0 引言

　　某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)是我國自行設(shè)計(jì)和研制的，其中有許多零件為復(fù)雜曲面零件，例如整體葉片盤和離心葉輪，而它的第三級(jí)葉片盤是其中最復(fù)雜的一個(gè)。對(duì)于它的加工，關(guān)鍵在于‘已的葉片利面及型面之問流道的加工。葉片型面和流道的加.〔需要四軸以上的數(shù)控機(jī)床，它的加工精度取決于驅(qū)動(dòng)加工的數(shù)控程序(NC程序)以及加工用的刀具的性能和質(zhì)量。該零件一直使用仿形出來的數(shù)控加工程序。在四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床上進(jìn)行加工結(jié)果是，加工出來的零件表面質(zhì)最差，葉片型而的輪廓度總是達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。我們也曲經(jīng)試圖利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件(CAD/CAM軟件)來完成該項(xiàng)工作，購買廠UG18.0軟件，但是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，都沒有達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，在試驗(yàn)加工過程中總是出現(xiàn)干涉間題卜所以UG18.0也不能解決該零件的四軸聯(lián)動(dòng)加工程序編制問題。

　　以前，該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片盤、從第一級(jí)葉片盤到第三級(jí)葉片盤，其數(shù)控加工程序都是由研究所提供原件，然后裝夾在車間的雙軸靠模銑床(DT2)上，利用機(jī)床的仿形功能，通過仿形頭沿著母體(研究所提供的原件)的型面，在一定的人為控制下仿制而成。

　　在模板或原件的基礎(chǔ)上,應(yīng)用仿形頭(仿形頭要求與加工時(shí)用的刀其的形狀和結(jié)構(gòu)一致)，山仿形頭所走的軌跡(坐標(biāo)點(diǎn))，即是加工零件時(shí)刀具的軌跡(刀位點(diǎn))。在仿形過程中，為了避免仿形頭與相鄰葉片的千涉、必須設(shè)定合適的控制參數(shù)，然后，將仿形頭所走的坐標(biāo)點(diǎn)儲(chǔ)存在機(jī)床的硬盤里，并以文件的格式存在，這樣就獲得了加工零件所需的數(shù)控程序。但要得到高質(zhì)量的數(shù)控加工程序，需要具備以下條件:

　　1)要求仿形川的原件(模板或母體)的質(zhì)量很高。如果所提供的毋體本身就有一定的缺陷，這樣山它遺傳下來的后代不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些先天性的毛病。比如母體的表面質(zhì)量粗糙，表面凹凸不平。又如，母體的各界面的形狀本來就沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)仿形后，加工出來的零件母體的形狀遺傳到子體身上。

　　2)要求仿形過程中嚴(yán)格控制仿形頭的步距。如果仿形頭仿形步距較大，加工出來的表面質(zhì)最也比較粗糙。

　　3)箭要有性能好的刀具，刀具的耐磨性能對(duì)葉片葉型的精度影響很大。

　　如果以上幾個(gè)方面都達(dá)不到，再加f機(jī)床和環(huán)境的影響，在仿形過，沒有嚴(yán)格控制仿形的質(zhì)景，仿形出的程序很粗糙.所以山仿形程序加工的葉片盤的表面很粗糙，而且各截面的輪廓度也達(dá)礴福到設(shè)計(jì)要求。

　　綜上所述，仿形永遠(yuǎn)也達(dá)不到原件的水平。仿形程序一旦確定，如果在加工過程中出現(xiàn)質(zhì)錄問題，也無法通過調(diào)錐程序來解決。為了滿足現(xiàn)代產(chǎn)品日新月異的需要和達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可采川世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件，如UG18.0。

1 第三級(jí)葉片盤數(shù)控加工分析

　　在三類葉片盤中，第三級(jí)葉片盤是最復(fù)雜的一種，其零件模型如圖1所示。葉片之間的流道很窄，最窄處僅有6.0mm。這樣，要求加工時(shí)用的刀具直徑比較小，給加工帶來很大的困難。同時(shí)，葉片盤的材料為難加工的欽合金。葉片盤的葉片型面由一系列確定的截面構(gòu)成，設(shè)計(jì)給定各截面上的一系列點(diǎn)的坐標(biāo)，通過這些坐標(biāo)點(diǎn)依次做出各截面線，再通過各截面線生成舉升曲面。該曲面為不規(guī)則曲面，并且曲面從上到下扭曲，且扭曲沒有一定的規(guī)律。這樣的曲面加工只能用銑刀用點(diǎn)接觸的方式加工，即在加工過程中，刀具與零件面只有一點(diǎn)接觸。刀具到位點(diǎn)之間的距離直接影響葉片表面的粗糙程度。

　　葉片盤葉形的加工步驟分為粗加工和精加工。粗加工選用切削性能好的玉米銑刀，去除大部分的加工余量。由于葉片的扭曲，玉米銑刀能擺動(dòng)的角度很小，因此粗加工不能保證葉片的余量均勻。為了保證精加工的余量比較均勻，需要進(jìn)行半精加工。半精加工用小直徑錐銑刀。為了避免刀具在加工過程中產(chǎn)生干涉，有效地增大刀具的擺動(dòng)角度，我們?cè)诰庸と~形時(shí)，選用鼓形銑刀，最后用錐銑刀加工流道底部和清根。

2 鼓形銑刀加工算法確定　　用球頭銑刀。用球頭銑刀加工時(shí)，編制數(shù)控加工程序的算法比較簡單，計(jì)算量少。一般計(jì)算過程如下:首先得到葉片曲面上各點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)(X,Y,Z)和矢量坐標(biāo)(I,J,K)，然后根據(jù)刀具半徑，計(jì)算得到球頭刀刀心的坐標(biāo)值。

　　最后，利用刀具的擺角刀，將球心坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，得到刀位點(diǎn)的坐標(biāo)值(X,Y,Z,β)。

　　以上方法僅適用于球頭銑刀，因?yàn)榍蝾^銑刀繞球心旋轉(zhuǎn)時(shí)，球頭上總會(huì)有一點(diǎn)與零件面接觸。

　　對(duì)于鼓形銑刀，當(dāng)?shù)毒呃@刀心擺動(dòng)角β比較大時(shí)，刀具上可能沒有點(diǎn)與零件面接觸，而且隨著擺角的增大，刀具離零件面的距離會(huì)增大。

　　為了使刀具擺動(dòng)過程中不偏離零件面，可用如下方法解決:

　　將零件型面上點(diǎn)的直角坐標(biāo)(X,Y,Z)和矢量坐標(biāo)(I,J,K)同時(shí)旋轉(zhuǎn)擺角a，得到(X1,Y1;Z1，I1,J1,K1)，然后將I1，J1投影到水平面(XY平面)，得到I2 ,J2，最后計(jì)算得到刀位點(diǎn)的坐標(biāo)。

3 第三級(jí)葉片盤加工程序編制

　　1)用UG軟件強(qiáng)大的造型功能，造出汗卜片盤的實(shí)體模型

　　根據(jù)研究所提供的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)即三維坐標(biāo)點(diǎn)，做出樣條曲線，然后進(jìn)行光順處理，使截面線的曲率變化有一定的規(guī)律。最后，通過樣條曲線建立掃描曲面。通過觀察和分析葉形曲面，得到葉片之間流道的最小距離以及刀具的最大擺動(dòng)角度。

　　2)獲取刀位原始數(shù)據(jù)

　　利用UG18. 0中的加工模塊，得到加工曲面的刀位原文件(.d。文件)，其中包含有曲面上各點(diǎn)的坐標(biāo)X,Y,Z以及它的矢量I,J,K。

　　3)數(shù)據(jù)分析

　　為了確定刀具的擺動(dòng)角度，首先對(duì)曲面上點(diǎn)的矢量情況進(jìn)行分析。在一定高度的截面上，分別取葉盆和葉背數(shù)據(jù)一組進(jìn)行分析。根據(jù)曲面上點(diǎn)的分布規(guī)律，得到各點(diǎn)的原始刀位角度。

　　4)數(shù)據(jù)處理過程

　　程序生成過程中主要環(huán)節(jié)為數(shù)據(jù)處理。首先，在獲取葉形曲面的等距坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，將整個(gè)葉形分為4個(gè)小部分，包括葉片兩邊緣的圓弧轉(zhuǎn)接段和圓弧之間的比較直的兩段。因?yàn)槊啃K曲面的變化情況不同，在處理過程中也需將它們分別對(duì)待。通過分析刀位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在同一小曲面片里面，它的變化有一定的規(guī)律。根據(jù)所得到的變化情況，確定葉片型面各點(diǎn)的原始刀位角度(1}然后，根據(jù)刀具的參數(shù)作一定的調(diào)整，得到各點(diǎn)的實(shí)際刀位角度。分別處理各曲面片后，再將各部分組合起來，形成可適用的加工程序。

4 結(jié)論

　　新編程序經(jīng)過試加工，并計(jì)量葉片型面，結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過這次編程實(shí)踐，解決了三類葉片盤的四軸聯(lián)動(dòng)加工程序編制問題，為復(fù)雜曲面的四軸聯(lián)動(dòng)加工程序編制提供了新的思路。