錐型短軸是法國(guó)SNECMA公司出品的CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)上低壓渦輪部分的重要零件。該零件的主要特點(diǎn)是：零件幾何形狀較為復(fù)雜、材料加工性能差（變形高溫合金）、加工精度要求高（曲面表面輪廓度為±0.075）等特點(diǎn)。整個(gè)零件壁厚最小處僅2.33mm，整個(gè)零件高550mm。
零件在整個(gè)工藝安排、機(jī)械加工中都有較大難度。整個(gè)零件輪廓復(fù)雜（見(jiàn)圖1），采用人工計(jì)算控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)控編程難度較大。為順利完成法方的轉(zhuǎn)包生產(chǎn)任務(wù)，我們引進(jìn)了美國(guó)EDS公司的UGII CAD/CAM軟件，利用現(xiàn)代化的CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行零件的數(shù)控程序編制工作，并進(jìn)行了該零件的數(shù)控試加工，成功地完成了試制任務(wù)。
基于如下理由我們選用UG V13.0軟件作為這次試制的軟件平臺(tái)：
CAD/CAM功能強(qiáng)大，能夠進(jìn)行5軸及車(chē)削加工；
CAD/CAM能夠無(wú)縫集成；
通用性較好；
CAM加工策略較多，能較好地滿足加工需要；
加工算法穩(wěn)定。
1 零件工藝分析
該零件材料是NC19FeNb變形高溫合金。材料切削性能較差，具體表現(xiàn)為：切削時(shí)該材料硬度較高、切削變形大、加工硬化傾向大、切削力大、切削溫度高、刀具易磨損、表面質(zhì)量和精度不易保證。該材料已加工表面硬度可達(dá)基體的200～500倍；切削力比一般鋼材增加約2～3倍，如果45號(hào)鋼的切削加工性為1的話，高溫合金的切削性能僅在0.5～0.2之間。由于零件壁薄，在安排走刀軌跡時(shí)應(yīng)該考慮到由于切削力大、切削變形大等特點(diǎn)使得零件產(chǎn)生變形的情況，合理安排走刀軌跡和切削參數(shù)，保證零件尺寸精度和表面質(zhì)量要求。
在工藝安排上，由于零件本身設(shè)計(jì)要求不允許磨削加工，所以只能進(jìn)行車(chē)削加工。外圓40處、內(nèi)腔24處花邊及全部花邊上0.7的倒角、全部孔系由加工中心完成。全部車(chē)削加工分為粗、精車(chē)兩部分。粗車(chē)在程序編制時(shí)應(yīng)考慮到毛料余量的不均勻性，在毛料余量不均勻較為嚴(yán)重的部位，要進(jìn)行人工空程，節(jié)省加工時(shí)間。同時(shí)由于切削時(shí)零件表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的釋放及零件材料本身易變形的特點(diǎn)，在粗加工去余量完成后，要進(jìn)行一段時(shí)間的自然時(shí)效，以釋放零件表面的殘余應(yīng)力，避免精加工完成后表面應(yīng)力釋放造成零件嚴(yán)重變形報(bào)廢。
由于零件材料加工硬化較嚴(yán)重，硬度較高，刀具材料我們主要使用陶瓷刀具和硬質(zhì)合金刀具。刀具以SANTAVIK的刀具為主。
2 建立數(shù)學(xué)模型
要點(diǎn)及難點(diǎn)：以加工出來(lái)合格的零件為最終目標(biāo)，在滿足零件設(shè)計(jì)要求的前提下，根據(jù)CAM的要求建立合理的CAD數(shù)學(xué)模型。
CAD工作的關(guān)鍵在于要建立既滿足設(shè)計(jì)要求，又方便CAM編程的零件模型。
該零件在工藝安排上首先要進(jìn)行四道車(chē)工工序，然后外圈和內(nèi)徑要進(jìn)行銑花邊工序，如果直接按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行建模，外圈和內(nèi)徑上的花邊、孔系將干擾車(chē)削模塊的正常工作，導(dǎo)致選不中所需要的加工邊界。因此，本著建模為加工服務(wù)的宗旨，零件模型不能直接根據(jù)設(shè)計(jì)圖所給尺寸進(jìn)行建模。而應(yīng)在車(chē)工工序完成后，總高度上還留有兩毫米余量以便于銑花邊工序的加工。同時(shí)，由于數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行的車(chē)削工序并不牽涉孔系等幾何特征，因此在建模時(shí)應(yīng)排除孔系，僅對(duì)車(chē)削所需的邊界進(jìn)行建模。法國(guó)SNECMA公司提供的設(shè)計(jì)圖紙上對(duì)于曲線部分只給出了部分離散點(diǎn)，首先要在modeling中選中toolbox下的curve菜單，然后選中spline圖標(biāo)，選中through points(通過(guò)點(diǎn))下的points from file項(xiàng)建立非均勻有理B樣條曲線，在建立數(shù)學(xué)模型的時(shí)候要對(duì)根據(jù)離散點(diǎn)構(gòu)造的B樣條曲線進(jìn)行光順，以滿足設(shè)計(jì)要求。在排除花邊、孔系等幾何特征后，該零件可看作是回轉(zhuǎn)體零件，但形狀較為復(fù)雜。由于該零件是回轉(zhuǎn)體零件，僅需做出一根母線回轉(zhuǎn)360°即可將零件外形做出，因此整個(gè)零件用UG的SKETCH（草圖）功能處理較為有利。在SKETCH中將所有的尺寸和幾何約束定義好，然后到modeling里選body of revolution圖標(biāo)將剛才構(gòu)造的零件SKETCH曲線旋轉(zhuǎn)360°形成實(shí)體。
3 CAM加工
根據(jù)工藝分析得出的結(jié)論，開(kāi)始進(jìn)行加工車(chē)削程序的編制。在10、15工序粗車(chē)中，由于毛料不均勻，應(yīng)首先對(duì)毛料較厚的部位進(jìn)行處理，使毛料余量基本保持一致。否則，不是空走刀浪費(fèi)大部分加工時(shí)間，就是切削深度太深導(dǎo)致刀具打刀。在具體操作時(shí)我們是這樣處理的：
首先不考慮這一問(wèn)題，先做其他部分的走刀軌跡。在做軌跡時(shí)應(yīng)注意到由于零件材料的切削性能不好的特點(diǎn)，刀具軌跡不能從頭一刀切到尾，否則刀具磨損嚴(yán)重，根本無(wú)法加工。同時(shí)，在尖角部分應(yīng)將零件邊界適當(dāng)延長(zhǎng)，以便將切削產(chǎn)生的飛邊切除。全部幾何尺寸車(chē)到僅留1mm余量。在留有1mm stock的時(shí)候，零件表面的最小曲率半徑會(huì)產(chǎn)生變化，刀具直徑的選擇應(yīng)注意這一變化的存在，合理選擇刀具直徑，避免由于刀具直徑比最小曲率半徑大而造成的局部余量大給后續(xù)加工帶來(lái)的負(fù)面影響。同時(shí)應(yīng)注意的是：UG中engage/retract的默認(rèn)值是自動(dòng)圓弧進(jìn)、退刀（auto circ），在一般情況下，采用該值是比較合理的，它可以使進(jìn)、退刀點(diǎn)重合消除接刀臺(tái)，并避免刀具扎刀。但是，采用什么進(jìn)、退刀方式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以選擇，在本零件中如果一味采用默認(rèn)值，將造成刀具打刀。
然后，將相應(yīng)加工軌跡改名拷貝一份。編輯該軌跡，在STOCK中將STOCK值設(shè)為切削時(shí)在所選邊界上都能吃刀的一個(gè)值。然后將切削刀數(shù)(number of pass)給定，應(yīng)確保第一刀吃刀且切削深度合理。然后選擇part geometry中的edit項(xiàng)下的edit項(xiàng)，將邊界start點(diǎn)和end點(diǎn)進(jìn)行按比例的或按長(zhǎng)度的拉伸或裁剪。以便將加工范圍局限在毛料較厚的部位。正面粗車(chē)進(jìn)行完畢后，進(jìn)行反面的粗車(chē)。在粗加工完成后，由于零件壁薄和零件材料易變形及粗車(chē)產(chǎn)生的表面應(yīng)力等多重因素的影響，零件變形較嚴(yán)重。因此要在精車(chē)進(jìn)行之前，進(jìn)行約兩周的自然時(shí)效，使表面應(yīng)力盡可能地釋放，避免零件在后續(xù)加工中產(chǎn)生較大的變形。在自然時(shí)效后，可以進(jìn)行零件的半精、精加工。由于零件的最小壁厚僅2.33mm，因此在重要部位要進(jìn)行半精車(chē)，留0.2mm的余量給精車(chē)即可（即在stock中輸入0.2）。
在精加工的時(shí)候要注意的是：根據(jù)零件設(shè)計(jì)圖的要求，零件接刀痕不允許存在于曲面上，僅允許在曲面的根部R轉(zhuǎn)接的部位存在。因此在設(shè)計(jì)刀具加工軌跡的時(shí)候，就不能向粗車(chē)工序一樣，接刀痕在哪里都無(wú)關(guān)緊要。
在精車(chē)工序中，接刀痕必須留在R轉(zhuǎn)接處。換句話說(shuō)，也就是如果上、下曲面不是一刀加工出來(lái)的，那么上、下曲面的分界處應(yīng)選擇在曲面根部R轉(zhuǎn)接處。全部刀具軌跡做完以后，通過(guò)manufacturing下的export輸出刀位源文件*.cls(實(shí)際是ASCII的APT語(yǔ)言源程序)，然后在toolbox中選擇clsf，指定刀位源文件，選擇select all菜單，再選擇postprocess菜單，在MDF name下輸入已做好的機(jī)床后處理文件名，并選擇postprocess菜單即可得到所需的G代碼文件（在UG中文件后綴為*.ptp）
4 銑花邊
在零件四道車(chē)削工序進(jìn)行完畢后，進(jìn)行銑花邊工序。根據(jù)設(shè)計(jì)圖要求，構(gòu)造出CAM所需的三維造型。選用UG的planar-mill模塊進(jìn)行加工。在選擇刀具時(shí)應(yīng)注意：先用info中的minimun radius確定零件的最小曲率半徑，然后再選刀，要保證刀具直徑小于最小曲率半徑。否則，UG為避免過(guò)切將自動(dòng)讓刀，會(huì)使零件加工完成后仍有未切區(qū)域。同時(shí)為保證沒(méi)有接刀痕，進(jìn)、退刀盡量選用自動(dòng)圓弧進(jìn)、退刀。為保證精度要求，本工序可在精度較高的兩軸半或三軸機(jī)床上進(jìn)行。切削效果見(jiàn)圖4。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)錐型短軸的試加工，我們已初步掌握了UG的車(chē)床模塊的操作，并有一些體會(huì)。首先，CAM 所需的數(shù)學(xué)模型并不一定要按設(shè)計(jì)圖一模一樣地進(jìn)行CAD造型，而要在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能地方便CAM加工需要。比方說(shuō)，作凸輪就沒(méi)有必要非要將定義好的邊界拉伸成實(shí)體，再進(jìn)行CAM加工，實(shí)際上只要有一根邊界線就已足夠。CAD造型要根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行，不能刻板的工作。以上介紹的各工序加工情況已充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。其次，UG中的默認(rèn)值在一般情況下是比較好的。但是否采用，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定。本零件的加工就已充分體現(xiàn)出了這一點(diǎn)。第三，能夠編制出零件加工程序并不意味著能夠加工出合格的產(chǎn)品。走刀軌跡怎樣安排，要和實(shí)際情況緊密聯(lián)系起來(lái)。根據(jù)機(jī)床、刀具、夾具、零件材料的切削性能、零件結(jié)構(gòu)等因素確定合理的工藝路線和切削參數(shù)。由于我們從事CAD/CAM工作時(shí)間較短，經(jīng)驗(yàn)還不夠．
