0 前 言

    锥型短轴是法国SNECMA公司出品的CFM-56发动机上低压涡轮部分的重要零件。该零件的主要特点是：零件几何形状较为复杂、材料加工性能差（变形高温合金）、加工精度要求高（曲面表面轮廓度为±0.075）等特点。整个零件壁厚最小处仅2.33mm，整个零件高550mm。

    零件在整个工艺安排、机械加工中都有较大难度。整个零件轮廓复杂（见图1），采用人工计算控制点进行数控编程难度较大。为顺利完成法方的转包生产任务，我们引进了美国EDS公司的UGII CAD/CAM软件，利用现代化的CAD/CAM技术进行零件的数控程序编制工作，并进行了该零件的数控试加工，成功地完成了试制任务。

    基于如下理由我们选用UG V13.0软件作为这次试制的软件平台：

    CAD/CAM功能强大，能够进行5轴及车削加工；

    CAD/CAM能够无缝集成；

    通用性较好；

    CAM加工策略较多，能较好地满足加工需要；

    加工算法稳定。

    1 零件工艺分析

    该零件材料是NC19FeNb变形高温合金。材料切削性能较差，具体表现为：切削时该材料硬度较高、切削变形大、加工硬化倾向大、切削力大、切削温度高、刀具易磨损、表面质量和精度不易保证。该材料已加工表面硬度可达基体的200～500倍；切削力比一般钢材增加约2～3倍，如果45号钢的切削加工性为1的话，高温合金的切削性能仅在0.5～0.2之间。由于零件壁薄，在安排走刀轨迹时应该考虑到由于切削力大、切削变形大等特点使得零件产生变形的情况，合理安排走刀轨迹和切削参数，保证零件尺寸精度和表面质量要求。

    在工艺安排上，由于零件本身设计要求不允许磨削加工，所以只能进行车削加工。外圆40处、内腔24处花边及全部花边上0.7的倒角、全部孔系由加工中心完成。全部车削加工分为粗、精车两部分。粗车在程序编制时应考虑到毛料余量的不均匀性，在毛料余量不均匀较为严重的部位，要进行人工空程，节省加工时间。同时由于切削时零件表面产生的残余应力的释放及零件材料本身易变形的特点，在粗加工去余量完成后，要进行一段时间的自然时效，以释放零件表面的残余应力，避免精加工完成后表面应力释放造成零件严重变形报废。

    由于零件材料加工硬化较严重，硬度较高，刀具材料我们主要使用陶瓷刀具和硬质合金刀具。刀具以SANTAVIK的刀具为主。

    2 建立数学模型

    要点及难点：以加工出来合格的零件为最终目标，在满足零件设计要求的前提下，根据CAM的要求建立合理的CAD数学模型。

    CAD工作的关键在于要建立既满足设计要求，又方便CAM编程的零件模型。

    该零件在工艺安排上首先要进行四道车工工序，然后外圈和内径要进行铣花边工序，如果直接按设计图进行建模，外圈和内径上的花边、孔系将干扰车削模块的正常工作，导致选不中所需要的加工边界。因此，本着建模为加工服务的宗旨，零件模型不能直接根据设计图所给尺寸进行建模。而应在车工工序完成后，总高度上还留有两毫米余量以便于铣花边工序的加工。同时，由于数控车床上进行的车削工序并不牵涉孔系等几何特征，因此在建模时应排除孔系，仅对车削所需的边界进行建模。法国SNECMA公司提供的设计图纸上对于曲线部分只给出了部分离散点，首先要在modeling中选中toolbox下的curve菜单，然后选中spline图标，选中through points(通过点)下的points from file项建立非均匀有理B样条曲线，在建立数学模型的时候要对根据离散点构造的B样条曲线进行光顺，以满足设计要求。在排除花边、孔系等几何特征后，该零件可看作是回转体零件，但形状较为复杂。由于该零件是回转体零件，仅需做出一根母线回转360°即可将零件外形做出，因此整个零件用UG的SKETCH（草图）功能处理较为有利。在SKETCH中将所有的尺寸和几何约束定义好，然后到modeling里选body of revolution图标将刚才构造的零件SKETCH曲线旋转360°形成实体。（见图2）

图1 零件总体效果图
 
    图2 建模实体图