在使用UG葉輪加工模塊對葉輪進行編程加工過程中，發現葉輪葉片頂面邊界出現非設計倒角的情況。本文就該問題進行了討論，分析造成該現象的可能原因，并提出了幾種解決方法。
1. 問題的發現
我公司需要加工一批鈦合金葉輪，在對葉輪進行編程時，使用了UG的葉輪加工模塊，并用仿真軟件進行仿真，仿真過程中沒有出現過切報警。但為了保證加工質量，先用鋁合金進行試切，對程序進行驗證。在對第一個葉片進行精加工時，發現葉片頂面出現較明顯的倒角，如圖1所示。但三維模型上并沒有倒角，如圖2所示，說明加工過程中出現了過切。加工出的零件與模型不符，需要對該問題進行分析和解決。
圖1 葉片頂部出現過切倒角
圖2 模型中葉片頂部沒有倒角
2. 問題分析
首先對如圖3所示的葉片精加工刀路進行分析，經仔細觀察發現使用葉輪模塊生成的刀路在葉片頂部附近存在一些刀路，如圖4所示，可以肯定其與倒角的產生有關。但在仿真時又沒有出現過切提示，通過對葉輪圖樣的分析，發現i可能是因為圖5中過渡毛坯的葉輪包覆面是正公差，也就是葉輪毛坯包覆面比葉輪模型大一些，所以仿真時沒有出現過切，但實際加工時卻過切了。
圖3 葉片精加工刀軌
圖4 葉片頂面刀軌
圖5 過渡毛坯
對比之前加工完成#葉輪試驗件，發現其葉片頂部并未出現非設計的倒角。之前加工葉輪葉片的刀路是用UG中“可變輪廓銑”功能生成的，刀路如圖6所示。對比兩種刀路，可以明顯觀察到使用可變輪廓銑生成的刀路中并沒有葉片頂部多余的刀軌，這是之前加工的葉輪葉片頂面沒有倒角的一個原因。另一個原因是之前加工所使用的過渡毛坯的葉輪包覆面負公差，因此不會出現過切而造成的倒角。即使之前加工的過渡毛坯中也存在有正公差的情況，使用可變輪廓銑生成的刀路加工葉片可能會使葉片頂部極小的一部分區域未加工到位，但是并不會出現倒角。
圖6 可變輪廓銑刀路
綜合以上的分析，葉片頂部非設計倒角的出現應該是葉片頂部出現“多余r刀軌以及過渡毛坯葉輪包覆面呈正公差兩個因素共同作用造成的。
3. 問題解決方案
根據圖樣要求，葉輪包覆面呈正公差是在公差允許范圍內，因此車削后的葉輪過渡毛坯是合格的，不能更改毛坯，只能通過編程解決問題。如上文所述使用多軸模塊可以避免加工倒角，但編程工作量較大?，F在著重考慮如何合理的設置葉輪加工模塊，生成符合要求的加工程序。
由于葉片頂面倒角的出現與最上層刀路有關，因此首先考慮如何去除最上層刀路。調整刀路設置，去掉最上層刀路，可以避免倒角的出現。如圖7所示，可以在“刀軌設置”→“切削層”中設置“起始%”，當設置“起始%”為5、其他設置不變時，生成的刀軌如圖8所示。從圖中可以觀察到，葉片頂部附近的刀軌被消除掉，理論上可以避免頂部倒角的形成。然而這種方法在實際應用中可能會遇到問題，即如何合理的設置“起始%”，數值設置的過小可能達不到消除倒角的目的，設置的過大會使葉片頂部部分區域無法被加工到。
圖7 設置切削“起始%”
圖8 設置“起始%”為5后生成的刀軌
此外，需要考慮對葉輪模型進行更改，使其與車削后的毛坯一致。但其包覆面尺寸難以準確測量，經分析可以將葉輪模型的包覆面做大，相當于將葉片向包覆面延伸，葉片延伸尺寸不能過大，如果過大會降低生產效率，但也不能過小，過小仍會出現過切的倒角，應該按照圖樣的最大公差延伸，為考慮定位等其他因素的影響應再增加0.5mm。延伸效果如圖9所示。
圖9 延伸葉片高度
根據以上分析，對葉輪模型及刀路參數進行的更改，重新用葉輪模塊生成葉片精加工程序，進行仿真，并加工其余葉片，如圖10所示，沒有出現倒角。
圖10 葉片頂面未出現倒角
4. 結語
本文對加工葉輪使用UG葉輪模塊進行編程出現的問題進行分析，并提出了解決方案，證實了葉輪加工模塊可以高效地生成葉輪加工程序，但要注意在使用葉輪加工模塊生成刀路時，需根據實際情況對三維模型和刀路參數等進行修正，方可生成理想的刀路。此次問題的發現和解決從另一方面體現出了在使用新方法加工新產品前進行試加工謀匾性，通過試驗件的加工，可以及時地發現各種問題，針對問題進行調試改進，最大程度地避免在正式加工過程中出現類似問題而造成的經濟損失。
參考文獻：
[1] 邢濟收，王宏志，楊慶東. 整體葉輪五軸數控加工的研究[J]. 機械設計與制造，2013（8）：155-157.
