1、SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.1 Jan.2023，Total No.348目前，CAD/CAM技术正向着高度集成化、智能化、标准化和开发化的方向发展1-2。近年来，我国在CAD/CAM领域发展迅速，应用日渐成熟，其使用范围不断拓宽，水平不断提升，其应用几乎渗透到制造工程的各个领域，尤其是在机械制造、船舶制造等行业，CAD/CAM的技术开发与应用尤为重要3-4。针对五轴数控加工中心不易判断刀具行程、铣削过程中较易发生刀具干涉等问题，本文利用交互式 CAD/CAM 系 统（Unigraphics NX，UG）中 的CAD/CAM模块对某型叶轮零件进行三维造
2、型，制定合理的加工工艺和加工流程，规划刀具路径并在UG中初步仿真。确认刀具路径合理后，经过后处理生成NC代码文件，再通过VERICUT软件进行进一步仿真，最后加工出叶轮试样5-6。本文通过对某型叶轮零件三维造型与五轴加工进行研究，避免试切造成的生产效率低、成本高等问题，为工厂降低风险和成本、提高竞争力提供技术保障7。1叶轮的三维建模方法在基准坐标系上建立 62.4 mm，h2 mm 的圆柱体。以该圆柱体的上表面绘 54 mm 的草图，约束圆心与 62.4 mm 上表面同心，拉伸高度为 3 mm，在此基础上同样绘 54 mm 的同心圆 53.6 mm，拉伸高度为 3 mm。将 3 个实体进行求和
3、，获得模型 1（见图 1）。在模型 1 上表面拉伸一 21.6 mm、深 2.5 mm的孔，圆心在表面中心；在模型 1 下表面拉伸一26 mm、深 5.6 mm 的孔，圆心在表面中心，获得模型 2（见图 2）。图 1模型 1图 2模型 2建立两个基准平面。基准平面 1 距离模型上表面 4.63 mm，基准平面 2 距离模型下表面 2.41 mm。在模型的上表面绘同心圆 R1，R2，尺寸分别为14.2 mm，26.2 mm；在基准平面 1 上绘同心圆R3，R4，尺寸分别为 33.3 mm，47.5 mm；在基准平面 2 上绘同心圆 R5，尺寸为 20.2 mm。在 x-z平面上绘草图，用圆弧、直
4、线连接上述 5 个同心圆的某个象限点，形成一封闭的图形（见图 3）。将该封闭图形绕 z 轴回转 360，并与已建模型求差，获得回转体（见图 4）。图 3草图 图 4回转体在模型上表面中心新建基准坐标系CSYS-1。以基准坐标系 CSYS-1 建立基准平面 3，使得基准平面 3 与 x-y 平面之间的夹角为130。在基准平面 3上绘草图，拉伸草图，厚度为 0.8 mm，分别以模型上下表面为修剪平面，修剪该拉伸体。建立基准平面 4，平面参考对象为基准坐标系 CSYS-1 的 x-y某型叶轮零件三维造型与五轴加工方法研究收稿日期：20220520；修回日期：20220629作者简介：张 政（1995
5、），男，江苏兴化人，硕士，主要从事 CAD/CAM、高速切削技术研究，E-mail：。张 政摘要：本文阐述了在设计过程中运用五轴编程加工某型叶轮零件的详细过程，以及在五轴机床加工实物之前 VERICUT仿真的必要性，实现了安全、高效、高质量的程序优化，进而实现了车间高速度、高效率、高质量的生产加工，最终为工厂降低风险和成本、提高竞争力提供了技术保障。关键词：UG；CAD/CAM；VERICUT 软件；五轴加工中图分类号：TH122文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.01.114（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州225127）文章编号：1674-91
6、46（2023）0111404技术 创 新Technological Innovation-114-2023 年 1 月总第 348 期平面，通过拉伸体的一条边线，夹角为30；以基准平面 4 为修剪平面修剪拉伸体，获得第一种叶片（见图 5）；将该叶片绕 z 轴作实例几何体特征操作，获得 10 片相同的叶片（见图 6）。图 5第一种叶片 图 6阵列后叶片建立第二种叶片。以基准坐标系 CSYS-1 建立基准平面 5，使得基准平面 5 与 x-y 平面之间的夹角为 39.6。在基准平面 5 上绘第二种叶片的草图，拉伸草图可以获得拉伸体，分别以基准平面 4、底面为修剪平面修剪拉伸体，获得第二种叶片，叶
7、片厚1.8mm（见图 7）。建立第三种叶片。在基准平面 5 上绘第三种叶片的草图，拉伸草图获得拉伸体，分别以基准平面4、底面为修剪平面修剪拉伸体，获得第三种叶片，叶片厚 1.8 mm（见图 8）。图 7第二种叶片 图 8第三种叶片将该叶片绕 z 轴作实例几何体特征操作，获得了 9 片相同的叶片（见图 9）。到此，叶轮的三维造型已全部完成。图 9叶轮的三维造型2规划刀具路径2.1粗加工粗加工主要分为 6 步。第一步采用型腔铣的加工方法加工出零件的外轮廓，刀具选用 16 mm 的平底刀（见图 10-a）；第二步采用型腔铣的加工方法加工第一种槽，刀具选用 6 mm 的平底刀（见图10-b）；第三步采
8、用型腔铣的加工方法加工第二种槽，刀具选用 6 mm 的平底刀（见图 10-c、图10-f）；第四步采用型腔铣的加工方法加工第三种槽，刀具选用 6 mm 的平底刀（见图 10-d）；第五步采用平面铣的加工方法加工 30斜面，刀具选用6 mm 的平底刀（见图 10-e）。10-a外轮廓刀具路径 10-b槽刀具路径 1 10-c槽刀具路径 2 10-d槽刀具路径 3 10-e斜面刀具路径 1 10-f斜面刀具路径 2图 10叶轮粗加工刀轨2.2半精加工采用深度加工轮廓方法加工第一种槽，刀具选用5 mm的球头刀（见图 11-a）；采用固定轮廓铣方法加工第二种槽的右侧面以及底面，刀具选用5 mm的球头刀
9、（见图 11-b、第116页图 11-c），加工第二种槽的左侧面选用曲面驱动方法（见第116页图 11-d）；采用深度加工轮廓铣方法加工第三种槽的左侧面，刀具选用5 mm的球头刀（见第116页图11-e），采用固定轮廓铣方法加工第三种槽的右侧面，刀具选用5 mm的球头刀（见第116页图11-f）；采用固定轮廓铣方法加工第三种槽的底面，刀具选用5 mm的球头刀（见第116页图 11-g）。11-a槽刀具路径 1 11-b右侧面刀具路径 1技 术 创新Technological Innovation-115-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.1 Jan.2023
10、，Total No.348 11-g底面刀具路径 2图 11叶轮半精加工刀轨2.3精加工采用固定轮廓铣的方法加工第一种槽的左右两个侧面，刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-a、图12-b），采用固定轮廓铣的方法加工第一种槽的底面，刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-c）；采用固定轮廓铣的方法加工第二种槽的右侧面和底面，刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-d、图 12-e），采用固定轮廓铣的方法加工第二种槽的左侧面，刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-f）；采用固定轮廓铣的方法加工第三种槽的左侧面，刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-g），采用固定轮廓铣方法加工第三种槽的右侧面和底面，
11、刀具选用4 mm的球头刀（见图 12-h、图 12-i），采用面铣的加工方法加工30斜面，刀具选用6mm的平底刀。12-k斜面刀具路径 2图 12叶轮精加工刀轨3叶轮五轴铣削试验3.1铣削仿真将上述生成的刀路文件经后置处理生成 G 代码，并 将 其 导 入 VERICUT 软 件 中，在 MikronUCP800 Duro双转台五轴加工中心模型上进行了仿真验证，第 117 页图 13 为机床仿真模型，第117页图 14 为粗铣仿真及结果。11-c底面刀具路径 1 11-d左侧面刀具路径 111-e左侧面刀具路径 2 11-f右侧面刀具路径 2 12-a左侧面刀具路径 1 12-b右侧面刀具路径
12、 112-c底面刀具路径 1 12-d右侧面刀具路径 212-e底面刀具路径 2 12-f左侧面刀具路径 212-g左侧面刀具路径 3 12-h右侧面刀具路径 312-i底面刀具路径 3 12-j斜面刀具路径 1技术 创 新Technological Innovation-116-2023 年 1 月总第 348 期Three-dimensional Modeling and Five-axis Machining of a Certain ImpellerZHANG Zheng(Yangzhou Polytechnic Institute,Yangzhou 225127 China)Abst
13、ract：This paper expounds the detailed process of using five-axis programming to process a certain type of impeller inthe design process,and the necessity of VERICUT simulation before the five-axis machine tool is used to process the realobject.It realizes the safe,efficient and high-quality program
14、optimization,and the high speed,high efficiency and highquality production and processing in the workshop,and it provides technical guarantee for the factory to reduce risk and costand improve the competitiveness.Key words：UG;CAD/CAM;VERICUT software;five-axis machining图 13机床仿真模型14-a仿真 14-b结果图 14粗铣仿
15、真及结果半精铣仿真，见图 15。15-a仿真 15-b结果图 15半精铣仿真及结果精铣仿真，见图 16。16-a仿真 16-b结果图 16精铣仿真及结果3.2铣削验证经仿真验证，刀路正确合理，无干涉情况发生。最后，将 G 代码导入型号为Mikron UCP800Duro的五轴机床加工出叶轮试样，见图 17。图 17叶轮试样4结论本文通过对某型叶轮零件三维造型与五轴加工方法研究，不仅为叶轮建模提供了新思路，而且验证了在VERICUT软件中的仿真模拟后，可避免实际加工中出现碰撞而损坏机床以及刀具的情况，为工厂降低风险和成本，提高竞争力提供了技术保障。参考文献：1刘雄伟,张定华,王增强,等.数控加工
16、理论与编程技术M.北京:机械工业出版社,20002马骊溟.五轴数控加工中干涉检测的研究D.西安:西北工业大学,20013高奎强,刘一波.基于 UG 典型零件五轴铣削加工的研究J.机械工程与自动化,2018(3):196-197.4陈子银.UG 软件在叶片五轴铣削加工中的应用J.CAD/CAM 与制造业信息化,2009(8):83-85.5佛新岗.基于 UG 和 VERICUT 的机床建模与数控加工J.工具技术,2021,55(6):86-89.6曹旺萍.UG NX 叶轮多轴数控编程与仿真J.湖北农机化,2020(15):135-136.7祝日东,李小龙.基于 VERICUT 的零件数控加工仿真研究J.机电工程技术,2019,48(12):92-94.（责任编辑王璐）技 术 创新Technological Innovation-117-
