摘要：首先簡要介紹了四坐標數控機床的基本情況和兩種葉片的外形特點；然后介紹了UG軟件的銑加工模塊中關于葉片清根的功能及局限性；最終通過參數調整的方法解決了葉片清根中存在的問題。 1 前言 葉片采用四坐標數控機床加工，葉型能夠達到加工要求，但UG軟件的清根不能滿足加工要求，所以必須經過人工修改方式，才能滿足要求。 2 四坐標機床與葉片的裝夾方式 2.1 機床狀況 四坐標數控機床是一種加工葉型曲面較經濟的機床，但對于葉片根部連接面的空間曲面，卻不能加工出來。四坐標機床只有X、Y、Z軸和A軸，沒有C軸，主軸不能轉動。 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刃加工。在這種裝夾方式下，主軸不能轉動的四坐標機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 對于要求清根的葉片大致有兩種，一種是汽輪機葉片，一種是壓氣機葉片。 3.1 汽輪機葉片 汽輪機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、南汽十一級，也有用圓錐面連接的零件，比如上汽三、四級。 3.2 壓氣機葉片 壓氣機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，回轉軸線在葉型上方，所以連接面的中間低而兩側高；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，但回轉軸線在葉片榫頭下方，所以連接面的中間高而兩側低。 4 UG軟件中關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，可以通過修改其程序的方法來實現。 清根時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)出三至四個曲面，與葉片型面產生的交線通過曲面的THROUGHCURVES功能連成曲面，這個曲面來自于葉片型面，同時必然與葉片型面一致，因此可以作為清根加工的幾何體。 操作過程：進入加工模塊的多軸銑，選驅動面(surfacearea)方式驅動，點擊新作的加工面，選擇加工方向、前傾角方向與大小、加工精度與加工圈數。 4.2 定軸銑 定軸銑可適用于前面介紹的汽輪機葉片，它采用邊界驅動(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平行，而且加工時讓刀具能夠甩出零件面的要求。 操作過程：進入加工模塊的定軸銑，選邊界驅動方式驅動，順序點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，可以通過依次改變加工余量生成的刀軌程序來串連成加工程序，實現一層層下剝的加工。 4.3 加工效果及其缺陷 由于根部要作加工基準，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，可以看出是否過切。一般說，刀軌線為“8”形狀的，當發生過切時，有些位置離曲面還很遠，銑削出來的零件根部最高點離最終尺寸還有2～3mm，遠遠沒有達到加工要求。并且刀具越大誤差值越大。 5 解決辦法 經過多次的研究，對各種葉片的清根有了比較可行的改進辦法，使四坐標清根余量盡可能地達到了工藝規程的要求。以下是改進程序的幾個分類，所有方法都是用UG軟件與仿真切削(vericut)軟件處理的。 (1)對于壓氣機靜子葉片，由于葉型較平直，可以直接修改*．cls刀軌源文件中X的值，使刀軌線不再發生過切現象來達到加工要求。 圖2 葉片過切仿真 (2)對于壓氣機轉子葉片，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，但是葉型卻要過切。所以不能只改動X值，必須連Y、Z、I、J、K值一起改，也就是將不過切的一條程序替換掉過切的程序，兩者相比較X值(絕對值)較大，Y、Z、I、J、K值近似，與上下變化規律一致。不過切的這條程序可以來自上一圈的同一位置，或另一個程序的同一位置，前提是前后相差不能過大，刀具變化大，實際加工中吃刀突然增大會發生斷刀。下面是117E3547的φ10球刀清根加工的程序修改方法。 如果沒有修改，則在仿真時會發現過切，如圖2所示。 相應的程序可以在*．cls文件中找出，下面是過切的程序段： 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 經過仿真與UG軟件相結合，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 效果及結論 雖然通過以上辦法修改的程序，效果還達不到五坐標那么逼真，但是已經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，將四坐標的銑平面功能充分發揮了出來。并且程序經過以上的修改，一旦編好后，就可以反復使用，不需再修改，達到了一勞永逸的目的。