基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究

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基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究基于UG 的复杂曲面叶轮
三维造型及五轴数控加工技术研究

北京卫星制造厂 李 群 陈五- 单 鹏 宋放之

摘要 以典型的 CAD/CAM 软件 UG 及深窄槽道、大扭角、变根圆角的微型涡轮发动
机压气机转子应用实例为背景，设计出基于 UG 的-套完整、系统的整体叶轮数控加工方
案，包括整体叶轮的三维建模、数控加工工艺流程规划，数控加工编程等。并在 MIKRON
HSM400U 五坐标数控机床上进行实验验证，证明该整体叶轮数控加工方案及程序的可行
性。该加工件已经用于微型发动机中进行试车实验。

关键词 CAD/CAM 微型发动机 整体叶轮 三维造型 五坐标数控加工

1 引言

整体叶轮特点是：结构复杂、数量种类繁多、对
发动机性能影响大、 设计研制周期长、 制造工作量大。
目前，较重要用途的叶轮都是由非可展直纹面和自由
曲面构成的，叶轮叶片的型面非常复杂，使得叶片实
体造型较-般的实体造型更为复杂多变。从整体叶轮
的结构特点也可以看出：加工整体叶轮时加工轨迹规
划的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极
易产生碰撞干涉，自动生成无干涉刀位轨枷困难。
目前国外-般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件
[1]
，主要有美国 NREC 公司的 MAX-5，MAX-AB 叶
轮加工专用软件，瑞士 Starrag 数控机床所带的整体
叶轮加工拈，还有 Hypermill 等专用的叶轮加工软
件。此外，-些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E
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，而且工艺水平距国际先进水
平尚有差距。总体上，我国叶轮加工领域的研究与应
用同发达国家相比还有很大差距，在窄槽道、小轮毂
比等高性能叶轮制造技术方面尚未过关。

2 整体叶轮的 CAD/CAM系统结构图

整体铣削叶轮加工是指毛坯采用锻压件，然后车
削成为叶轮回转体的基本形状，在五轴数控加工中心
上使轮毂与叶片在-个毛坯上-次加工完成，它可以
满足压气机叶轮产品强度要求，曲面误差小，动平衡
时去质量较少，因此是较理想的加工方法。五轴数控
加工技术的成熟使这种原来需要手工制造的零件，可
以通过整体加工制造出来。采用数控加工方法加工整
体叶轮的 CAD/CAM 系统结构图[2]
如图 1。
整体叶轮CAD/CAM主拈
叶轮CAD造型 加工仿真 通用后置处理 刀位轨迹生成