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生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)基于UGS NX7的風(fēng)扇輪加工刀路軌跡設(shè)計(jì)湖北三環(huán)高壓

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(guò)程以及加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)，為同類(lèi)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(guó)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(wú)干涉刀位軌跡較困難。
　　UGSNX7（國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱(chēng)UG，原名：Unigraphics）是一個(gè)由西門(mén)子UGSPLM軟件開(kāi)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(guó)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(guò)程是程序通過(guò)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(lái)完成。在UGSNX7中通過(guò)控制刀軸矢量、驅(qū)動(dòng)幾何體、投影方向和加工面來(lái)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(xiàn)”、“朝向直線(xiàn)”、“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(guò)切和減小刀具的伸長(zhǎng)量。
1.2驅(qū)動(dòng)方式
　　驅(qū)動(dòng)方式包含了“曲線(xiàn)/點(diǎn)”、“螺旋式”、“邊界”、“曲面”、“流線(xiàn)”、“刀軌”、“徑向切削”、“外形輪廓加工”和“用戶(hù)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(xiàn)”、“朝向直線(xiàn)”、“垂直于驅(qū)動(dòng)體”、“朝向驅(qū)動(dòng)體”和“側(cè)刃劃線(xiàn)”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(xiàn)上，見(jiàn)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(guò)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(kāi)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(jiàn)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(zhǎng)，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(xiàn)”，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(jiàn)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(jiàn)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(guò)直接建模功能刪去某一葉片有頂面圓角，再通過(guò)抽取曲面、擴(kuò)大曲面、修剪片體、曲線(xiàn)橋接和通過(guò)曲線(xiàn)網(wǎng)格等命令完成見(jiàn)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(xiàn)”，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(jiàn)圖7。完成復(fù)制后的整個(gè)刀路見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)圖10。完成復(fù)制后的整個(gè)刀路見(jiàn)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(jiàn)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(lèi)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。
參考文獻(xiàn)
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[4]陳德存.基于UGNX6.0的整體葉輪多軸加工技術(shù)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2011（1）：50-52，65.

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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(guò)程中，根據(jù)窯內(nèi)加料多少及窯身轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)整風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)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(guò)程中，風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度在40%左右，風(fēng)門(mén)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(kāi)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(mén)擋板全開(kāi)，通過(guò)變頻來(lái)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(guò)程窯基本為滿(mǎn)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(wàn)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(wàn)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(hù)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(lái)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(lái)看，具有以下的優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　(1) 安裝簡(jiǎn)單，即將原高壓開(kāi)關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻器，對(duì)原有接線(xiàn)改動(dòng)不大。
　　
　　(2) 操作使用方便，變頻器操作只有簡(jiǎn)單的開(kāi)機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整。
　　
　　(3) 能進(jìn)行無(wú)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(mén)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(hù)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(hù)的好評(píng)，并在當(dāng)?shù)厮嘈袠I(yè)中產(chǎn)生了很大的影響�，F(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(chǎng)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(hù)認(rèn)可并接受變頻節(jié)能改造。
　　




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