配置

”下拉列表中

，准确选择cam_general

，以加载通用加工配置。选择CAM组装在“

要

创

建

的

CAM

组

装”

列

表中

，

定

位

并

选中 mill_multi_blade

，

初始化多叶片五轴加工专用环境。UG

NX加工环境初始化提示：正确的环境配置是启用多叶片专用策略模块的前提01020303

主叶片定义选取主叶片及叶根圆角面，设置叶片总数为6，确立主要加工对象。04

分流叶片设置定义分流叶片及其圆角几何体，完善复杂叶轮流道的完整结构定义。01

MCS与安全平面设置坐标系原点于顶部圆心，

安全选项选

“球

”

，半径设为

100mm。02

轮毂几何体指定轮毂曲面，关联3D模型，

为多叶片加工提供底部边界基

准。加工环境初始化后

，需精确定义几何体以引导刀轨生成。

首先将机床坐标系(MCS)原点定位至叶轮顶部圆心

，并设置半径100mm的球形安全平面；随后依次指定轮毂、包覆、主叶片及分流叶片，系统将根据设定的6片叶片结构自动识别加工区域。UG

NX加工几何体制备程序顺序视图结构树展示刀具名称

规格参数装刀长度主要用途D10R2C3锥度球刀D10,

R2,C3

45mm

叶轮各部位精加工D16R4C4锥度球刀D16,

R4,

C445mm2

轮毂精加工

分流叶片精加工6分流叶根圆角精加工1

整体叶轮粗加工

主叶片精加工5

主叶根圆角精加工UG

NX加工刀具与程序组创建

加工刀具参数配置

Tool

Specifications

6个核心程序组

(Program

Groups)整体叶轮粗加工

切削层与刀轴

深度：1mm

(包覆至轮毂)

刀轴：侧倾安全角

3° 工序初始化设置创建工序类型为mill_multi_blade

，子类型选择叶片粗铣

，并关联相应的程序组、刀具及几何体。 刀轨生成与变换复制生成单叶片刀轨并验证无误后，使用【变换】指令，设置绕Z轴旋转

60。，副本数设置为

5，快速完成整体叶轮粗加工程序编制。 驱动方法

模式：往复上升

最大距离：1mm叶片粗加工程序编制

UG

NX

叶片粗加工刀轨仿真

(ZM/YM轴视图)切削进给

(F)3000

mm/min主轴转速

(S)8000

r/min预留余量0.2

mm工序设置：创建mill_multi_blade

工序，子类型选择

【轮毂精铣】。驱动参数：驱动方法最大距离设为0.5mm，叶片与轮毂余量均控制为0mm。进给参数：主轴转速8000

r/min，切削进给

1500mm/min。批量操作：生成单组刀轨后，使用【变换】指令绕Z轴旋转复制其余5组。工序设置：选择【叶片精铣】子类型，驱动模式设为单

向、顺铣，起点设为后缘。切削层级：每刀深度设定为0.3mm，确保精加工表面质量。参数配置：切削余量0mm，主轴

8000

r/min，进给1500

mm/min。程序复用：完成单叶片刀轨验证后，利用【变换】功能高效生成全叶轮程序。轮毂与主叶片精加工程序编制 轮毂精加工程序

主叶片精加工程序 分流叶片精加工流程

程序复用：复制主叶片精加工程序，重命名为

_FINISH_COPY

，保持切削参

数一致。

几何体替换：将驱动几何体从主叶片修改为分流叶片1，确保刀轨正确贴合分流叶片曲面。

批量生成：生成首个分流叶片刀轨后，利用【变换】指令绕Z轴旋转复制其余5组程序。分流叶片与叶根圆角精加工程序编制

叶根圆角精加工策略刀轨可视化分析自动检测过切/欠切区域并优化 刀轨整体检查与优化

3D动态仿真：全刀轨模拟加工过程，观察机床运动干涉。

参数优化：利用【分析】功能定位过切欠切，调整驱动参数。 NC程序生成选用HMC-200i后处理文件，将优化后的刀轨批量转换为数控机床可识别的

G代码文件。UG

NX刀轨检查优化与NC程序生成机床模型配置

机床：

HMC-200i摇篮式AC双摆台

数控系统：

HNC-848B 夹具导入设置VERICUT机床、夹具与毛坯配置配置清单 加工刀具配置 坐标系与偏置设置

添加坐标系：通过【坐标系统】菜单，选取毛坯顶面中心为工件零点。

G54

偏置设置：设置寄存器号为

54，确保程序调用正确。

原点关联：设置偏置值

(0,0,82)，将工件坐标系与机床机械原点准确关联。

库文件导入：导入

叶轮165刀具.tls，保持与UG编程环境一致。 D16R4C4

锥度球刀：用于叶轮粗加工

(刀长45mm,刃长35mm)。

D10R2C3

锥度球刀：用于叶轮各部位精加工

(刀长45mm,刃长

35mm)。VERICUT加工刀具与坐标系配置 NC程序导入导入UG后处理生成的6个NC程序文件

，并按加工工艺顺序正确排列。 启动仿真点击

“仿真到末端

”按钮

，启动自动加工仿真，模拟真实机床运动轨迹。 干涉检查重点观察机床轴、夹具、

刀具与毛坯间的干涉情况，确保无碰撞风险。VERICUT

NC程序导入与加工仿真UG五轴编程参数化刀轨/几何体后处理生成工艺规划路线制定/毛坯选择工