魏國(guó)家/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

整體葉輪插銑粗加工刀具軌跡規(guī)劃研究

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0 引言

葉輪是廣泛應(yīng)用于能源動(dòng)力、航空航天、石油化工等領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，其葉片形狀通常是根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)或流體力學(xué)計(jì)算得到，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高，且材料多為不銹鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料，是典型的難加工零件。隨著人們對(duì)葉輪性能要求的不斷提高以及數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，在多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行葉輪的整體銑制是目前主流的也是最有效的加工方法。然而，經(jīng)大量生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，整體葉輪流道開(kāi)、擴(kuò)槽階段的材料去除量約占總?cè)コ康?0％～90％，而加工時(shí)間占到了總加工時(shí)間的60％以上[1]，所以說(shuō)，粗加工效率是影響整體葉輪加工效率的主導(dǎo)因素，粗加工工藝的優(yōu)劣對(duì)縮短生產(chǎn)周期、降低加工成本具有重要的意義。

當(dāng)前葉輪流道粗加工通常采用3+2分層端銑加工策略，為提高加工效率，研究人員在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了多種縮短刀具軌跡長(zhǎng)度的方法，包括非等參數(shù)法、三角形法等。此外，考慮到流道寬度沿流向的大幅變化，將流道沿流向進(jìn)行分區(qū)，依據(jù)大區(qū)域采用大直徑刀具小區(qū)域采用小直徑刀具的原則進(jìn)行分區(qū)域加工[2]，也使加工效率得以提高。高速切削技術(shù)由于其高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高的金屬去除率，是數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。插銑法是實(shí)現(xiàn)高切除率金屬切削的有效加工方法之一，十分適合于腔槽類零件的高效率粗加工。當(dāng)前流行的商用CAM軟件如UG，MaterCAM，PowerMILL等所提供的插銑加工策略通常只能用于三軸加工，但對(duì)窄流道、葉片扭曲大、深型腔、需要五坐標(biāo)加工才能實(shí)現(xiàn)的葉輪卻無(wú)能為力。隨著近年來(lái)對(duì)加工效率和加工成本的逐漸關(guān)注，有不少學(xué)者將其推廣應(yīng)用到整體葉盤或葉輪的流道開(kāi)粗加工中，梁全等[3]研究了直紋面葉輪的插銑粗加工關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)偏置吸力面、壓力面的葉根線和葉頂線來(lái)確定邊界刀軸矢量，率先提出了四元數(shù)刀軸矢量插值算法，推導(dǎo)了五坐標(biāo)插銑加工行距和步距計(jì)算公式；胡創(chuàng)國(guó)等[4]針對(duì)開(kāi)式整體葉盤，利用直紋面逼近葉型曲面，并依據(jù)此直紋面的準(zhǔn)線采用雙點(diǎn)偏置法來(lái)確定刀心點(diǎn)和刀軸矢量；李湉、陳五一等[5]將最小二乘模型引入整體葉盤葉片型值點(diǎn)計(jì)算，將插銑后葉片余量“均勻”分配于各葉片型值點(diǎn)，并以Zig-Zag法排布刀軌，減少了空走刀；戚家亮等[6]通過(guò)定義與葉盤軸線相垂直、間距等于加工步長(zhǎng)的截平面族，并以該截平面族與葉片型面交線的單側(cè)包絡(luò)直線作為邊界加工刀位，在各截平面內(nèi)均勻插值刀位點(diǎn)。

綜上所述，本文著力解決整體葉輪五坐標(biāo)插銑加工刀具軌跡規(guī)劃的若干關(guān)鍵問(wèn)題，提出了一種基于葉輪回轉(zhuǎn)特征的流道粗加工刀具軌跡規(guī)劃方法，首先通過(guò)構(gòu)造粗加工可行域和圓錐截面族用以生成邊界刀位點(diǎn)，然后基于等分思想推導(dǎo)了刀心點(diǎn)及相應(yīng)刀軸矢量的插值算法。此外通過(guò)軟件的二次開(kāi)發(fā)，將這種算法集成到UG系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了刀具軌跡的自動(dòng)生成，并針對(duì)某五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行了刀具軌跡的后置處理和NC代碼仿真，驗(yàn)證了該方案的可行性。

1 整體葉輪插銑加工工藝分析

1.1 離心式葉輪結(jié)構(gòu)

離心式葉輪主要是由輪轂和葉片構(gòu)成的，基本構(gòu)成要素見(jiàn)圖1所示。其中輪轂面通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片中性面的葉根線得到，蓋盤面通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片中性面的葉頂線得到。為方便起見(jiàn)，將過(guò)葉輪中心軸的平面與輪轂面和蓋盤面的交線分別定義為軸盤截面線和蓋盤截面線，并將由這兩條線和車削毛坯進(jìn)、出氣口處回轉(zhuǎn)面的直母線所圍成的封閉區(qū)域定義為流道橫斷面，它是之后進(jìn)行流道插銑粗加工刀具軌跡規(guī)劃的一個(gè)重要參考面，見(jiàn)圖2所示。

圖1 離心式葉輪結(jié)構(gòu)圖

圖2 流道橫斷面與粗加工可行域圖

1.2 粗加工可行域以及可行域的分層

確定粗加工可行域的目的是保證后續(xù)葉片及輪轂的半精、精加工有足夠的余量，同時(shí)使粗加工去除的材料量盡量大，盡可能地提高總的加工效率。單個(gè)流道粗加工可行域的構(gòu)造方法為：首先，法向偏置葉片的壓力面和吸力面，偏置距離等于“粗加工余量+刀具半徑”；然后，法向偏置輪轂面，偏置距離等于輪轂面與葉片曲面間過(guò)渡圓弧的最大半徑；最后，提取葉輪車削回轉(zhuǎn)毛坯的進(jìn)出氣口邊界面和蓋盤面，與已經(jīng)得到的三個(gè)偏置面組合，圍成的封閉區(qū)域就是粗加工可行域，如圖2所示，可見(jiàn)其形狀是極其不規(guī)則的，加工難度較大。

從流道橫斷面可以看出，沿流向流道的深度是單調(diào)變化的，并且變化較大。對(duì)于尺寸較大、通道較深的半開(kāi)式整體葉輪，由于插銑刀具加工深度有限，不得不沿通道深度方向進(jìn)行分層加工。基于葉輪類零件的回轉(zhuǎn)特征，我們可以借助通道橫斷面對(duì)通道粗加工可行域進(jìn)行分層。在此面內(nèi)確定層分界線，繞葉輪中心軸回轉(zhuǎn)后得到層分界面，如圖3所示。這里的分界面也即各層插銑的底面，從之后的刀具軌跡規(guī)劃也可看出，層間分界線的確定尤為重要，尤其要避免“頂尖”現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

圖3 粗加工可行域的分層圖

分層加工方案首先需要確定分層數(shù)目。分層數(shù)目主要依據(jù)葉輪通道深度和鉆削或插銑刀具的最大加工深度確定。其次，也是最重要的一步就是確定層分界線。分層方法首先應(yīng)滿足的條件是，能夠避免變軸插銑加工中的“頂?shù)丁爆F(xiàn)象。分析變軸插銑加工中的“頂?shù)丁爆F(xiàn)象，其原因是各切削行之間刀軸矢量的變化。要避免這種現(xiàn)象，各切削行的插銑深度就要滿足一定要求，如圖4所示。距離h為前一行與后一行的插銑加工深度之差，即后一行插銑加工深度應(yīng)在前一行基礎(chǔ)上縮減，縮減值應(yīng)大于h。最小抬高距離h是刀具半徑R和相鄰兩行直母線夾角θ的函數(shù)，關(guān)系式為：

圖4 消除頂?shù)兜膸缀螚l件圖

因此，最終的插銑層分界線必須滿足上述要求，同時(shí)加工順序也要按指定的方向，才能避免“頂?shù)丁爆F(xiàn)象的發(fā)生。比如以后文試切加工實(shí)驗(yàn)選取的最大直徑達(dá)1 070mm的半開(kāi)式整體葉輪為例，其進(jìn)氣口處通道深度達(dá)到246.4mm，約為出氣口處的三倍，采用非等距偏置法分三層進(jìn)行加工較為合適。第一層的插銑加工應(yīng)從出氣口處開(kāi)始，第二、三層的插銑加工應(yīng)從進(jìn)氣口處開(kāi)始。

2 基于回轉(zhuǎn)特征的插銑刀具軌跡規(guī)劃

從粗加工可行域的分層可知，插銑刀心點(diǎn)就位于各層的內(nèi)邊界面上，而插銑進(jìn)給方向是從蓋盤面指向輪轂面的，即各層加工的刀軸矢量方向由內(nèi)邊界面指向外邊界面。從葉輪流道粗加工可行域的構(gòu)造過(guò)程又可知，除葉片型面的偏置面外，其余邊界面均為與葉輪同軸的回轉(zhuǎn)面，包括各層的分界面?？紤]到以上條件，若每一層的插銑刀心點(diǎn)及相應(yīng)的刀軸矢量位于繞中心軸回轉(zhuǎn)的并將流道沿流向均勻分割的圓錐截面族內(nèi)，類似曲面加工中的截面線加工方法，使步距方向沿著周向，而行距方向沿著流向，并采用單向走刀方案，從流道的進(jìn)氣口或出氣口處開(kāi)始加工，那么刀軌就能沿葉輪流向均勻排布在粗加工可行域內(nèi)，同時(shí)又具有便于排屑、避免順逆銑交替發(fā)生的優(yōu)點(diǎn)。下面就以第一層插銑加工為例介紹該插銑加工刀位軌跡規(guī)劃方法。

2.1 邊界刀心點(diǎn)和邊界刀軸矢量的生成

考慮到葉片在輪轂面上的均勻分布，接下來(lái)就以第一象限內(nèi)的某個(gè)流道為研究對(duì)象。如圖5所示，首先，在流道橫斷面內(nèi)，對(duì)第一層的內(nèi)、外邊界線做適當(dāng)延伸或縮短處理，并分別進(jìn)行等分，內(nèi)、外邊界線的等分?jǐn)?shù)目必須相同，等分的數(shù)目n1決定了插銑的行距，由流道橫斷面形狀可知，內(nèi)邊界線長(zhǎng)度大于外邊界線，為保證加工時(shí)刀具能覆蓋整個(gè)粗加工可行域，行距的計(jì)算應(yīng)以內(nèi)邊界線為準(zhǔn)，等分之后內(nèi)邊界線的每一段長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的刀具最大側(cè)吃刀量，見(jiàn)公式（2）所示。

式中，lin為內(nèi)邊界線長(zhǎng)度；ae是選取的插銑刀最大徑向切深。

然后，將內(nèi)、外邊界線的等分點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接，形成的直線再繞中心軸做旋轉(zhuǎn)，從而得到圓錐截面族，取該截面族位于粗加工可行域內(nèi)的部分，即位于流道兩側(cè)葉片型面偏置面內(nèi)的部分（葉片型面偏置面應(yīng)做適當(dāng)擴(kuò)大，保證與圓錐截面族相交），得到一組類似封閉區(qū)域ABCD的裁剪圓錐面，如圖6所示，其中，點(diǎn)A和點(diǎn)D即為該行插銑的邊界刀心點(diǎn)。最后，分別連接A，B兩點(diǎn)和D，C兩點(diǎn)，所確定的兩個(gè)矢量AB，DC即為該行插銑的邊界刀軸矢量。同理，可以獲得該層的所有邊界刀心點(diǎn)和邊界刀軸矢量。

從上述構(gòu)造過(guò)程中可以看出，對(duì)內(nèi)、外邊界線的延伸或縮短處理決定了邊界刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也決定了沿葉輪流向刀軸的變化范圍，必須恰當(dāng)處理使得各行的材料去除量盡可能均勻一致，同時(shí)使得對(duì)應(yīng)的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸不超程。另外，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，利用該方法生成的邊界刀軸矢量方向與葉片型面偏置面的直母線方向很接近，從而可以有效避免干涉并且使得葉片型面加工殘留一致性好。

圖5 邊界刀心點(diǎn)和邊界刀軸矢量生成過(guò)程圖

圖6 邊界刀心點(diǎn)和邊界刀軸矢量圖

需要注意的是，由于刀具懸伸長(zhǎng)度的限制，若采用同樣的方法確定第二、第三層的邊界刀軸矢量，那么生成的刀軌將產(chǎn)生全局干涉問(wèn)題，即刀柄與IPW（過(guò)程毛坯）發(fā)生碰撞，這是實(shí)際加工所不允許的。采取的解決方案是將交點(diǎn)B，C沿著所在的圓弧相對(duì)移動(dòng)，直至刀具在邊界刀心點(diǎn)A，D處均不發(fā)生干涉為止，邊界刀位點(diǎn)不發(fā)生干涉則中間插值刀位點(diǎn)一定不會(huì)發(fā)生干涉。

2.2 刀心點(diǎn)的插值

這里的刀心點(diǎn)代表的就是每刀進(jìn)給的終點(diǎn)，由之前加工區(qū)域的分層可知，每行插銑的刀心點(diǎn)就位于圓弧AD上，而點(diǎn)A、D為該行的邊界刀心點(diǎn)。由于圓弧AD所在的面是水平的，故刀心點(diǎn)的插值可以看做是XY平面內(nèi)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，如圖7所示。故插值刀心點(diǎn)M的坐標(biāo)為：

圖7 刀心點(diǎn)插值原理圖

式中i=0，1,…,n2；n2為圓弧AD的等分?jǐn)?shù)目。

在弧長(zhǎng)一定的情況下，等分?jǐn)?shù)目n2代表了步距的大小。由粗加工可行域可以看出，通常情況下，區(qū)域ABCD的邊界圓弧BC長(zhǎng)度大于圓弧AD。同行距的確定一樣，為保證加工時(shí)刀具能覆蓋整個(gè)粗加工可行域，步距的計(jì)算基準(zhǔn)應(yīng)取稍長(zhǎng)的弧BC，等分后的各段弧長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)刀具允許的最大步距，即：

式中l(wèi)BC表示裁剪圓錐面圓弧邊BC的弧長(zhǎng)，S為選取的插銑刀最大側(cè)向步距。

2.3 刀軸矢量的插值

刀軸矢量的確定對(duì)于五坐標(biāo)加工尤為重要，不僅要防止干涉的發(fā)生，而且應(yīng)盡量使其變化均勻?？紤]到各層插銑刀軸矢量由內(nèi)邊界面指向外邊界面，而圓錐截面族的各錐面母線正與其類似。所以，若中間插銑刀軸矢量均位于被裁剪的圓錐面ABCD內(nèi)，且在邊界刀軸矢量AB，DC之間均勻插值，那么刀軸矢量就能在不發(fā)生干涉的前提下均勻分布于粗加工可行域內(nèi)。因此，在確定等分?jǐn)?shù)目n2之后，分別對(duì)圓弧AD，BC做n2等分，連接對(duì)應(yīng)的等分點(diǎn)，用所得直線的方向向量作為該行各刀心點(diǎn)處的刀軸矢量。由于該直線是與邊界圓弧AD，BC相交的，并且該整體葉輪總共有13個(gè)葉片，即單個(gè)流道跨角只有27.7°，所以，插值刀軸矢量基本位于圓錐面ABCD上。圓弧BC上等分點(diǎn)坐標(biāo)的求法與前述刀心點(diǎn)插值算法完全一樣，這里不再贅述。

此外，本文還將上述刀軸矢量插值算法與文獻(xiàn)[3]提出的球坐標(biāo)線性插值算法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)生成的插值刀軸矢量基本上是重合的，如圖8所示，這也說(shuō)明本算法生成的刀軸矢量變化也很均勻，分析原因主要是每行的邊界刀軸矢量的夾角比較小。

圖8 刀軸矢量插值算法比較圖

3 UG/CAM的二次開(kāi)發(fā)

UG/Open API是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，是UG/Open提供的一系列函數(shù)和過(guò)程的集合。用戶可通過(guò)C語(yǔ)言編程來(lái)調(diào)用這些函數(shù)和過(guò)程，幾乎可實(shí)現(xiàn)UG系統(tǒng)的所有功能[7]。User Exit是UG/Open API中的一個(gè)重要概念。利用不同的User Exit能讓用戶程序在UG運(yùn)行到特定點(diǎn)時(shí)被自動(dòng)執(zhí)行，不同的User Exit有不同的名稱[8]，本文就是利用User Exit中名稱為CAM User Defined Operation的用戶接口在UG NX7.0和Visual C++ 6.0平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了上文所述整體葉輪流道插銑粗加工算法的計(jì)算機(jī)集成，彌補(bǔ)了當(dāng)前CAM軟件在五坐標(biāo)插銑刀具軌跡規(guī)劃方面的不足。

圖9 UG/CAM API出口

具體開(kāi)發(fā)流程為：首先，用UG打開(kāi)MACH/ resource/templete_part/metric下的mill_multi-axis部件模板，復(fù)制一個(gè)MillUser操作，在該操作的“CAM API出口名”中輸入自定義的環(huán)境變量名，如圖9所示，定制好對(duì)話框后保存退出，并在ugii_env.dat文件中按照格式“環(huán)境變量名=DLL全路徑”進(jìn)行修改；然后，啟動(dòng)Visual C++6.0，新建一個(gè)Unigraphics NX AppWizard V1工程項(xiàng)目，選擇internal application和C，并指定名稱為CAM User Defined Operation的User Exit，在VC環(huán)境中打開(kāi)***.c文件，在udop入口函數(shù)中添加刀具軌跡生成代碼，編譯應(yīng)用程序，生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件（文件后綴名為DLL），并將其復(fù)制到之前指定的路徑下；最后，啟動(dòng)UG，在UG加工環(huán)境中創(chuàng)建先前自定義的用戶操作，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)環(huán)境變量自動(dòng)調(diào)用指定程序生成刀具軌跡。圖10（a）～（c）展示了所生成的各層無(wú)干涉插銑刀具軌跡，其中使用蓋盤面的外偏置面作為安全平面，偏置距離應(yīng)使移刀過(guò)程不發(fā)生干涉。第一層的加工從出氣口處開(kāi)始，而第二、三層的加工從進(jìn)氣口處開(kāi)始，加工順序的安排也與之前提到的“頂尖”現(xiàn)象有關(guān)。單個(gè)流道的粗加工操作全部生成后，經(jīng)圓周陣列變換，就可實(shí)現(xiàn)整體葉輪所有流道的插銑粗加工刀具軌跡規(guī)劃。對(duì)于第二、第三層刀具軌跡與前序刀軌的重復(fù)部分，通過(guò)將口走刀軌跡劃歸為快進(jìn)段來(lái)減小其對(duì)總體加工效率的影響。

圖10 各層插銑刀具軌跡圖

4 數(shù)控機(jī)床加工仿真

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免實(shí)際加工中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，在實(shí)際加工之前對(duì)真實(shí)加工情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，已成為產(chǎn)品新工藝開(kāi)發(fā)必不可少的一步。VERICUT就是這樣一款功能強(qiáng)大的數(shù)控加工仿真軟件，不僅能夠模擬實(shí)際加工中各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)，檢查過(guò)切、干涉等問(wèn)題，而且能夠刀具軌跡的優(yōu)化。由于該葉輪尺寸大、質(zhì)量重，同時(shí)插銑對(duì)主軸軸向剛度要求高，故選取承載能力較高、主軸剛性又較好的轉(zhuǎn)臺(tái)-擺頭非正交五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床作為加工設(shè)備。針對(duì)該數(shù)控機(jī)床，通過(guò)在VERICUT中搭建簡(jiǎn)單的機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型，選取數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)置程序零點(diǎn)，添加刀具庫(kù)、毛坯等必要資源，并設(shè)置相應(yīng)組件間的碰撞檢測(cè)，對(duì)刀位軌跡后處理得到的NC代碼進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示該方法生成的插銑刀具軌跡不存在過(guò)切、干涉等問(wèn)題，在幾何上是可行的。圖11所示為單個(gè)流道插銑粗加工的仿真結(jié)果，此毛坯內(nèi)包含兩個(gè)完整流道。

圖11 整體葉輪單個(gè)流道插銑粗加工仿真結(jié)果圖

5 結(jié)論

1）本文通過(guò)分析半開(kāi)式離心葉輪的回轉(zhuǎn)特征和插銑加工特點(diǎn)，提出了一種快捷有效的流道開(kāi)粗加工刀具軌跡規(guī)劃方法。該方法首先構(gòu)造了流道粗加工可行域，然后定義了繞葉輪中心軸回轉(zhuǎn)的將流道沿流向均勻分割的圓錐截面族，接著依據(jù)此圓錐截面族與粗加工可行域的交線端點(diǎn)確定邊界刀心點(diǎn)和邊界刀軸矢量，最后以等分思想對(duì)刀心點(diǎn)和刀軸矢量進(jìn)行插值，得到了排布均勻的插銑刀具軌跡。為整體葉輪及類似零件插銑或類似加工方法的應(yīng)用提供了一種解決方案。

2）利用UG/Open API接口的用戶出口技術(shù)，將這種算法集成到UG環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了五坐標(biāo)插銑刀具軌跡的自動(dòng)生成，為編程人員進(jìn)行CAM系統(tǒng)的自主開(kāi)發(fā)提供了一種方便有效的途徑。

3）針對(duì)某轉(zhuǎn)臺(tái)-擺頭型五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，通過(guò)在VERICUT環(huán)境中進(jìn)行加工代碼仿真，檢查過(guò)切、干涉等問(wèn)題，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的可行性。

[1]Heo EY，Kim DW，Kim BH，etal.Efficient rough-cutplan for machiningan impellerwith a5-axisNCmachine[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing,2008,21(8): 971-983.

[2]魏國(guó)家，裴立群，雍建華，等.開(kāi)式三元葉輪高效率數(shù)控粗加工策略[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2012（1）：48-50.

[3]梁全，王永章，富宏亞，等.直紋面葉輪插銑加工關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010，16（1）：182-187.

[4]胡創(chuàng)國(guó)，張定華，任學(xué)軍，等.開(kāi)式整體葉盤通道插銑粗加工技術(shù)的研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2007,18（2）：153-155.

[5]李湉，陳五一，陳彩紅.整體葉輪插銑粗加工算法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010，16(8)：1696-1701.

[6]戚家亮，安魯陵，修春松.整體葉輪五軸數(shù)控插銑加工刀位軌跡生成算法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，（11）：3-5.

[7]侯永濤，丁向陽(yáng).UG/Open二次開(kāi)發(fā)與實(shí)例精解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[8]黃翔，李迎光.UG應(yīng)用開(kāi)發(fā)教程與實(shí)例精解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

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本文針對(duì)半開(kāi)式離心整體葉輪，提出了一種基于回轉(zhuǎn)特征的流道插銑粗加工刀具軌跡規(guī)劃方法。首先通過(guò)分析葉輪幾何結(jié)構(gòu)，構(gòu)造粗加工可行域和沿流向均勻分割流道的圓錐截面族；然后由該圓錐截面族與葉片型面偏置面的交線確定邊界刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)；最后基于等分思想推導(dǎo)了刀心點(diǎn)及相應(yīng)的刀軸矢量插值算法。通過(guò)UG/CAM模塊的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了該算法的計(jì)算機(jī)集成，利用VERICUT軟件對(duì)后置處理得到的NC代碼進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了該方法的可行性。

整體葉輪；插銑；刀具軌跡規(guī)劃；UG二次開(kāi)發(fā)

Research on the Tool-path Planning for Plunge Rough Milling of the Intergrated Impeller

Wei guo-jia/Shenyang Blower Works Group Co.,Ltd.

Abstract：This paper presents a tool-path planning method for the rough plunge milling of channels within a semi-opened centrifugal impeller based on its rotational feature.Firstly,a feasible roughmachining region and conical cross-section family which equally divide the channel along flow directions are constructed by analyzing the geometric structure of the impeller.Then,the boundary cutter location datas are obtained from the intersection lines between the conical cross-section family and the normal offset surfaces of the blade surfaces.Lastly,the interpolation algorithms of the tool center point and the corresponding tool-axis vector are deduced based on average divide.This method improves the uniformity of the tool-path and guarantees the machining efficiency.To make up for the deficiency in present CAM software in 5-axis plunge milling,the algorithms are integrated into the UG system through the secondary development of the UG/CAM module.The NC codes obtained from post-processing are simulated using VERICUT software and results verify the feasibility of themethod.

integrated impeller;plunge milling;tool-path planning;redevelopmentofUG

TH164;TK05

A

1006-8155（2016）03-0066-06

10.16492/j.fjjs.2016.03.0060

2015-10-28遼寧沈陽(yáng)110869