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基于NX5.0的五轴加工航空发动机叶轮零件研究 |
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作者： |
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目前大多数多轴联动加工机床是五轴数控机床，而利用多轴机床加工零件，特别是诸如航空发动机叶轮类零件的数控加工、必须使用CAM软件生成的程序。目前国外一般应用整体叶轮类的五坐标加工专用软件，主要有美国NREC公司的MAX-5、MAXAB叶轮加工专用软件，瑞士Starrag数控机床所带的整体叶轮加工模块，还有Hypermill、Powermill等专用的叶轮加工软件。此外，一些通用的软件如：NX、CATIA、CREO等也可用于整体叶轮加工。目前，国内只有少数几家企业可以加工整体叶轮类零件，而且工艺水平距国际先进水平尚有很大差距。笔者所在单位利用引进的NX5.0 CAD/CAM软件，在德玛吉DMU50V五轴机床上加工航空发动机整体叶轮类零件取得较好的效果。
1 零件工艺性分析
零件工艺性分析是根据零件的工程图或3D图所提供的各特征元素，选择最合理加工设备、加工刀具以及安全、可靠的工艺装备来确定合理的加工方法。
图1为航空喷气发动机叶轮类零件，该零件材料为铝合金，主要的特征为15个空气导流槽，该类槽形状复杂，必须使用五轴加工中心加工。根据现有设备条件，决定采用德玛吉DMU50V五轴机床加工，并利用NX5.0CAM软件编制加工程序。
图1 航空喷气发动机叶轮类零件前后面
2 零件加工编程难点
通过零件工艺性能的分析，该零件的五轴铣编程加工的难点集中在以下几个方面：
（1）该零件需要在一次装夹中完成零件15个空气导流槽的加工，如果直接用NX5.0五轴功能编程，将超出DMU50V的转动行程，这样导致最后零件无法加工。因此我们在加工侧面曲面时将刀轴的前倾角设置为-5°，这样就保证了加工的可行性。
（2）利用NX5.0将零件加工程序编制出来之后，并不能将这些程序数据直接用来进行零件的加工，还要将这些数据转换成机床能够识别的程序，这个过程就是后处理。
对于大多数CAD/CAM软件来说，都带有自己的后处理程序，但这些后处理程序一般是通用的，并不能满足所有机床的需要，特别是类似DMU50V这种斜双转台的五轴加工中心（见图3），就有必要制作适合自身的专用后处理程序。
后处理制作对技术人员综合能力要求很高，对于DMU50V这种斜双转台的五轴加工中心来说，可使用NX5.0软件的Post-builder工具和TCL(Tool Command Language)语言来制作其专用后处理程序。
在使用TCL语言制作后处理时的技术要点是在proc PB_CMD_init_pivot_offsets 文件后应加入如下程序：
3 生成加工程序
用CAM编程后，应生成机床可识别的程序，生成的的加工程序（部分）如下：
4 程序验证（首件验证）
利用NX5.0生成的程序，经过首件切削试验，可以根据实际验证的内容，如干涉、经过区域，刀具、工件和夹具的刚度和弹性变形情况，以及刀具的磨损情况等因素进行必要的处理和调整。对于加工误差应分析产生的原因并予以修正，以便最终满足零件的要求。
经过18小时的试加工，终于完成了对零件的加工（见图4）。
5 结论
近年来，我国的叶轮类零件的机械加工技术发展非常快。虽然该类零件数控加工的最好选择是Hypermill、Powermill等专用的叶轮加工软件和双转台五轴加工中心，但是基于目前企业的实际条件，选用了NX5.0软件设计合理的加工步骤，编制了五轴联动的加工程序及基于NX5.0的DMU50V的专用后处理程序，成功加工出这个比较复杂的零件，实际应用效果良好。在实施过程中应注意以下几点：
①没有任何两台五轴加工中心的后处理程序是相同的，因为即使是同型号的机床，其结构参数也是不同的，如DMU50V加工中心其摆动回转工作台转臂在Y轴上的尺寸就有差异。这就要根据机床说明书或测出其具体尺寸，再作后处理程序。但是同型号五轴机床的后处理程序可以通过技术处理后使用。
②在使用五轴加工中心加工零件时，除了有夹具装夹外，都应该先将零件装夹后，测量出具体位置。然后调整零件的原点坐标，与机床一致后才能做后处理程序进行加工。
③由于五轴加工中心的刚性不如三轴数控机床，因此不宜用五轴加工中心做粗加工。在加工零件时，为了提高加工效率，尽可能使用高速加工的一些功能，如圆弧进刀等。
④机床精度应该定期检测，如果发生摆动回转工作台或翻转工作台尺寸发生变化，要作相应的调整。
(end)
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(3/8/2012) |
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