基于UG的航空发动机叶盘的五轴高速切削CAD/CAM(3)
在工业生产中，常常遇到一些复杂型面的零件，例如压缩机叶轮，模具，飞机机身，汽车车身等。他们的型面不能用明确的数学表达式加以表示，在设计时往往只能在图纸上给出一些离散信息，如点位，切矢，二阶导矢等等，这类型面被称为自由曲面。自由曲面的传统设计方法是依靠手工几何作图，而对于自由曲面的加工则主要依靠手工休锉或电脉冲加工来完成。为了在制造过程中进行检测，还需要制作大量的型线板，这样自由曲面的设计和制造周期长，材料消耗大，对人工技术要求也很高，而且加工精度低，重复精度差，生产成本还很高。
1.1.2 课题意义
航空发动机叶盘是航空发动机中一个非常重要的部件，由于其材料具有相当大的强度和韧性，热传导率很低，切削时容易和刀具发生粘连，且产生严重的加工硬化，是典型的难加工材料；这样不仅降低了切削效率，而且使刀具寿命降低，加工难度增大。加上涡轮叶盘型面复杂，精度高，这就更加增大了加工难度。
目前，多数计算机辅助加工系统（CAM）常用点铣方式加工该类零件型面，不仅加工效率低，而且加工表面的一致性差，表面硬化严重，表面质量下降，同时表现为刀具磨损过快。因此，研究高效的数控加工方法具有重要意义。本课题以航空发动机叶盘为对象，研究在满足其加工要求、机床正常运行和刀具具有一定使用寿命的前提下，使该零件的数控加工方案尽可能提高加工效率，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制是研究重点。
图1-1 航空发动机叶盘
在叶盘的编程方面，叶轮五坐标加工专用软件主要有美国NREC公司的MAX-5，MAXA-B叶轮加工专用软件，瑞士STARRAG数控机床所带的叶轮加工模块，还有HYPERMILL等专用的叶轮加工软件。此外，一些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E等也可用于叶轮的加工。目前，国内大多数生产叶轮的厂家，多采用国外引进的CAD/CAM软件，如EUCLID、IDEAS、UG等。利用这些软件，在输入叶轮有关参数时，可以生产要加工的叶轮的数控加工程序。
目前大部分模具加工厂使用三轴加工机床进行模具加工，而后需要大量的人工进行钳工修整工作，从降低人工成本出发，势必要以自动化机器取代人力，才能提高模具加工业的竞争力。模具加工业采用五轴加工机床，能够大幅度提高模具加工效率，正成为新的发展趋势。
五轴数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部机械加工工序，满足从粗加工到精加工的全部加工要求，即适用于单件小批量生产也适用于大批量生产，减少了加工时间和生产费用，提高了数控设备的生产能力和经济性。
高速加工的概念也在不断变化，一般而言，高速铣削除了具有高速的切削速度和主轴转速外，还应具有快高的进给速度，稳定的精度保持性，精密的定位和重复定位精度。从而得到良好的表面质量，精准的几何精度和高效的加工效率。高速铣削应用要求的不仅是切削的速度，而且还在于使用的工艺。这个工艺与传统切削要求有显著区别，高速铣削涉及到CNC机床、刀柄刀具、冷却系统及CAM数控编程等诸多因素。高速加工机床为了适应高速加工时主轴转速高，进给速度快，机床运动部件加速度高等要求，在主轴单元、进给系统、CNC系统和机械系统等方面比普通数控机床具有更高的要求。
因此本次设计选择五轴机床配合UG的CAM功能，可以进一步提高自身对于先进制造技术的了解。
1.2 五轴数控加工技术介绍
1.2.1 五轴技术综述
随着 CAD/CAM 技术的发展以及产品性能上的要求，产品的几何设计越来越复杂，尤其是航空、航天、模具以及流体机械相关的重要零部件。例如离心压气机叶轮常常以扭曲直纹面来构造叶片曲面，其曲率变化大，曲面加工精度要求又高，而叶片与叶片之间重叠部分相当多，无法利用三轴来进行加工，必须利用五轴数控加工。五轴 CNC 机床的加工对象往往是一些具有复杂型面的零件，这类零件的加工要求刀具矢量方向与加工面方向一致，这样数控机床除了平动坐标轴以外还应有旋转运动坐标轴。与三轴加工相比较，五轴数控加工有其自身的特点：明显地提高了加工效率、改善了加工表面质量与精度、加工对象广泛等等。但与此同时，五轴数控机床在加工时的实际运动情况比三轴加工要复杂得多。因此，近年来许多学者和工程技术人员集中在五轴加工的刀具路径自动生成方面进行了大量地研究。