扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計(jì)與數(shù)控編程【葉輪】【說明書+CAD+UG+仿真】,葉輪,說明書+CAD+UG+仿真,扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計(jì)與數(shù)控編程【葉輪】【說明書+CAD+UG+仿真】,葉葉,參數(shù),設(shè)計(jì),數(shù)控,編程,說明書,仿單,cad,ug,仿真 說明書 題 目： 扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計(jì) 與數(shù)控編程 院 （系）： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱： √ 題目類型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 應(yīng)用研究 2014年 2月15日 摘 要 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展是日新月異，而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)以其特有的優(yōu)越性在復(fù)雜、高精度零件加工方面發(fā)揮著越來越重要的作用。論文研究了扇葉零件的五軸數(shù)控加工工藝，在UG中創(chuàng)建扇葉的三維模型，設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序，并使用CAM模塊設(shè)計(jì)其刀路軌跡，經(jīng)后置處理生成NC文件。基于VERICUT建立仿真環(huán)境，通過模擬整個(gè)機(jī)床加工過程，驗(yàn)證了數(shù)控加工程序和后置處理的正確性，從而保證了加工質(zhì)量，降低成本，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)；扇葉；數(shù)控加工工序；仿真；VERICUT Abstract Nc machining technology development is rapid, and five-axis linkage nc machining technology by its unique superiority in complex, high-precision parts processing plays a more and more important role.Paper studied the five-axis NC machining of blade parts process, created in UG three-dimensional model of blade, NC machining process design, and use the CAM module design the knife road track, the post processing to generate NC file.Simulation environment which is based on VERICUT, by simulating the whole machining process, verify the validity of the nc machining program and post processing, to ensure the processing quality, reduce costs, improve the core competitiveness of enterprises, has great practical significance. ? Key words: five-axis linkage;Blades;The nc machining process;The simulation;VERICUT I 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 扇葉零件的三維造型 2 1.1 三維造型分析 2 1.2 扇葉葉片的創(chuàng)建 2 1.2 輪轂的創(chuàng)建 5 1.3 葉跟圓的創(chuàng)建 6 1.4 輪轂孔的創(chuàng)建 6 2 扇葉加工工藝分析及工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 8 2.1 零件圖 8 2.1.1零件毛坯材料分析 8 2.1.2工藝設(shè)計(jì) 8 2.1.3零結(jié)構(gòu)工藝分析 9 2.2 零件圖樣工藝方案基本分析 9 2.3 裝夾方案分析 9 2.4 加工方法與加工順序及進(jìn)給路線分析 10 2.4.1加工方法的確定 12 2.4.2加工順序 13 2.4.3加工工序選擇原則 13 2.5 選擇數(shù)控刀具的原則 14 2.6 選擇數(shù)控銑削用刀具 15 2.7 切削用量的選擇 15 3 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 17 3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 17 3.1.1基準(zhǔn)的分類 17 3.1.2 定位基準(zhǔn)的選擇 17 3.1.3 粗基準(zhǔn)的選擇 17 3.1.4精基準(zhǔn)的選擇 17 3.2 制定工藝路線 18 3.3 機(jī)械加工工藝卡片 20 3.4 數(shù)控加工工序卡片 21 4 扇葉數(shù)控加工編程 23 4.1 CAD/CAM加工編程過程 23 4.2 加工環(huán)境的創(chuàng)建 23 4.3加工坐標(biāo)系的確定 24 4.4 加工參數(shù)設(shè)定及走刀路線的生成 25 4.4.1刀具軌跡規(guī)劃方法 25 4.4.2各種加工參數(shù)的設(shè)定 25 4.4.3 加工仿真 30 4.5 后置處理 30 5 基于VERICUT的加工仿真驗(yàn)證 31 5.1 VERICUT仿真步驟 32 5.1.1項(xiàng)目初始化 32 5.2.2建立機(jī)床模型和加載控制系統(tǒng)文件 33 5.3.3安裝夾具和毛坯 34 5.3.4新建刀具和載入加工程序 35 5.3.5建立坐標(biāo)系 36 5.3.6設(shè)置G代碼偏置 37 5.3.7仿真演示 37 總 結(jié) 39 致 謝 40 參考文獻(xiàn) 41 引 言 扇葉類零件是一類具有代表性且造型比較典型的通道類復(fù)雜零件，它在能源動(dòng)力、航空航天、石油化工、冶金等行業(yè)中均有廣泛應(yīng)用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的整體扇葉、坦克發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器扇葉、水泵及壓縮機(jī)扇葉等。這類零件的設(shè)計(jì)涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，曲面加工手段、加工精度和加工表面質(zhì)量對(duì)其性能參數(shù)都有很大影響。傳統(tǒng)的扇葉生產(chǎn)一般采用鑄造成型后修光的方法，但是隨著設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，扇葉類零件工作面形狀日趨復(fù)雜，模具制造的難度比較大，工藝過程復(fù)雜，制造成本高，葉片精度難以保證，而且葉片的表面光潔度差，容易造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生氣蝕，扇葉的動(dòng)平衡性能差。 五軸數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)。在復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)化加工方面，五軸聯(lián)動(dòng)加工更是具有三軸加工所不能比擬的的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 1)五軸加工可有效地避免刀具千涉，加工三軸機(jī)床難以加工的復(fù)雜零件; 2)對(duì)于直紋面的加工，五軸加工可以采用側(cè)銑的方式一刀成型，加工質(zhì)量和加工效率高; 3)五軸加工可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾、多面多工序加工，容易保證產(chǎn)品精度; 4)五軸加工中刀具相對(duì)于工件具有良好的切削狀態(tài); 5)對(duì)于加工空間受到限制的通道加工和組合曲面過渡區(qū)域加工，五軸加工可以選用較大尺寸刀具避開干涉進(jìn)行加工，刀具剛性好。 因此，五軸加工技術(shù)一直是數(shù)控加工領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。并且，也一直受到西方國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖。因?yàn)樵S多先進(jìn)武器裝備的制造，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開高性能數(shù)控機(jī)床的加工。五軸編程技術(shù)是五軸加工技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。在此對(duì)扇葉的數(shù)控編程技術(shù)的各方面內(nèi)容做一簡(jiǎn)單概述。 0 1 扇葉零件的三維造型 1.1 三維造型分析 該零件的實(shí)體主要有孔、曲面扇葉和輪轂等組成，扇葉有6片，扇葉整體外形直徑為120mm，扇葉厚度2mm左右，葉片寬度38.5mm左右，葉跟圓3mm，輪轂直徑為41mm零件中間的孔直徑為10+0.025 0mm，下面來介紹采用“UGNX”軟件該零件實(shí)體圖的繪制。如下圖1-1、1-2所示 圖1-1 圖1-2 1.2 扇葉葉片的創(chuàng)建 （1）選擇菜單“插入”→“曲線” →“螺旋”，輸入“轉(zhuǎn)數(shù)”0.1，“螺距”120，“半徑”60，“螺旋方向”為“右手”。單擊”確定”或鼠標(biāo)中鍵完成”曲線1”如圖1-3所示。 圖1-3 （2）選擇菜單“插入”→“曲線” →“螺旋”，輸入“轉(zhuǎn)數(shù)”0.1，“螺距”100，“半徑”20，“螺旋方向”為“右手”。單擊”確定”或鼠標(biāo)中鍵完成”曲線2” 如圖1-4所示。 圖1-4 （3）調(diào)用(直紋)命令,系統(tǒng)彈出”直紋面”對(duì)話框,”剖面線串1 ”，選擇”曲線2”,點(diǎn)擊中建確定第一條線；如圖1-5、1-6所示. 提示：“剖面線串2 選擇”曲線1”,選擇箭頭方向須一致。單擊”確定”或鼠標(biāo)中鍵，完成曲面。 圖1-5 圖1-6 （4）調(diào)用 (拉伸按鈕)命令，系統(tǒng)彈出”拉伸“對(duì)話框，選擇該曲面作為拉伸對(duì)象，單擊(反向)按鈕，定義“起始”值為0，“結(jié)束”值為2，向上拉伸，按鼠標(biāo)中鍵完成拉伸面的創(chuàng)建，如圖1-7所示。 圖1-7 （5）選擇邊倒圓指令，兩邊倒角為0.3mm，如圖1-8所示 圖1-8 （6）點(diǎn)擊編輯，選擇移動(dòng)對(duì)象，設(shè)置參數(shù)，點(diǎn)擊確定，如圖1-9所示 圖1-9 1.2 輪轂的創(chuàng)建 （1）進(jìn)入草圖繪制直徑為20.5mm的圓，如圖1-10所示 圖1-10 （2）調(diào)用 (拉伸按鈕)命令，系統(tǒng)彈出”拉伸“對(duì)話框，選擇該圓作為拉伸對(duì)象，向上拉伸17mm向下拉伸5mm，點(diǎn)擊確定。如圖1-11所示 圖1-11 點(diǎn)擊選擇布爾求和，如圖1-12所示 圖1-12 1.3 葉跟圓的創(chuàng)建 點(diǎn)擊邊倒圓，倒3mm的圓角。如圖1-13所示 如圖1-13 1.4 輪轂孔的創(chuàng)建 進(jìn)入草圖繪制直徑為10+0.025 0mm的圓，如圖1-14所示。 圖1-14 點(diǎn)擊拉伸，如圖1-15所示。 圖1-15 選擇布爾求差，如圖1-16所示 圖1-16 點(diǎn)擊倒斜角指令，兩邊分別倒1mm的角，如圖1-17所示 圖1-17 2 扇葉加工工藝分析及工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1 零件圖 圖2-1三維零件圖 2.1.1零件毛坯材料分析 毛坯的選擇和擬定毛坯圖是制定工藝規(guī)程的最初階段工作之一，也是一個(gè)比較重要的階段，毛坯的形狀和特征（硬度，精度，金相組織等）對(duì)機(jī)械加工的難易，工序數(shù)量的多少有直接影響，因此，合理選擇毛坯在生產(chǎn)占相當(dāng)重要的位置，同樣毛坯的加工余量的確定也是一個(gè)非常重要的問題。 毛坯種類的選擇決定與零件的實(shí)際作用，材料，形狀，生產(chǎn)性質(zhì)以及在生產(chǎn)中獲得可能性有關(guān)。毛坯的制造方法主要有以下幾種：1、型材2、鑄造3、鍛造4、焊接5、其他毛坯。根據(jù)零件的材料，所以我們組選采用棒料加工的方式加工毛坯。本零件的生產(chǎn)方式為小批量生產(chǎn)，選擇材料為鋁合金Φ125mmx35mm,所以加工方式中的銑削加工，它比較符合經(jīng)濟(jì)性。 2.1.2工藝設(shè)計(jì) （1）工藝設(shè)計(jì) 1）對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 2）選擇毛坯和機(jī)床 3）確定加工方案 4）選擇刀具并填寫工具單 5）確定零件裝夾方式 6）確定粗、精車加工切削用量 7）確定工序內(nèi)容并填寫工序卡 （2）編寫加工程序 1）建立工件坐標(biāo)系 2）基點(diǎn)尺寸計(jì)算與確定 3）尺寸及其精度計(jì)算 4）編寫加工程序 （3）零件加工與精度檢測(cè) 1）加工程序輸入與仿真 2）零件加工 3）零件精度檢測(cè)，填寫零件加工質(zhì)量檢驗(yàn)單 2.1.3零結(jié)構(gòu)工藝分析 該零件的實(shí)體主要有孔、曲面扇葉和輪轂等組成，扇葉有6片，扇葉整體外形直徑為120mm，扇葉厚度2mm左右，葉片寬度38.5mm左右，葉跟圓3mm，輪轂直徑為41mm零件中間的孔直徑為Φ10+0.025 0mm，整個(gè)零件的上表面的粗、精加工應(yīng)分開進(jìn)行，以保證精度的要求。 2.2 零件圖樣工藝方案基本分析 該零件粗、精加工分開，先加上下端面面保證各個(gè)尺寸，零件上表面有孔，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)，都以孔Φ10+0.025 0mm作為基準(zhǔn)，先整體開粗，再精加輪轂、扇葉和跟圓弧。 2.3 裝夾方案分析 在確定裝夾方案時(shí)，只需根據(jù)已選定的加工表面和定位基準(zhǔn)確定工件的定位夾緊方式，并選擇合適的夾具。 （1）專用夾具：一般在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中采用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。除大批量生產(chǎn)之外，中小批量生產(chǎn)中也需要采用一些專用夾具，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析； （2）組合夾具：組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高的精度和賴磨性，可組裝成各種夾具。夾具用完可拆卸，清洗后可留、待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)； （3）通用夾具：已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的可加工一定范圍內(nèi)不同工件的夾具，稱為通用夾具。其尺寸、結(jié)構(gòu)已經(jīng)規(guī)范化，而且具有一定的通用性，這類夾具適應(yīng)性強(qiáng)，可用于一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是夾具精度不高，生產(chǎn)效率也比較低，較難裝夾。一般適用于單件小批量生產(chǎn)中。 選擇裝夾方法的要點(diǎn)： （1）盡可能的選擇箱體的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)；粗基準(zhǔn)的選擇要保證重要表面的加工余量均勻，使不加工表面的尺寸、位置符合圖紙的要求，且便于裝夾； （2）銑床高速?gòu)?qiáng)力切削時(shí)，定位基準(zhǔn)要有足夠的接觸面積和分布面積，以承受大的切削力且定位移動(dòng)可靠； （3）夾具本身要以銑床工作臺(tái)上的基準(zhǔn)槽或基準(zhǔn)孔來定位并安裝到機(jī)床上，這可確保零件的工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系固定的尺寸關(guān)系，這是和普通機(jī)床的一個(gè)重要區(qū)別。 經(jīng)綜合分析：該零件形狀規(guī)則，上下兩個(gè)平面較光整，加工面與加工面之間的位置精度要求高。在三爪卡盤上持毛坯為Φ125mmx35mm，車削出一平面，反面車削平面和總長(zhǎng)、再鏜孔為定位基準(zhǔn)，裝夾到專用夾具上定位加工外輪廓面。 由于零件的加工面比較多，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度需要設(shè)計(jì)夾具，選用三爪卡盤和相應(yīng)工具夾具裝夾 根據(jù)前面定位基準(zhǔn)的選擇，決定使用工藝夾具。其特點(diǎn)是，利于分中打表及校準(zhǔn)，一次性裝夾提高加工的精度。 三爪卡盤（夾具）如下圖2-2所示 圖2-2 專用夾具（夾具）如圖2-3所示： 圖2-3 2.4 加工方法與加工順序及進(jìn)給路線分析 數(shù)控機(jī)床與通用機(jī)床的區(qū)別在于數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)控裝置或電子計(jì)算機(jī)，全部或部分地取代一般通用機(jī)床在加工零件時(shí)對(duì)機(jī)床的各種動(dòng)作，如啟動(dòng)、加工順序、改變切削用量、主軸變速、選擇刀具、冷卻液開停以及停車等人工控制。通常，數(shù)控機(jī)床加工零件所需的全部機(jī)械動(dòng)作和控制功能都是預(yù)先按規(guī)定的字符或文字代碼的形式編制成加工程序，然后再用穿孔機(jī)或鍵盤等把程序上的信息以數(shù)字代碼的形式記載在控制介質(zhì)上，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和處理，發(fā)出各種指令去控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件的各種動(dòng)作，從而使數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的零件。 數(shù)控機(jī)床與其他自動(dòng)機(jī)床的一個(gè)顯著區(qū)別在于當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了重新裝夾工件和更換刀具外，只需更換相應(yīng)的控制介質(zhì)，而不需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，就可自動(dòng)加工出新的工件。 由此可見，數(shù)控機(jī)床與其他機(jī)床相比，在進(jìn)行小批量、復(fù)雜零件生產(chǎn)時(shí)，具有極其顯著的優(yōu)越性 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的比較分析，如表所示。 數(shù)控機(jī)床與其他機(jī)床特性對(duì)比 衡量指標(biāo) 通用機(jī)床 專用機(jī)床 （自動(dòng)、仿形） 數(shù)控機(jī)床 勞動(dòng)強(qiáng)度 高 較低 低 工 時(shí) 多 較多 少 生產(chǎn)周期 長(zhǎng) 較長(zhǎng) 短 加工精度 低 較高 高 整體扇葉的加工一直是機(jī)械加工中長(zhǎng)期困擾工程技術(shù)人員的難題。為了加工出合格的扇葉，人們想出了很多的辦法。由最初的鑄造成型后修光，到后來的石蠟精密鑄造，還有電火花加工等方法。其中，也有的廠家利用三坐標(biāo)仿形銑。但是這些方法不是加工效率低下，就是精度或產(chǎn)品機(jī)械性能不佳，一直到數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用到扇葉的加工中，這些問題才得到了根本的解決。 扇葉加工的復(fù)雜性主要在于其葉片是復(fù)雜的曲面造型。而且能否精確地加工出形狀復(fù)雜的葉輪已成為衡量數(shù)控機(jī)床性能的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。曲面根據(jù)形成原理可以分為直紋曲面和非直紋曲面。直紋面又可分為可展直紋面和非可展直紋面，對(duì)于可展直紋面，完全可以使用非數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。而對(duì)于非可展直紋面和自由曲面(非直紋曲面)葉片的整體葉輪來說，則必須用四軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床才能準(zhǔn)確地將其加工出來。 由于數(shù)控機(jī)床具有四軸聯(lián)動(dòng)或五軸聯(lián)動(dòng)的功能，則利用它進(jìn)行扇葉加工時(shí)，既可以保證刀具的球頭部分對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確地切削，又可以利用其轉(zhuǎn)動(dòng)軸工作使刀具的刀體或刀桿部分避讓開工件其它部分，避免發(fā)生干涉或過切。早在七十年代初我國(guó)的幾家大型企業(yè)就開始將數(shù)控機(jī)床用于整體扇葉的加工上。目前，我國(guó)已有越來越多的廠家開始采用鍛造毛坯后多坐標(biāo)NC加工成型的方法加工扇葉，尤其是國(guó)防工業(yè)中所用的關(guān)鍵扇葉，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪等。目前都已采用多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工。國(guó)內(nèi)所用的機(jī)床大多是引進(jìn)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。 故本次設(shè)計(jì)我們選擇五軸數(shù)控機(jī)床加工扇葉。 2.4.1加工方法的確定 加工方案的選擇，直接影響到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的好壞。對(duì)于本次所設(shè)計(jì)的手機(jī)造型零件，其加工方案是很多的，我們的已選方案是最為保險(xiǎn)、最能保證其精度要求的，同時(shí)也是顧全經(jīng)濟(jì)性的一種合理的加工方案。 在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為進(jìn)給路線。進(jìn)給路線不僅包括切削加工時(shí)的進(jìn)給路線，還包括刀具到位、對(duì)刀、退刀和換刀等一系列過程的刀具運(yùn)動(dòng)線。 確定進(jìn)給路線時(shí)，要在保證被加工零件獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量的前提下，力求計(jì)算容易，走刀路線短，空刀時(shí)間少。進(jìn)給路線的確定與工件表面狀況、要求的零件表面質(zhì)量、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙、刀具耐用度以及零件輪廓形狀等有關(guān)。進(jìn)給路線主要考慮以下幾個(gè)方面： （1）銑削零件表面時(shí)，要正確選用銑削方式。 （2）進(jìn)給路線盡量短，以減少加工時(shí)間。 （3）進(jìn)刀、退刀位置應(yīng)選在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切線方向進(jìn)刀、退刀，以避免產(chǎn)生刀痕。在切削內(nèi)表面輪廓時(shí)，切入切出無法外延，銑刀只能沿法線方向切入和切出，此時(shí)，切入切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓的兩個(gè)幾何元素的交點(diǎn)上。 （4）先加工外輪廓，后加工內(nèi)輪廓 平面零件表面銑削的進(jìn)給路線： ①在用立銑刀側(cè)刃銑削零件外輪廓時(shí)，銑刀的切入和切出點(diǎn)應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長(zhǎng)線上切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法相直接切入零件，以避免加工表面產(chǎn)生劃痕，保證其零件輪廓光滑。 ②銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿切線方向切入切出。若內(nèi)輪廓曲線不允許外延，則刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出，并將其切出點(diǎn)選在零件輪廓兩幾何元素的交點(diǎn)處。當(dāng)內(nèi)部幾何元素相切無交點(diǎn)時(shí)，為防止刀補(bǔ)取消時(shí)在輪廓拐角處留下凹口，刀具的切入切出點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離拐角。 因此在銑削該零件時(shí)，銑削外輪廓的銑刀的切入和切出點(diǎn)應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長(zhǎng)線上切入和切出零件表面；加工內(nèi)腔時(shí)由于內(nèi)輪廓曲線不允許外延，則刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出。這樣既能減少走刀路線，又能保證零件的 加工質(zhì)量。 加工方法的選擇原則是保證加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和形位公差等要求全面考慮。 通過以上數(shù)據(jù)分析，考慮加工的效率和加工的經(jīng)濟(jì)性，最理想的加工方式為銑削，考慮該零件為大量加工，故加工設(shè)備采用數(shù)控車床。 根據(jù)加工零件的外形和材料等條件，選用五軸數(shù)控機(jī)床。 同樣在該零件的加工方法的選擇中，我們考慮了工具的具體情況和我們的具體加工條件，一般我們按加工順序來闡述加工方案。 2.4.2加工順序 零件加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對(duì)這些尺寸僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確的確定毛坯到最終成形的加工方案。 該零件加工順序?yàn)椋? 車床：夾持10mm長(zhǎng)，車削外圓Φ120mm使尺寸到位，平端面→掉頭加工，平端面保證總長(zhǎng)22mm→鏜孔Φ10+0.025 0mm→檢驗(yàn)是否合格→合格取下零件。 五軸機(jī)床：上工裝夾具，將零件打表安裝好→開粗→精加工輪轂→精加工葉片→精加工葉跟圓→檢驗(yàn)是否合格→合格取下零件。 2.4.3加工工序選擇原則 （1） 加工工序劃分一般可按下類方法進(jìn)行： ①刀具集中分序法 就是按所用刀具劃分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成部位。再用第二把刀、第三把完成他們可以完成的其他部位。這樣可以減少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差。 ②以加工部位分序法 對(duì)于加工類容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部分分成幾個(gè)部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡(jiǎn)單幾何形狀，在加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度較高的部位。 ③以粗、精加工分序法 對(duì)于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進(jìn)行校形，故一般來說凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開。綜上所述，在劃分工序時(shí)，一定要視零件的結(jié)構(gòu)和工藝性，機(jī)床的功能，零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少，安裝次數(shù)及本單位生產(chǎn)組織狀況靈活掌握。另建議采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，要根據(jù)實(shí)際情況來確定，但一定力求合理。 （2）在加工時(shí)，加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點(diǎn)是零件的剛性不被破壞。順序一般應(yīng)按下列原則進(jìn)行： ①上道工序的加工不能影響下道工序的定位于加緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮。 ②先進(jìn)行內(nèi)形、內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。 ③以相同定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序最好連接進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)，換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓板次數(shù)。 ④在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞小的工序。 在數(shù)控床上粗車、半精車分別用一個(gè)加工程序控制。工件調(diào)頭裝夾由程序中的M00或M01指令控制程序暫停，裝夾后按“循環(huán)啟動(dòng)”繼續(xù)加工。 （3）走刀路線和對(duì)刀點(diǎn)的選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運(yùn)動(dòng)切削起始點(diǎn)，刀具切入，切出并返回切削起始點(diǎn)或?qū)Φ饵c(diǎn)等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工的走刀路線是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行程的走刀路線。合理的確定對(duì)刀點(diǎn)，對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，但注意對(duì)刀點(diǎn)必須是基準(zhǔn)位或已加工精加工過的部位，有時(shí)在第一道工序后對(duì)刀點(diǎn)被加工損壞，會(huì)導(dǎo)致第二道工序和之后的對(duì)刀點(diǎn)無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r(shí)注意要在與定位基準(zhǔn)有相對(duì)固定尺寸關(guān)系的地方設(shè)立一個(gè)相對(duì)對(duì)刀位置，這樣可以根據(jù)他們之間的相對(duì)位置關(guān)系找回原對(duì)刀點(diǎn)。這個(gè)相對(duì)對(duì)刀位置通常設(shè)在機(jī)床工作臺(tái)或夾具上。 2.5 選擇數(shù)控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切的關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。 選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)道具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選的比單刃刀具高些。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換到時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選的低些，一般取15-30min對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選的低些，當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選的低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求，不僅需要?jiǎng)傂院?、精度高，而求要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高斷和排性能同時(shí)要求安裝和調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的道具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細(xì)粒質(zhì)硬質(zhì)合金）并使用可轉(zhuǎn)位刀片。 2.6 選擇數(shù)控銑削用刀具 表2-1 數(shù)控加工刀具卡 產(chǎn)品名稱 扇葉 零件圖號(hào) 1 補(bǔ)償值/mm 備注 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具名稱 刀柄型號(hào) 刀具 硬質(zhì)合金刀 直徑/mm 長(zhǎng)度/mm 1 T0101 Φ9mm麻花鉆 直柄鉆花 Φ9 實(shí)測(cè) 2 T0202 外圓車刀 20mmx20mm 實(shí)測(cè) 3 T0303 鏜孔刀 Φ8 4 T1 Φ10R5球頭銑刀 BT40 Φ10 實(shí)測(cè) 5 T2 Φ6R3球頭銑刀 BT40 Φ6 實(shí)測(cè) 編制 審核 批準(zhǔn) 共1頁 第1頁 2.7 切削用量的選擇 數(shù)控切削用量即切削參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速、銑削深度與寬度、進(jìn)給量、行距、殘留高度、層高等。對(duì)于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量。切削用量是加工過程中重要的組成部分，合理選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。切削用量的因素包括： （1）機(jī)床 機(jī)床剛性、最大轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等； （2）刀具 刀具長(zhǎng)度、刃長(zhǎng)、刀具刃口、刀具材料、刀具齒數(shù)、刀具直徑等； （3）工件 毛坯材質(zhì)、熱處理性能等； （4）裝夾方式 壓板、臺(tái)鉗、托盤等； （5）冷卻情況 油冷、水冷、氣冷等。 當(dāng)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)編程人員必須確定每道工序的切削用量并以指令的形式寫入程序中。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度充分發(fā)揮刀具切削性能保證合理的刀具耐用度。并充分發(fā)揮機(jī)床的性能最大限度地提高生產(chǎn)率降低成本。 切削用量的選擇，對(duì)切削功率，刀具磨損，加工質(zhì)量和加工成品均有影響。切削用量的選擇的一個(gè)總的原則：首先應(yīng)選擇盡量大的背吃刀量，其次選擇最大的進(jìn)給量，最后是選擇最大的切削速度。在粗加工時(shí)，首先選用盡可能大的背吃刀量，其次要根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力和剛性等條件，選取盡可能大的進(jìn)給量，最后根據(jù)刀具的耐用度確定最佳的切削速度。在精加工時(shí)首先根據(jù)粗加工后的余量，確定背吃刀量，再根據(jù)已加工表面的粗糙度要求選取較小的進(jìn)給量，最后再保證刀具的耐用度的前提下盡可能選擇較高的切削速度。另外要據(jù)實(shí)際情況考慮周全，最后做出比較合理的最終方案。經(jīng)察取資料與實(shí)際考慮 1.車削要素 表3-4 切削用量表 工步內(nèi)容 刀具號(hào) 主軸轉(zhuǎn)速r/min 進(jìn)給速度mm/min 背吃刀量mm 粗車左端面 T0202 800 300 0.3 精車左端面 T0202 1000 150 0.1 粗車外圓 T0202 600 150 1 精車外圓 T0202 800 120 0.5 粗車右端面 T0202 200 300 0.3 精車右端面 T0202 600 150 0.1 鉆孔Φ9 T0101 200 80 0.1 鏜孔 T0303 1200 100 0.5 2.銑削要素 Vc——銑削速度（m/min）Vc=(πd0n)/1000 d0——銑刀外徑（mm） n________銑刀轉(zhuǎn)速（r/min） f——銑刀每轉(zhuǎn)工作臺(tái)移動(dòng)距離，即每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） fz——銑刀每齒工作臺(tái)移動(dòng)距離，即每齒進(jìn)給量（mm/z） Vf——進(jìn)給速度（mm/min） Vf=fn= fzzn 參考《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可以根據(jù)所選擇的銑刀和材料來確定切削用量。通過以上公式來計(jì)算可以得到合理的切削用量。 3 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 3.1.1基準(zhǔn)的分類 基準(zhǔn)分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：是指設(shè)計(jì)工作圖上所采用的基準(zhǔn)。 工藝基準(zhǔn)：是指加工過程中所采用的基準(zhǔn)。又分為有工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)等。 （1）工序基準(zhǔn):工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀和位置的基準(zhǔn)。 （2）定位基準(zhǔn)：是指在加工中用作定位的基準(zhǔn)。 （3）測(cè)量基準(zhǔn)：是指測(cè)量時(shí)所采用的基準(zhǔn)。此外還有裝配過程中用于確定零、部件間相互位置的裝配基準(zhǔn)。要求掌握基準(zhǔn)的分類，定義，同等重要的是在訓(xùn)練中提高選擇基準(zhǔn)的能力。 3.1.2 定位基準(zhǔn)的選擇 選擇工件的定位基準(zhǔn)，實(shí)際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定為基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面作為定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。已加工過的表面作為定位基準(zhǔn)，則稱為精基準(zhǔn)。 在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，是從保證工件精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準(zhǔn)選擇的順序就應(yīng)為從精基準(zhǔn)到粗基準(zhǔn)。 3.1.3 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)保證加工面與不加工面之間的位置要求并合理分配各加工面的余量，保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度，同時(shí)還要為后續(xù)工序提供可靠精基準(zhǔn)。具體可按下列原則選擇： （1）非加工表面原則。為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應(yīng)選不加工面為粗基準(zhǔn)。 （2）加工余量最小原則。義余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證各加工表面 有足夠的加工余量。 （3）重要表面原則。為保證重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選擇重要加工面為 粗基準(zhǔn)。 （4）不重復(fù)使用原則。 （5）便于裝夾原則。做為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整光滑，沒有飛邊、冒口、澆口或其他缺陷，以便使工件定位準(zhǔn)確、夾緊可靠。 3.1.4精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)保證加工精度和裝夾可靠、方便，可參照下列原則進(jìn)行： （1）“基準(zhǔn)重合”原則 加工零件時(shí)應(yīng)直接選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，可以避免由定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。 （2）“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則 加工同一零件的多道工序時(shí)盡可能選擇同一個(gè)定位基準(zhǔn)，這樣可以保證加工表面間的相互位置精度，避免或減少因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而引起的誤差，也簡(jiǎn)化了夾具的設(shè)計(jì)與制造工作，降低了成本，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。例如，軸類零件加工采用采用兩端中心孔作統(tǒng)一定位基準(zhǔn)加工各階梯外圓表面，可保證各階梯外圓表面的同軸度誤差。 基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一原則是選擇精基準(zhǔn)的兩個(gè)重要原則，但實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)會(huì)遇到兩者相互矛盾的情況。此時(shí)，若采用統(tǒng)一定位基準(zhǔn)能夠保證加工表面的尺寸精度，則應(yīng)遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；若不能保證尺寸精度，則應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合原則，以避免使工序尺寸的實(shí)際公差值減小，增加加工難度。 （3）“自為基準(zhǔn)”原則 當(dāng)工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時(shí)，應(yīng)選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。 （4）“互為基準(zhǔn)”原則 當(dāng)個(gè)加工表面之間具有較高的位置精度，或?yàn)槭羌庸け砻婢哂芯鶆虻募庸び嗔?，則可采用兩個(gè)加工表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的方法。 （5）“便于裝夾”原則 所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件定位準(zhǔn)確穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用，操作方便靈活。同時(shí)定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的接觸面積，以承受較大的切削力。 綜上所述：從零件圖上可以看出絕大多數(shù)的尺寸都基于輪轂孔集中標(biāo)注的方法，滿足了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)的統(tǒng)一，即基準(zhǔn)統(tǒng)一。并且下表面作為精基準(zhǔn)可以滿足基準(zhǔn)重合的原則。 3.2 制定工藝路線 考慮到整體扇葉實(shí)際的工作情況，一般扇葉的曲面部分精度高，工作中高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)動(dòng)平衡的要求高等諸多要求，結(jié)合扇葉的形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料扇葉加工特點(diǎn)分析： （1）扇葉上有很多葉片，扇葉數(shù)按輪轂直徑大小不同而不同，葉片有長(zhǎng)有短，葉片為空間曲面、扭曲程度高，并且有仰角，加工時(shí)刀具的相對(duì)擺動(dòng)極易對(duì)相鄰葉片產(chǎn)生切削干涉，因此刀具切削方向的選擇尤其重要。另外，曲面需要分段加工，應(yīng)注意保證加工表面的一致性； （2）葉片之間的流道相對(duì)較窄，加工空間較小，難以采用強(qiáng)度和剛性較好的大直徑刀具； （3）葉片進(jìn)氣與出氣邊緣圓角曲率半徑變化大，使刀具和夾具角度變化大； （4）為滿足強(qiáng)度的需要，扇葉輪轂與葉片之間的過渡采用了倒圓角方式，應(yīng)十分注意刀具的選擇； （5）葉片屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件、工藝剛性差，在工藝安排上需要考慮多工步反復(fù)加工葉片型面的措施，以防加工殘余應(yīng)力所帶來的形變； （6）扇葉的材料一般有鋁合金、不銹鋼、鈦合金等，因此在工藝安排上為了提高整體葉輪的強(qiáng)度，毛坯一般采用鍛壓件，然后進(jìn)行基準(zhǔn)面的車削加工，加工出葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀。 安排工藝路線如下： 1、車：夾持10mm長(zhǎng)，車削外圓Φ120mm使尺寸到位，平端面→掉頭加工，平端面保證總長(zhǎng)22mm→鏜孔Φ10+0.025 0mm→檢驗(yàn)是否合格→合格取下零件。 2、銑：上工裝夾具，將零件打表安裝好→開粗→精加工輪轂→精加工葉片→精加工葉跟圓→檢驗(yàn)是否合格→合格取下零件。 對(duì)于扇葉為葉片分布均勻的回轉(zhuǎn)體類零件，應(yīng)選擇它的底面圓心作為工件的原點(diǎn)，進(jìn)而簡(jiǎn)化工件的找正和后處理過程。根據(jù)整體扇葉的幾何模型特征，可以基本上確定例如加工所使用機(jī)床型號(hào)、刀具參數(shù)、夾具和裝夾方式等。刀具的使用方面，五軸聯(lián)動(dòng)加工中優(yōu)先使用平底刀加工，這樣可以最大程度上減少由刀具引起的過切和干涉。對(duì)于流道較窄的扇葉，在加工窄流道處時(shí)，可以適當(dāng)選擇錐度較小的平底銑刀，可以有效的提高刀具的剛性。流道開粗加工過程去除主要加工余量，直接影響著精加工的效率和質(zhì)量，提高開粗加工的效率和質(zhì)量對(duì)整個(gè)扇葉的加工具有重要意義。扇葉流道部分的加工余量并不隨著扇葉型線均勻分布，切削過程中切削深度不斷變化，刀具受力變化較為劇烈，大大縮短了刀具壽命，降低了加工質(zhì)量，這需要合理規(guī)劃加工軌跡。流道開粗加工通常需分成若干層漸進(jìn)開粗。順著流道面的方向分割流道區(qū)域，可使粗加工的各層厚度比較均勻，加工過程穩(wěn)定。 3.3 機(jī)械加工工藝卡片 編制工藝過程卡 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 機(jī)械加工 工藝卡 產(chǎn)品 名稱 圖號(hào) 零件名稱 扇葉 共1頁 第1頁 毛坯種類 鍛件 材料牌號(hào) LD5 毛坯尺寸 Φ125mmx35mm 序號(hào) 工種 工步 工藝內(nèi)容 備注 工具 夾夾具 刀具 量量具 1 下料 棒料 卡盤 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 2 車床 車外圓 外圓尺寸為120±0.1mm 三爪卡盤 外圓車刀 平端面 端面車削，粗糙度1.6 外圓車刀 平端面 保證總長(zhǎng)22±0.05mm 外圓車刀 鉆孔 Φ9mm通孔 鉆花 鏜孔 保證尺寸Φ10+0.025 0mm 鏜孔刀 3 加工 中心 粗加工 粗銑葉片 專用卡具 球頭刀 精加工 精銑葉片 精銑流道面 清根 倒角加工 根部清理 3.4 數(shù)控加工工序卡片 工序1：車 零件名稱 扇葉 零件圖號(hào) 夾具名稱 設(shè)備名稱及型號(hào) 數(shù)控車床 材料名稱及牌號(hào) 鋁件 硬度 75HBS 工序名稱 數(shù)車加工 工序號(hào) 1 工步號(hào) 工步內(nèi)容 切削用量 刀具 量具 n r/mm Vf mm/min A pmm 編號(hào) 名稱 名稱 1 粗車左端面 1000 150 0.1 T0202 游標(biāo)卡尺 2 精車左端面 600 150 1 T0202 游標(biāo)卡尺 3 粗車外圓 800 120 0.5 T0202 游標(biāo)卡尺 4 精車外圓 200 300 0.3 T0202 游標(biāo)卡尺 5 粗車右端面 600 150 0.1 T0202 游標(biāo)卡尺 6 精車右端面 200 80 0.1 T0202 游標(biāo)卡尺 7 鉆孔Φ9 1200 100 0.5 T0101 游標(biāo)卡尺 8 鏜孔 1000 150 0.1 T0303 塞規(guī) 工序2：銑 零件名稱 扇葉 零件圖號(hào) 夾具名稱 設(shè)備名稱及型號(hào) 加工中心 材料名稱及牌號(hào) 鋁件 硬度 75HBS 工序名稱 五軸加工 工序號(hào) 2 工步號(hào) 工步內(nèi)容 切削用量 刀具 量具 n r/mm Vf mm/min ap mm 編號(hào) 名稱 名稱 1 葉片粗加工 4000 3000 1 1 T1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 2 流道精加工 4000 3000 0.2 2 T1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 3 葉片精加工 4000 3000 0.2 2 T1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 4 清根 10000 2000 0.1 3 T2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 4 扇葉數(shù)控加工編程 扇葉的實(shí)體造型主要包括創(chuàng)建葉片實(shí)體和輪轂實(shí)體兩部分。葉片曲面為光順性、連續(xù)性要求較高的自由曲面，其截面線是復(fù)雜的自由曲線，因此葉片實(shí)體造型難度較大。目前，一般先創(chuàng)建截面線，再采用通過引截面線的方法進(jìn)行葉片的曲面造型。輪轂的創(chuàng)建較為簡(jiǎn)單，在草圖方式下創(chuàng)建截面線串，通過旋轉(zhuǎn)命令對(duì)截面線串旋轉(zhuǎn)，再創(chuàng)建輪轂回轉(zhuǎn)體?？梢?，整體葉輪造型的關(guān)鍵是葉片實(shí)體的造型。葉片的實(shí)體造型是整體葉輪造型工作的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)要求較高，曲面特征也較復(fù)雜。故扇葉的編程難度在于葉片。 4.1 CAD/CAM加工編程過程 整體銑削葉輪加工是指毛坯采用鍛壓件，然后車削成為葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀，在五軸數(shù)控加工中心上使輪轂與葉片在一個(gè)毛坯上一次加工完成，它可以滿足壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)品強(qiáng)度要求，曲面誤差小，動(dòng)平衡時(shí)去質(zhì)量較少，因此是較理想的加工方法。五軸數(shù)控加工技術(shù)的成熟使這種原來需要手工制造的零件，可以通過整體加工制造出來。采用數(shù)控加工方法加工整體葉輪的CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 CAD/CAM編程過程，如圖4-1 整體葉CAD/CAM 加工仿真 刀位軌跡生成 五軸后處理 葉輪CAD造型 加工過程動(dòng)態(tài)模擬 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡仿真 圓角 流道 葉片 葉片 輪轂 型值點(diǎn) 曲線 曲面 圖4-1CAD/CAM編程過程 4.2 加工環(huán)境的創(chuàng)建 UG可以選擇的加工方式有很多種，有用于普通加工的有用于多軸加工的，扇葉加工為三坐標(biāo)以上的多軸加工，所以普通的加工方式不能滿足葉輪的加工，因此確定加工環(huán)境為可變輪廓銑，如圖4-2 、4-3 。 圖4-2CAM配置 圖4-3加工環(huán)境 4.3加工坐標(biāo)系的確定 加工坐標(biāo)系，如圖4-4、4-5、4-6。 圖4-4加工坐標(biāo)系 圖4-5指定加工坐標(biāo)系 圖4-6加工坐標(biāo)系設(shè)定位置 4.4 加工參數(shù)設(shè)定及走刀路線的生成 4.4.1刀具軌跡規(guī)劃方法 刀具軌跡規(guī)劃的目的就是針對(duì)待加工零件產(chǎn)生一組刀位點(diǎn)，使得在保證加工精度的前提下，加工效率最高。 對(duì)于二軸、三軸數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃來說，可以把規(guī)劃過程看成是確定刀位點(diǎn)X、Y軸坐標(biāo)的過程，同時(shí)可以確定Z軸坐標(biāo)的初始值，然后由后續(xù)的干涉處理過程完成Z軸坐標(biāo)的無干涉計(jì)算。而對(duì)于五軸曲面加工刀具軌跡規(guī)劃來說，刀軸矢量的初始位置是與刀位點(diǎn)處的法矢量平行的，則規(guī)劃過程還包括確定在刀位點(diǎn)處刀軸矢量繞最大主曲率方向的旋轉(zhuǎn)角，即后跟角，以及繞法矢量方向的旋轉(zhuǎn)角，即側(cè)偏角，這兩個(gè)角度共同確定了刀具的空間姿態(tài)。 可以將刀具軌跡規(guī)劃的任務(wù)歸納如下： （1）確定刀具軌跡線的幾何形狀； （2）確定刀具軌跡線的連接順序及連接方式； （3）確定刀具軌跡線的疏密與刀具軌跡線上的刀位點(diǎn)的疏密； （4）五軸數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃中還需要確定每一刀位點(diǎn)處的刀具空間姿態(tài)。 多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡生成是數(shù)控編程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，針對(duì)不同的加工對(duì)象有許多不同的計(jì)算方法。有的工件曲面可以在一次走刀中完成，這時(shí)只要確定最優(yōu)的走刀方向即可；有的需要多次走刀才能完成，這會(huì)產(chǎn)生多條刀軌。 4.4.2各種加工參數(shù)的設(shè)定 毛坯的選擇，如圖4-7。 圖4-7指定毛坯 刀具的選取，扇葉加工方法為多軸加工，這里選擇球頭銑刀進(jìn)行加工，在刀具加工過程中用到刀具的側(cè)刃，如圖4-8、4-9、4-10所示。 圖4-8刀具圖 圖4-9刀具參數(shù) 圖4-10刀具圖 加工方式的選擇，如圖4-11所示。 圖4-11粗加工輪廓方式 加工參數(shù)的設(shè)定，如圖4-12、4-13、4-14所示。 圖4-12加工參數(shù)設(shè)計(jì) 圖4-13加工參數(shù)設(shè)計(jì) 4-14加工余量 葉輪開粗的走刀路線生成，如圖4-15所示。 圖4-15葉輪輪廓走刀路線 葉片的走刀路線生成，如圖4-16所示。 圖4-16葉片走刀路線 流道面的走刀路線，如圖4-17所示。 圖4-17流道面走刀路線 葉根圓的走刀路線生成，如圖4-18所示。 圖4-18葉根圓走刀路線 4.4.3 加工仿真 所有的走刀路線設(shè)置好以后，進(jìn)行2D和3D仿真，并進(jìn)行后處理，后處理選擇五軸加工。 UG仿真結(jié)果，如圖4-19、4-20所示。 圖4-19葉輪粗加工 圖4-20輪廓仿真結(jié)果 4.5 后置處理 數(shù)控編程后置處理包括加工刀具路徑文件的生成和機(jī)床數(shù)控代碼指令集的生成。通過后置處理器讀取由系統(tǒng)生成的刀具路徑文件，從中提取相關(guān)的加工信息，并根據(jù)指定數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及NC程序格式要求進(jìn)行分析、判斷和處理，最終生成數(shù)控機(jī)床所能直接識(shí)別的NC程序，就是數(shù)控加工的后置處理，它直接影響CAD/CAM軟件的使用效果及零件的加工質(zhì)量。選擇五軸加工，并導(dǎo)出數(shù)控程序，如圖4-21。 圖4-21后置處理 5 基于VERICUT的加工仿真驗(yàn)證 VERICUT軟件是美國(guó)CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由NC程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級(jí)機(jī)床特征模塊、實(shí)體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，也能進(jìn)行NC程序優(yōu)化，縮短加工時(shí)問、延長(zhǎng)刀具壽命、改進(jìn)表面質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤;具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，可以對(duì)切削模型進(jìn)行尺寸測(cè)量，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能實(shí)現(xiàn)與UG.?CATIA及MasterCAM等軟件的嵌套運(yùn)行。VERICUT軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序，其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。如圖1所示為從設(shè)計(jì)原型→CAM軟件→VERICUT→切削模型→模型輸出的整個(gè)機(jī)床仿真工藝流程。 1)?驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性，減少零件首件調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)，增加程序的可信度；?(2)?模擬數(shù)控機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，檢查潛在的碰撞錯(cuò)誤，降低機(jī)床碰撞的風(fēng)險(xiǎn)；?(3)?優(yōu)化程序，提高加工效率，延長(zhǎng)刀具壽命。? 5.1 VERICUT仿真步驟 5.1.1項(xiàng)目初始化 打開應(yīng)用軟件vericut進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)界面，如下圖5-1所示 圖5-1 點(diǎn)擊文件，點(diǎn)擊新建項(xiàng)目如下圖5-2所示 圖5-2 選擇模板，如下圖5-3所示 圖5-3 進(jìn)入新項(xiàng)目界面，此時(shí)項(xiàng)目初始化以完成，如下圖5-4所示 圖5-4 5.2.2建立機(jī)床模型和加載控制系統(tǒng)文件 雙擊控制系統(tǒng)，選擇自己的控制系統(tǒng)，如下圖5-5所示 圖5-5 雙擊機(jī)床選項(xiàng)，選擇自己的機(jī)床樣式，如下圖5-6所示 圖5-6 5.3.3安裝夾具和毛坯 點(diǎn)擊附屬類型，如下圖5-7所示 圖5-7 選擇夾具，添加夾具，如下圖5-8、5-9所示 圖5-8 圖5-9 選擇毛坯，添加毛坯，如下圖5-10、5-11所示 圖5-10 圖5-11 5.3.4新建刀具和載入加工程序 雙擊，添加需要的刀具ED10R5,ED6R3，如下圖5-12、5-13所示 圖5-12 圖5-13 點(diǎn)擊添加我們需要加工的程序，如下圖5-14所示 圖5-14 5.3.5建立坐標(biāo)系 點(diǎn)擊Program_Zero設(shè)置工件坐標(biāo)系，如下圖5-15所示 圖5-15 5.3.6設(shè)置G代碼偏置 接著設(shè)置我們的代碼偏置參數(shù)，如下圖5-16所示 圖5-16 5.3.7仿真演示 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)的的主要工作是扇葉的數(shù)控加工及機(jī)床仿真，從零件的選擇到最終的虛擬機(jī)床的仿真完成，經(jīng)歷了很多失敗，經(jīng)過改進(jìn)最終完成了設(shè)計(jì)。五坐標(biāo)數(shù)控加工是獲得復(fù)雜曲面和不規(guī)則零件的較好解決方法之一，特別是那些由一定的數(shù)字理論方程式所描述的并要求有足夠精度的曲線和曲面，如整體葉輪葉片，同時(shí)，五坐標(biāo)加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用與CAD/CAM技術(shù)是密切相關(guān)的。本設(shè)計(jì)主要以扇葉的幾何造型、刀位計(jì)算、刀具路徑規(guī)劃、數(shù)控加工工藝等內(nèi)容進(jìn)行了分析與研究。 從選擇零件角度分析，扇葉是一個(gè)典型的多軸加工的零件，普通的機(jī)床無法完成，這樣更能體現(xiàn)出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。 對(duì)扇葉在五坐標(biāo)數(shù)控加工過程中的工藝規(guī)劃進(jìn)行了研究。粗加工過程中，根據(jù)整體葉輪的形狀特點(diǎn)，針對(duì)鍛件毛坯，提出了類似型腔加工的粗加工方法。并根據(jù)這種方法編制了粗加工程序。 在刀軌生成過程中走刀路線有很多種方法，每種都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候要綜合各種因素分別對(duì)葉片的背、腹面和流道面生成無干涉刀具路徑，并確定刀軸傾角、切削行距從而選出合理的刀軌路線。 從零件的造型到導(dǎo)入虛擬機(jī)床整個(gè)過程都是用UG完成的，讓我掌握了UG三維實(shí)體造型、刀具軌跡仿真、后置處理、虛擬機(jī)床代碼仿真功能。使我對(duì)數(shù)控加工有了更深入的了解。  致 謝 經(jīng)過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。從開始思考論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文設(shè)計(jì)的完成，每走一步對(duì)我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受。我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。 最后，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì),使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感激。各位老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他們耐心的輔導(dǎo)。本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。同時(shí)我在網(wǎng)上也搜集了不少資料，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成。在此本系的全體老師表示由衷的謝意。 大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對(duì)我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。即將結(jié)束再次學(xué)習(xí)的生活，相信等待我的是一片充滿機(jī)遇、風(fēng)險(xiǎn)與快樂的土地；也相信我和同仁們的事業(yè)必將如涅磐之鳳、浴火之凰。 參考文獻(xiàn) [1]全榮.五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù).長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1995. 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