中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 （遼寧 110043） 范吉平 李海泳

隨著計算機(jī)軟件自動編程和仿真技術(shù)的發(fā)展，航空發(fā)動機(jī)制造技術(shù)進(jìn)入了新時代。本文以典型航空發(fā)動機(jī)軸頸類零件半精加工工序為例，利用UG和Vericut軟件進(jìn)行車加工數(shù)控程序編制和仿真。針對航空發(fā)動機(jī)軸頸類零件的特點，總結(jié)了數(shù)控程序編制和仿真的過程，包括建立UG零件和毛坯模型、建立UGCAM模型、創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡、UGCAM程序后置處理、建立Vericut仿真環(huán)境、數(shù)控程序的Vericut仿真與分析等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了兩種軟件在此類零件中高效、合理的應(yīng)用。

1.航空發(fā)動機(jī)軸頸類零件特點

在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，軸類件有薄壁空心長軸、軸頸類軸、鼓筒類軸等。其中軸頸類軸分前軸頸和后軸頸，屬于薄壁短軸，結(jié)構(gòu)介于盤類零件和長軸類零件之間，在半精車和精車工序中都有典型的車加工結(jié)構(gòu)類型，包括車端面、車外圓、車內(nèi)孔、車端面槽、車外圓槽、車內(nèi)孔槽等。這些加工類型要選用適合的刀具和走刀路線，使得軸頸類零件的車加工編程較為復(fù)雜。利用UG軟件的車加工CAM模塊，對這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程的效率很高，而且方便、準(zhǔn)確。

2.基于UG NX7.5的數(shù)控程序編制

圖1 零件模型

圖2 毛坯模型

以典型航空發(fā)動機(jī)軸頸類零件半精加工工序為例，如圖1、圖2所示零件和毛坯，利用U G和Vericut軟件進(jìn)行車加工數(shù)控程序編制和仿真?；赨G NX7.5的數(shù)控程序編制基本流程為：建立UG零件和毛坯模型→建立UGCAM模型→創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡→產(chǎn)生數(shù)控程序。

根據(jù)該軸頸類零件結(jié)構(gòu)特征，要分粗加工和精加工工步，其主要加工思路為：在粗加工工步中，利用粗加工循環(huán)操作和插削操作去除大部分余量，為精加工工步留0.5mm余量。粗加工選取的刀具以80°C型R0.8mm菱形刀片為主，用于提高加工效率；在精加工工步中，利用了精加工循環(huán)操作和插削操作的輪廓加工功能，刀具上主要選用了適合精加工用的55°D型R0.4mm菱形刀片和球形刀片等。

（1）建立UG零件和毛坯模型 利用UG軟件的CAD模塊分別建立零件和毛坯的模型文件（見圖1、圖2）。建立兩個模型文件時需要注意工作坐標(biāo)系WCS的設(shè)置，要保證兩個模型在同一工作坐標(biāo)系下時相對位置正確，也就是加工狀態(tài)下的位置。比較方便的做法是在草圖繪制階段就將草圖繪制在WCS下的合理位置。

（2）建立UGCAM模型 利用UG軟件的CAD模塊再建立一個模型文件，作為UGCAM編程模型。把零件模型和毛坯模型以裝配的方式添加到UGCAM編程模型中。在裝配時，放置選項為選擇原點，然后選擇工作坐標(biāo)系WCS，這樣零件模型和毛坯模型就裝配到一起，相互位置通過WCS確定下來。

（3）創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡前準(zhǔn)備 在創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡前要設(shè)置程序、幾何體、刀具、加工方法節(jié)點組，在設(shè)置加工操作時直接選取四個節(jié)點組即可。創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡流程如圖3所示。對此軸頸類零件的半精加工工序，在程序節(jié)點組中，創(chuàng)建了粗車程序組和精車程序組；在幾何體節(jié)點組中，要注意編程坐標(biāo)系MCS_SPINDLE的方向設(shè)置，在WORKPIECE中設(shè)置好工件和毛坯。NX7.5版本UG的車加工截面創(chuàng)建比較方便，直接點擊TURNING_WORKPIECE即可；在刀具節(jié)點組中，共創(chuàng)建了9把刀具，刀具號依次設(shè)置為1～9，加工方案如圖4所示。加工方法節(jié)點組可以不用設(shè)置，加工余量可以在創(chuàng)建加工操作時設(shè)定。

圖3 創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡流程

圖4 加工方案

（4）創(chuàng)建UGCAM刀具軌跡 刀具軌跡的創(chuàng)建就是加工操作的設(shè)置。對該工序，制定13個工步，粗加工7個，精加工6個，共計13個加工操作（見圖4）。每一個操作對應(yīng)一個刀具軌跡，在后處理階段可以把任意數(shù)量的操作生成一個數(shù)控程序，在該零件中每一個操作對應(yīng)一個數(shù)控程序。

加工操作創(chuàng)建的主要步驟：選取相應(yīng)的操作類型，并選擇4個節(jié)點組；編輯切削區(qū)域；設(shè)置切削策略；設(shè)置刀具軌跡方向和步距；設(shè)置切削參數(shù)，其中包括加工余量等設(shè)置；設(shè)置非切削運動軌跡，這里設(shè)置了每個操作的刀軌出發(fā)點為同一點，返回點與出發(fā)點相同；設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率等。根據(jù)上述步驟分別創(chuàng)建粗加工和精加工操作13個，刀具軌跡如圖5、圖6所示。

圖5 粗加工刀具軌跡

圖6 精加工刀具軌跡

（5）UGCAM程序的后置處理 后置處理是將創(chuàng)建的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能夠識別的NC代碼的過程。在操作導(dǎo)航器中顯示程序順序視圖（見圖7），點選需后置處理的操作，然后點擊后處理工具圖標(biāo)，彈出后置處理對話框（見圖8）。選擇與機(jī)床相匹配的后處理文件，在輸出文件中輸入或瀏覽NC程序輸出路徑，并鍵入文件名稱，單擊確認(rèn)，生成NC數(shù)控程序（見圖9）。數(shù)控程序編制已完成，下一步工作要在Vericut軟件中對這些生產(chǎn)的程序進(jìn)行仿真驗證。

圖7 程序順序視圖

圖8 后置處理對話框

3.基于Vericut7.0的數(shù)控程序仿真

本文所述的仿真過程，是在已經(jīng)建立了機(jī)床文件和控制系統(tǒng)文件后進(jìn)行的。針對該軸頸類零件，介紹零件和毛坯的導(dǎo)入、數(shù)控程序的導(dǎo)入、加工坐標(biāo)系的設(shè)置、刀具庫的創(chuàng)建、程序仿真、結(jié)果分析等，Vericut仿真加工工作流程如圖10所示，虛線內(nèi)操作步驟不必按照順序。

（1）零件和毛坯的導(dǎo)入零件和毛坯模型文件一般由UG、CATIA、Pro/E等CAD軟件設(shè)計好并導(dǎo)出為*.S T L、*.STEP 等文件格式，這里選擇*.STL格式，該格式的兩個模型在UG建立的零件和毛坯模型中導(dǎo)出。將零件模型、毛坯模型導(dǎo)入Vericut仿真系統(tǒng)。用鼠標(biāo)雙擊仿真項目樹節(jié)點（見圖11），在彈出菜單中選擇由模型文件導(dǎo)入相應(yīng)的*.STL格式模型文件即可。

（2）數(shù)控程序的導(dǎo)入 在仿真項目樹中點擊數(shù)控程序節(jié)點，數(shù)控程序類型選擇“G-代碼數(shù)據(jù)”，再點擊“添加數(shù)控程序文件”，依次點選程序文件。這里需要注意的是必須按照相應(yīng)的加工順序進(jìn)行程序的添加，也可以在展開的程序視圖中利用鼠標(biāo)拖拽的方式按順序排列加工程序序列。

圖9 生產(chǎn)的NC數(shù)控程序

圖10 Vericut仿真加工工作流程

圖11 仿真項目樹

（3）加工坐標(biāo)系的設(shè)置 加工坐標(biāo)系的設(shè)置原則是編程原點與毛坯原點重合。設(shè)置方法為點擊項目樹中的程序原點，在配置名中選擇程序原點，選擇從組件的“刀塔TuttetA”到組件的“毛坯Stock”進(jìn)行定位，這樣就把加工坐標(biāo)系定義在了毛坯的組件坐標(biāo)系上。

（4）刀具庫的創(chuàng)建 刀具是機(jī)床進(jìn)行加工的重要工具。Vericut仿真加工前，應(yīng)先建立刀具庫文件（見圖12）。切削刀具庫文件一般是由切削刀具部分和刀柄部分兩部分構(gòu)成。切削刀具部分在Vericut刀庫中創(chuàng)建，對于刀柄簡單的可以在Vericut刀庫中創(chuàng)建，復(fù)雜形狀的刀柄要采用其他三維設(shè)計軟件先構(gòu)建出刀柄的三維實體，再通過*.STL、*.STEP 等文件格式導(dǎo)入刀庫文件中。本文用的刀柄文件是用UG軟件的CAD模塊建立的。

圖12 Vericut車加工刀具庫

（5）數(shù)控程序仿真 經(jīng)過上面的設(shè)置，仿真可以開始了。在主對話框的右下方有演示工具條來控制仿真狀態(tài)，包括“單步”和“仿真到末端”等。通過菜單“信息-狀態(tài)”可以調(diào)出實時參數(shù)對話框，在此能實時地看到程序的運行情況，包括正在執(zhí)行的程序段、機(jī)床坐標(biāo)、程序坐標(biāo)、刀具號以及程序運行時間、進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速以及報警、出錯、控制系統(tǒng)的信息等。圖13為后軸頸零件在數(shù)控臥車上的仿真加工。

圖13 后軸頸零件的仿真加工

（6）仿真結(jié)果分析 仿真結(jié)果分析要用到“分析”菜單下幾個工具，包括測量、自動-比較、檢查等，其中主要應(yīng)用自動-比較工具，見圖14所示。自動-比較工具主要作用是進(jìn)行過切與欠切的檢查，它能將仿真加工后的模型和設(shè)計模型疊加在一起進(jìn)行精確比較，自動識別并顯示出留在工件上的過切與欠切的部位。分析模塊提供了四種比較方式：實體比較、表面比較、點比較和輪廓比較，其中常用的是實體比較和表面比較兩種方式。

圖14 自動比較分析界面

仿真結(jié)束后還可以在“信息”菜單下的“Vericut日志”中查看各個程序的錯誤數(shù)量、警告數(shù)量、走刀時間，以及過切和碰撞的程序號位置等。

4.結(jié)語

通過本文所做的工作，證明了利用UGCAM車加工模塊，以及Vericut車加工仿真功能，對航空發(fā)動機(jī)軸頸類零件進(jìn)行數(shù)控程序編制和加工仿真，是一種可行且有效的方式，并總結(jié)出了兩種軟件在此類零件中高效、合理應(yīng)用的方法。在此希望該數(shù)控程序編制及虛擬加工仿真應(yīng)用方法，能夠?qū)ζ渌愃屏慵募庸び兴鶐椭?/p>