摘要：本文研究了UGNX7.0軟件多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，詳細(xì)介紹了風(fēng)扇輪加工的全過程以及加工過程中的注意事項(xiàng)，為同類產(chǎn)品的多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路和方法。
關(guān)鍵詞：NX7.0；風(fēng)扇輪；多軸加工
0引言
　　整體式風(fēng)扇輪加工技術(shù)一直是制造業(yè)中的一個(gè)重要課題，采用數(shù)控多軸加工是目前國內(nèi)外廣泛采用的整體式風(fēng)扇輪加工方法。整體式風(fēng)扇輪的加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：1）整體式風(fēng)扇輪形狀復(fù)雜，其葉片多為非可展扭曲直紋面；2）相鄰葉片的空間較小，加工時(shí)除了刀具與被加工葉片之間發(fā)生干涉外，還容易與相鄰葉片發(fā)生干涉；3）刀位規(guī)劃時(shí)的約束條件多，自動(dòng)生成無干涉刀位軌跡較困難。
　　UGSNX7（國內(nèi)簡稱UG，原名：Unigraphics）是一個(gè)由西門子UGSPLM軟件開發(fā)，集CAD/CAE/CAM于一體的產(chǎn)品生命周期管理軟件。由于其強(qiáng)大的數(shù)控編程功能，使其在國內(nèi)數(shù)控編程軟件中占據(jù)主導(dǎo)地位。其CAM模塊中的PlanarMilling、CavityMilling、FixedAxisMilling、VariableAxisMilling、SequentialMilling和PointtoPoint等加工操作為數(shù)控銑削加工編程提供了良好的解決方案。特別其靈活、方便的刀路驅(qū)動(dòng)方法和刀軸控制方法使得多軸加工編程變得容易。本文在研究了UGSNX7軟件和多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)基礎(chǔ)上完成了風(fēng)扇輪多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)。
1多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)
　　多軸加工過程是程序通過控制刀具軸矢量在空間位置的不斷變化或使刀具軸的矢量與機(jī)床原始坐標(biāo)系構(gòu)成空間某個(gè)角度，利用銑刀的側(cè)刃或底刃切削加工來完成。在UGSNX7中通過控制刀軸矢量、驅(qū)動(dòng)幾何體、投影方向和加工面來完成多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)。
1.1控制刀軸矢量方式
　　在UGSNX7中提供了18種控制刀軸的方式，分別是：“遠(yuǎn)離點(diǎn)”、“朝向點(diǎn)”、“遠(yuǎn)離直線”、“朝向直線”、“相對(duì)于矢量”、“垂直于部件”、“相對(duì)于部件”、“4軸，垂直于部件”、“4軸，相對(duì)于部件”、“雙4軸在部件上”、“插補(bǔ)”、“優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)”、“垂直于驅(qū)動(dòng)體”、“側(cè)刃驅(qū)動(dòng)體”、“相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體”、“4軸，垂直于驅(qū)動(dòng)體”、“4軸，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體主”和“雙4軸在驅(qū)動(dòng)體”。這些方式靈活運(yùn)用能夠很好的提高加工質(zhì)量、避免過切和減小刀具的伸長量。
1.2驅(qū)動(dòng)方式
　　驅(qū)動(dòng)方式包含了“曲線/點(diǎn)”、“螺旋式”、“邊界”、“曲面”、“流線”、“刀軌”、“徑向切削”、“外形輪廓加工”和“用戶自定”等方式，這些方式合理選擇對(duì)于生成合理刀路至關(guān)重要。
1.3投影方向
　　投影方向是指由驅(qū)動(dòng)方式生成的驅(qū)動(dòng)刀具路徑如何投影到切削面的矢量，對(duì)于最終刀具路徑生成影響重大。包含有：“指定矢量”、“刀軸”、“遠(yuǎn)離點(diǎn)”、“朝向點(diǎn)”、“遠(yuǎn)離直線”、“朝向直線”、“垂直于驅(qū)動(dòng)體”、“朝向驅(qū)動(dòng)體”和“側(cè)刃劃線”共9種。
1.4加工曲面的材料側(cè)
　　加工曲面的材料側(cè)是指向材料被去除的方向矢量。
2風(fēng)扇輪多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)
　　根據(jù)風(fēng)扇輪的形狀，選擇圓柱體棒料為毛坯，并設(shè)置加工坐標(biāo)系原點(diǎn)在零件的最高處的軸線上，見圖1。對(duì)于葉片的精加工，其策略為先對(duì)單一葉片加工刀路設(shè)計(jì)，然后通過變換復(fù)制完在整個(gè)風(fēng)扇輪葉片精加工刀路設(shè)計(jì)。


2.1風(fēng)扇輪整體粗加工
　　粗加工是以快速切除毛坯余量為目的，考慮的重點(diǎn)是加工效率，遵行“大刀開粗，小刀清角”原則，粗加工分別選用Φ12和Φ6的立銑刀，切削深度分別為0.8mm和0.5mm。使用CavityMill加工操作，選擇“跟隨周邊”的切削方式，和“深度優(yōu)先”的切削順序，設(shè)置部件側(cè)面與底面留余量為0.3mm。其刀具路徑見圖2～3。


2.2葉片頂面精加工
　　對(duì)于葉片頂面的精加工可以采用三軸加工完成，但是考慮加工質(zhì)量和刀長，選擇VeriableCoutour加工操作。使用Φ5R2.5的球刀，選擇整個(gè)風(fēng)扇輪為部件，葉片頂面曲面為切削區(qū)域，設(shè)置驅(qū)動(dòng)方式選擇“流線”，步距數(shù)為20，切削模式為“往復(fù)”，投影矢量為“朝向點(diǎn)”，即朝向葉片頂面所在球面的球心點(diǎn)，刀軸為“垂直于部件”，然后設(shè)置好“非切削”選項(xiàng)中的進(jìn)退刀方式，完成刀路見圖4。再對(duì)圖4所示刀路復(fù)制操作，完成整個(gè)葉片頂面精加工刀路見圖5。


2.3葉片側(cè)面精加工
　　為了讓葉片側(cè)面精加工刀路更合理，需要對(duì)風(fēng)扇輪零件進(jìn)行編輯處理并做輔助曲面；先復(fù)制一份風(fēng)扇輪實(shí)體，通過直接建模功能刪去某一葉片有頂面圓角，再通過抽取曲面、擴(kuò)大曲面、修剪片體、曲線橋接和通過曲線網(wǎng)格等命令完成見圖6輔助加工曲面的創(chuàng)建。
　　創(chuàng)建VeriableCoutour加工操作，并使用Φ5R2.5的球刀，選擇圖6所示曲面為部件，設(shè)置驅(qū)動(dòng)方式選擇“流線”，步距數(shù)為30，切削模式為“往復(fù)”，投影矢量為“朝向驅(qū)動(dòng)體”，刀軸為“側(cè)刃驅(qū)動(dòng)體”，然后設(shè)置好“非切削”選項(xiàng)中的進(jìn)退刀方式，完成刀路見圖7。完成復(fù)制后的整個(gè)刀路見圖8。


2.4葉片清根加工
　　葉片清角加工前先復(fù)制風(fēng)扇輪實(shí)體，刪去其根部圓角特征后構(gòu)建加工驅(qū)動(dòng)用輔助面，完成后見圖9。選用Φ8R4的球刀進(jìn)行成形銑清角加工。創(chuàng)建VeriableCoutour加工操作，選擇底面平面為指定切削曲面，設(shè)置驅(qū)動(dòng)方式選擇“曲面”，并設(shè)置好驅(qū)動(dòng)體切削區(qū)域和切削方向，步距數(shù)為0，切削模式為“往復(fù)”，投影矢量為“指定矢量”，選擇沿Z軸投影，刀軸為“側(cè)刃驅(qū)動(dòng)體”，然后設(shè)置好“非切削”選項(xiàng)中的進(jìn)退刀方式，完成刀路見圖10。完成復(fù)制后的整個(gè)刀路見圖11。


2.5其余部分精加工
　　剩下的底面、葉片豎起側(cè)面、三個(gè)槽的頂面圓角和側(cè)面可分別使用面銑操作、等高操作和固定軸面面輪廓銑操作三軸加工操作完成刀路設(shè)計(jì)，在此不做贅述，其刀路圖見圖12和圖13。


3結(jié)論
　　本文完成了風(fēng)扇輪加工的刀路軌跡設(shè)計(jì)，其方法合理可靠，可為同類產(chǎn)品的多軸加工刀路軌跡設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路和方法。
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　　杭州三獅水泥有限公司的窯尾通風(fēng)機(jī)電機(jī)為6kV供電的三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為400kW。原生產(chǎn)過程中，根據(jù)窯內(nèi)加料多少及窯身轉(zhuǎn)速，通過調(diào)整風(fēng)門擋板開度對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，保證窯頭爐內(nèi)溫度控制在900℃左右。由于通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)裕度較大，正常生產(chǎn)過程中，風(fēng)門擋板開度在40%左右，風(fēng)門檔板兩側(cè)風(fēng)壓差較大，造成較大的節(jié)流損失。
　　
　　該窯尾通風(fēng)機(jī)為6kV的高壓電機(jī)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下
　　
　　負(fù)載：離心式風(fēng)機(jī) 工作電壓：6kV 額定功率：400kW
　　
　　平均工作電流：26A 功率因數(shù)：0.84 平均擋板開度：40%
　　
　　我公司對(duì)該通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，采用我公司自行研發(fā)的SH-HVF-Y6K-600型高壓變頻器，現(xiàn)運(yùn)行方式為風(fēng)門擋板全開，通過變頻來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)整通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的。
　　
　　本次變頻改造前后，我們對(duì)相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析如下。
　　
　　改造前，由雙方確定的電動(dòng)機(jī)年平均功耗為188kW，此數(shù)據(jù)為2003年的全年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出的平均值。
　　
　　改造后數(shù)據(jù)記錄
　　

　　
　　換新表后 (數(shù)字式) 此記錄過程窯基本為滿負(fù)荷狀態(tài)
　　

　　

　　從上述改造前后計(jì)算的數(shù)據(jù)可知，改造后比改造前的功耗可下降達(dá)100kW（參照改前平均值188kW為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算），則：
　　
　　日節(jié)電量為 100kW*24小時(shí)=2400度
　　
　　年節(jié)電量為： 2400*330=792,000度
　　
　　按每度電0.5元，則年節(jié)能效益為 792000*05=39.6萬元
　　
　　節(jié)電率為： 100/188=53%
　　
　　現(xiàn)將改造前后風(fēng)機(jī)性能對(duì)比列表如下：
　　

　　

　　本變頻器還同時(shí)設(shè)計(jì)有工頻旁路回路，以避免萬一變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可將電動(dòng)機(jī)直接切至原工頻供電回路，以保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不影響回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在改造時(shí)，保留了用戶原有的電機(jī)定子降壓起動(dòng)電抗器，以保證電機(jī)工頻時(shí)能正常啟動(dòng)。
　　
　　變頻調(diào)速器于2004年8月29日投入生產(chǎn)使用，回轉(zhuǎn)窯正常生產(chǎn)時(shí)，通風(fēng)機(jī)電機(jī)平均電流由原來的26A，下降到9A，電源頻率由工頻50Hz變?yōu)?0Hz左右，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。
　　
　　從變頻調(diào)速器的使用情況來看，具有以下的優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　(1) 安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻器，對(duì)原有接線改動(dòng)不大。
　　
　　(2) 操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整。
　　
　　(3) 能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng)。
　　
　　(4) 保護(hù)功能完善，故障率低，通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，可靠性高。
　　
　　(5) 節(jié)電效果顯著。
　　
　　(6) 由于電動(dòng)閥門的動(dòng)作次數(shù)大大減少，減少了工程的設(shè)備故障。
　　
　　(7) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
　　
　　交流變頻調(diào)速器，以適用性強(qiáng)、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動(dòng)方面，對(duì)企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。由于杭州三獅水泥有限公司的高壓變頻器調(diào)速節(jié)能改造非常成功，其節(jié)能明顯，且同時(shí)提高了整個(gè)工程的工藝性能，得到用戶的好評(píng)，并在當(dāng)?shù)厮�泥行業(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。現(xiàn)我公司已分別同該工程中的浙江紹興三獅水泥公司、浙江上峰水泥廠簽訂了10kV變頻改造項(xiàng)目各一套，隨著變頻改造的成功推廣，水泥行業(yè)會(huì)有更多的用戶認(rèn)可并接受變頻節(jié)能改造。
　　

廠房降溫風(fēng)機(jī)
降溫設(shè)備
負(fù)壓風(fēng)機(jī)外框

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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