《基于UG的葉輪底座安裝件的建模與加工仿真》12000字VIP

1、基于UG的葉輪底座安裝件的建模與加工仿真摘要 離心壓縮機葉輪的加工是一個多軸數(shù)控加工中最常見的例子，現(xiàn)如今數(shù)控高速銑削加運用于整體葉輪加工的技術已經(jīng)相對成熟，但多依賴于國外的軟件。本文主要介紹了壓縮機葉輪的加工工藝過程、詳細分析了葉輪的仿真全過程。主要工作包括以下三個方面：(1) 本文根據(jù)實習公司實際的生產(chǎn)情況和研究需求，使用UG8.0軟件進行壓氣機葉輪的工藝分析。運用UG8.0加工模塊的型腔銑、可變輪廓銑、葉輪加工等方法完成對葉輪加工的編程、仿真加工及后處理。(2) 壓氣機葉輪的主葉片、分流葉片呈不規(guī)則曲面狀，在徑向上隨著半徑的減小葉片的厚度越來越薄、相鄰葉片流道越來越窄、葉片高度逐漸增加、

2、葉片的曲率越來越大，這些無疑是整體葉輪加工的難點和重點。因此，加工葉輪葉片時刀具與被加工葉片之間、刀具與相鄰葉片之間及易發(fā)生干涉，導致在某些區(qū)域程序自動生成時沒有不碰撞的刀具軸。本文就是從該難點出發(fā)設計壓氣機葉輪葉片、輪轂、流道的加工工藝。(3) 在編程過程中刀具的選擇，主軸轉速、進給、吃刀量、加工余量的確定，都直接影響加工效率。針對刀軸的約束條件多,自動無法生成可靠的刀軌等問題進行加工工藝分析，確定了采用瑞士米克朗公司的海德漢系統(tǒng)五軸加工中心作為葉輪加工設備，刀具軌跡采用自曲面等值線”方式。關鍵詞：壓氣機葉輪；UG8.0；加工工藝；葉片AbstractCentrifugal compress

3、or impeller machining is the most common instances of multi-axis linkage nc machining, it is also one of the difficulties in nc machining.This paper introduces in detail the whole process of the impeller machining and processing process matters needing attention, for complex product modeling and nc

4、programming provides design ideas and methods.Main work includes the following aspects:（1）In this paper, according to the actual production situation and the demand of research, using UG8.0 software for the analysis of the impeller.Through processing module cavity milling, variable contour milling,

5、processing method of impeller impeller model of programming, simulation process and post-processing.（2）Adjacent integral impeller blade less space, with the decrease of the radius on the radial channels such as narrow processing difficulties, so the impeller blade curved surface machining besides in

6、terference occurs between the cutter and the processing blade, cutting tool is interference with the adjacent blades.（3）Tool planning constraints, automatic generation of tool path is more difficult problems, combined with practical experience, has carried on the processing technology research, iden

7、tified by Swiss m kronor company Hyde han system five axis machining center as an impeller machining equipment, tool path using since the surface contour way.Key words: Integral impeller;UG;The processing technology目 錄摘要2Abstract31. 引言42. 壓氣機葉輪結構加工工藝分析4 2.1 壓氣機葉輪結構分析4 2.2 壓氣機葉輪的技術要求6 2.2.1 對壓氣機葉輪的設計

8、制作要求6 2.2.2 對壓氣機葉輪的加工要求6 2.2.3 葉輪的加工難點73. 壓氣機葉輪毛坯的確定7 3.1 葉輪材料的選擇7 3.2 葉輪毛坯的選擇94. 壓氣機葉輪加工工藝路線設計9 4.1 加工方法的選擇 9 4.2 加工階段的劃分 105. 壓氣機葉輪的工藝設計10 5.1 機床選擇 10 5.2 定位基準、夾緊方案的確定 11 5.3 刀具選擇 12 5.4 進給路線和工步順序的確定 13 5.4.1 加工坐標系13 5.4.2 UG 加工及仿真步驟13 5.4.3 UG 加工及仿真結果與模型的比較256總結26參考文獻28致 謝291. 引言渦輪增壓器是一種空氣壓縮機，通過壓

9、縮空氣來增加進氣量。汽車離心渦輪增壓器是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸，渦輪增壓器的開發(fā)對于發(fā)動機的發(fā)展有著積極的影響，渦輪增壓器工作原理如圖2所示。而壓氣機是渦輪增壓器的主要部件，壓氣機葉輪即工作葉輪，是壓氣機的主要組成部分，在航空航天、船舶、汽車等透平機械領域被廣泛應用，一直是機械加工行業(yè)中的一個重要課題。壓氣機葉輪葉片的設計和加工通常會考慮空氣動力學、流體力學、葉片強度和葉片振動等對葉輪工作的影響。近幾年來我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對渦輪增壓器的需求量越來越大，對葉輪設計制造和性能要求也越來越高。

10、目前，葉輪的最高轉速以達10萬轉/分，這對葉輪的表面質量、致密的組織以及綜合力學性能要求也越來越高。當前，國外多采用五軸高速銑加工整體葉輪，且在技術和工藝上已經(jīng)非常成熟，主要采用專業(yè)軟件加工整體葉輪，如美國NREC公司的MAX系列 ，Hypermill葉輪加工軟件。而中國多用UG NX、CATIA、MasterCAM、PRO/E等三維軟件來加工壓氣機葉輪，在加工工藝、加工質量、加工效率方面都還有待提高。本文選用功能強大的UG NX8.0 對壓氣機葉輪進行工藝分析和加工仿真方面的研究 。窗體底端2. 壓氣機葉輪結構加工工藝分析 2.1 壓氣機葉輪結構分析 壓氣機是通過壓縮空氣來增加進氣量從而提高

11、壓氣機葉輪轉速的機械裝置。列如，汽車離心渦輪增壓器就是是利用發(fā)動機排出的廢氣的慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸，如圖2所示。當發(fā)動機轉速增大，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增加，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整發(fā)動機的轉速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。渦輪增壓系統(tǒng)如圖1所示，工作葉輪、渦輪葉輪如圖2所示。 渦輪增壓機主要包括離心壓氣機葉輪、離心式空壓機、渦輪增壓系統(tǒng)等。離心式壓氣機葉輪又稱工作輪，是離心式壓縮機中惟一對氣流作功的元件。轉子上的最主要部件。一般由輪盤、

12、輪蓋和葉片等零件組成，壓氣機葉輪模型如圖3所示。氣體在葉輪葉片的作用下，隨葉輪作高速旋轉，氣體受旋轉離心力的作用，以及在葉輪里的擴壓流動，使它通過葉輪后的壓力得到提高。在風力發(fā)電機組中，葉輪由輪轂和葉片組成。風經(jīng)過葉輪，帶動葉輪轉動，從而帶動發(fā)電機轉動，將風能轉化為電能。此時，要求葉輪轉動時有足夠大的迎風面，以從風中提取足夠多的能量;同時，在風速過大時，要能夠自動調整葉片迎風角度，避免因受力過大而損壞機械。這個過程就是旋轉的機械能-流體的動能的轉換過程。 圖1 渦輪增壓系統(tǒng)圖2 壓氣機壓氣機葉輪（左）渦輪葉輪（右） 圖3壓氣機葉輪模型 2.2 壓氣機葉輪的技術要求 2.2.1 對壓氣機葉輪的設

13、計制作要求（1）在單位時間內通過的能量要盡量的大；（2）空氣流過葉輪流道的能量損失要小，即空氣流經(jīng)葉輪的效率要高； (3)空氣流出葉輪時，各參數(shù)達到設計的要求；（4）葉輪在工作情況下轉速非常高，所以葉輪要盡量的輕，但剛性要足夠的強，這對材料的要求就較高。 2.2.2 對壓氣機葉輪的加工要求 隨著設計理論的發(fā)展，葉輪類零件工作面形狀日趨復雜，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)滿足不了一些復雜葉輪的生產(chǎn)需求。采用鑄造和焊接成型后修光的傳統(tǒng)方法生產(chǎn)葉輪，首先其模具制造的難度非常大，對焊接的工藝要求高，工藝過程復雜，制造成本高，葉片精度得不到有效保證，而且葉片的表面光潔度差，容易造成應力集中和氣蝕，葉輪的動平衡性能差。壓

14、氣機葉輪葉片薄，懸壁長度相對較長，同時由于復雜的曲面，其加工需使用細長刀具和多軸聯(lián)動機床。葉輪零件的技術要求內容與常規(guī)零件一樣，通過機床的加工精度控制葉輪的尺寸、形狀、位置、粗糙度等幾何方面的技術要求，毛坯材料的結構決定了葉輪的機械、物理、化學性能等方面的技術要求。葉輪葉片需具有良好的表面光潔度和光順性，才能提高葉輪的氣動性能。葉片表面和葉根表面對精度的要求較高，一般表面粗糙度要求應高于1.6。為了防止葉輪工作時產(chǎn)生的振動噪聲，所以對葉輪的動平衡性要求很高 ，因此在工藝設計是需要綜合考慮葉片的對稱問題，在進行CAM編程時利用UG的繞點旋轉功能生成繞圓點呈中心對稱的程序，可采用通過加工其中一個元

15、素來完成其它元素的加工。如葉輪工程圖，見附1。 2.2.3 葉輪的加工難點 為了提高葉輪的動力學和流體力學的性能，葉輪設計采用了大扭角，主葉片之間加了分流葉片，根部變圓角等結構，使得加工時極易產(chǎn)生干涉，無疑對葉輪的加工提出了更苛刻的要求。葉輪加工難點：1、葉輪加工流道較窄，會受到大扭角和分流葉片的影響。葉片較長，相對剛度低，高度隨徑向直徑的增大而增大，厚度隨徑向直徑的增大而減小，是一種典型的薄壁類零件，在加工過程中非常易發(fā)生變形，使得壓氣機葉輪加工難度增加。2、本論文加工的壓氣機葉輪，其主要參數(shù)為：葉片直徑為中85mm，葉片距最窄處葉片深度33.75mm，相鄰葉片最小間距22.975mm，進口

16、高度10mm，出口高度34mm，根部圓角3.5mm，厚度在0.561.12mm之間。綜合參數(shù)分析，加工需要用到小直徑刀具，小直徑刀具剛性差，容易折斷，控制切削深度的同時保證加工效率較為困難。3、葉輪曲面為自由曲面，保證加工表面的一致性也有一定困難。因此，為了加工合格的葉輪，必須綜合考慮此葉輪的葉片薄壁、大扭角、小刀徑的特點，規(guī)劃出一套合理的加工方案。 3. 壓氣機葉輪毛坯的確定 3.1 葉輪材料的選擇 20世紀40年代末，7系鋁合金（Al-Zn-Mg-Cu）材料就已應用于飛機制造業(yè)，以其超高強度變形、輕等特點廣泛應用于飛機、汽車、船舶等現(xiàn)代工業(yè)。鋅是7系鋁合金中的主要合金元素，加上鎂元素可使材

17、料能受熱處理，達到非常高強度特性。7075是鋁合金中最優(yōu)良的產(chǎn)品的產(chǎn)品之一，其特點有：1、可熱處理的高強度鋁合金材料；2、具有良好的機械性能，易于加工；3、質量輕，價格適中；4、耐磨性好，抗腐蝕能力強；6、非常適用于高壓結構零件的高強度材料。代表用途有航空航天、模具加工、機械設備、工裝夾具，特別用于制造飛機結構及其他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構體。綜合分析葉輪的使用性能及材料特性，本文選用7075鋁合金作為葉輪材料。7075鋁合金機械性能分析機械性能分析（Typical Mechanical Properties）鋁合金牌號及狀態(tài)拉伸強度屈服強度硬度延伸率(250MPa)(250MPa

18、)500kg力10mm球1.6mm(1/16in)厚度ALLOYAND TEMPERUltimate TensileStrengthYield TensileStrengthHardnessElongation7075-T65157250316011物理性能分析（Typical Physical Properties）鋁合金牌號及狀態(tài)熱膨脹系數(shù)（20-100）um/m.k熔點范圍（）電導率20（68F）（%ACS）電阻率20（68F）m/mALLOY ANDTEMPERAverage Coefficient OfThermal ExpansionMelting RangeElectrical

19、ConductivityElectricalResistivity7075-T65123.6475-635330.0515 3.2 葉輪毛坯的選擇毛坯的選擇要從機械加工和毛坯制造兩方面綜合考慮，以求得最佳效果。確定毛坯包括選擇毛坯種類、尺寸及制造方法等內容。常用毛坯的種類有鑄件、鍛件、壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。選擇毛坯種類的方法有：（1）根據(jù)圖紙要求的材料及機械性能選擇毛坯；（2）根據(jù)零件的功能選擇毛坯；（3）根據(jù)生產(chǎn)類型選擇毛坯；（4）根據(jù)具體生產(chǎn)條件選擇毛坯。選擇毛坯形狀和尺寸總的要求是毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量，如前所述，毛坯的形狀、尺寸越接近葉輪的設

20、計造型，所消耗的材料和加工工時越少，但過度追求形狀逼近會增加了制造毛坯的費用。因此將葉輪的材料定位7075鋁合金鑄件棒料。根據(jù)葉輪的幾何模型和加工過程中裝夾的需要，在普通車床上對棒料進行預加工，預加工后部分尺寸到位，毛培如圖4所示。圖44. 壓氣機葉輪加工工藝路線設計 4.1 加工方法的選擇 加工壓氣機葉輪的關鍵和難點是葉片、流道及根部圓角的精加工。精加工工序是壓氣機葉輪加工過程中最重要的環(huán)節(jié)，此工藝的合理與否，直接影響到整個零件的加工效率和成本，以及渦輪增壓器最終的產(chǎn)品性能。壓氣機葉輪加工，最常采用的就是高速銑削，高速銑削機床的特點，采用主軸運動結構實現(xiàn)載荷的平穩(wěn)，減小工作臺由于運動的慣性，

21、提高加工精度和效率。采用UG 8.0 中的可變輪廓銑可以完成葉輪的曲面加工，但可變輪廓銑對于壓氣機葉輪的加工存在著許多的不足，如參數(shù)的設置過于復雜、驅動方式的多樣化不利于選擇、對刀軸的控制不是很穩(wěn)定等。UG 8.0 中針對葉輪的加工，專門開發(fā)了葉輪加工模塊（MILL_MULTI_BLADE），使用起來非常方便。 4.2 加工階段的劃分 葉輪需要加工的部分主要為頂部開闊區(qū)域、流道、葉片、根部圓角四個部分。頂部開闊區(qū)域和葉片之間有大量的材料需要去除，但由于各個面的質量要求有所不同，因此在安排工序時，為了保證加工質量、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟性和和加工可行性，要按照工序集成、基準先行、先粗后精、先主后次和分面

22、加工的工藝標準來執(zhí)行。根據(jù)工藝原則的要求，將葉輪的加工劃分為三個階段：粗加工、半精加工和精加工。粗加工的目的是快速的切除葉輪各個表面大量的多余材料，分為頂部區(qū)域粗加工、流道開槽粗加工、葉片粗加工、根部圓角粗加工，加工出葉輪基本形狀。半精加工主要為了平滑粗加工留下的粗糙表面，去除拐角處多余的材料，生成加工余量比較均勻的表面，為精加工作好準備，主要有葉片半精加工、流道半精加工。精加工階段包括葉片、流道、根部圓角的精加工，它主要保證葉輪尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度，是決定葉輪加工質量的關鍵階段。 考慮到工序集成、基準先行等原則，本文采用立式五軸數(shù)控高速銑削加工，因此可以將零件的粗、精加工

23、放在同一臺機床上完成，提高加工效率，縮短加工時間，減少裝夾次數(shù)，有利于減少裝夾誤差，提高表面精度，保證葉輪的加工質量。5. 壓氣機葉輪的工藝設計 5.1 機床選擇 現(xiàn)如今，能夠完成整體葉輪加工的機床很多，如九軸車銑加工中心、五軸加工中心。本文采用米克朗公司的HSM 400U立式五軸聯(lián)動高速銑削加工中心，數(shù)控機床主要參數(shù)X軸行程300mm ，Y軸行程180mm，Z軸行程300mm，C軸旋轉范圍0360，B軸擺動范圍-110110，C軸回轉直徑180mm，主軸功率15kw，主軸最高轉速42000rpm，定位精度0.006mm/全程，重復定位精度0.003mm，刀庫容量30刀位，最大承重100kg，

24、數(shù)控系統(tǒng)為海德漢，如圖5所示。圖5 HSM 400U 5.2 定位基準、夾緊方案 高速銑削對工裝要求，使用安全可靠、體積小、質量輕、裝卸工件要簡潔方便，以減小加工時的慣性力矩對工件加工精度的影響。本文采用通用夾具：三爪卡盤。對毛培預處理后，葉輪平面基準已經(jīng)到位，在葉輪下表面墊一塊表面光潔的墊塊，用探頭找平，并將此平面設置為Z0。將葉輪平放在墊塊上，然后用三爪卡盤將葉輪緊夾牢，保證曲面部分全部露于三爪以上，使其在正確位置上保持不變，為了保證加工精度，葉輪的軸線必須與工作臺的回轉中心保持一致，即C軸找正考毛培外圓圈正，并設為Z0。最后4.3的中心孔為基準，設置加工坐標系的X0、Y0，最后完成加工加

25、工坐標系的創(chuàng)建。用M5的螺釘從葉輪中心孔穿過，旋入墊塊中，然后將螺釘拉緊，入裝配示意圖所示。裝配示意圖 5.3 刀具選擇 刀具材料對刀具的使用壽命、加工效率、加工質量和加工成本都有很大影響，特別是對于曲面加工顯得尤為重要。為提高流道開粗和流道半精加工的效率，可以選用大直徑球頭銑刀，但也要注意兩葉片間的最小距離，防止刀具干涉其他葉片；在對流道和相鄰葉片的交接部分進行清根時，選擇的刀具半徑小于流道和葉片相接部分的最小倒圓半徑。米克朗HSM 400U采用的是HSK高速刀柄，由于加工時葉片的紋理要求所使用的刀具切削刃長度應大于70mm，刀具總長度應大于120mm。在數(shù)控機床中，從經(jīng)濟性、適應性、多樣性

26、、工藝性及現(xiàn)有的生產(chǎn)條件等各方面考慮，本文采用整體硬質合金涂層刀具進行加工。硬質合金刀具綜合效果都優(yōu)于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石等。由于鎢系硬質合金刀具的強度、韌性和導熱性較好，所以適于加工產(chǎn)生斷續(xù)切削的脆性材料脆性材料，如鑄鐵、有色金屬及合金、膠木及其他非金屬材料。所以葉輪粗加工時可選用碳化鈦含量低的鎢系硬質合金；精加工時選用碳化鈦含量高的鎢系硬質合金。粗、半精、精加工時為復雜的不規(guī)則曲面，選用球頭銑刀事半功倍，其刀具頭部加圓弧有利于加工成型葉根過渡面及流道面。球頭銑刀選用錐形球頭銑刀，它有利于提高刀具的剛性，彎曲厲害的葉片可以采用鼓形刀加工。 5.4 進給路線和工步順序的確定 5.4.1

27、 加工前的準備一、 初始化環(huán)境創(chuàng)建 打開葉輪模型，單擊“開始”按鈕，在下拉菜單中選著【加工】命令，彈出“加工環(huán)境”對話框，然后在“CAM會話配置”中選擇“cam_general”，在“要創(chuàng)建的CAM設置”中選擇“mill_multi_blade”，單擊“確定”，完成初始化環(huán)境創(chuàng)建。 二、創(chuàng)建加工父及組（1） 創(chuàng)建加工幾何組創(chuàng)建加工坐標系，加工坐標系按照定位基準、夾緊方案的敘述執(zhí)行。加工坐標系、設計坐標系、檢驗坐標系一致，如圖6所示。創(chuàng)建安全平面，以葉輪頂面為基準偏置50mm設為安全平面。創(chuàng)建部件幾何體（WORKPIECE），選著葉輪為部件幾何體；創(chuàng)建毛培幾何體，毛培幾何體選擇車床預處理過的毛培

28、，如圖6所示。在WORKPIECE組下創(chuàng)建葉輪幾何體（MULTI_BLADE_GEOM），選擇葉轂、包裹、葉片、葉根圓角和分流葉片，如圖 7所示。（2） 按工序表的要求創(chuàng)建刀具組，特別注意區(qū)分粗加工刀具和精加工刀具的管理。（3） 設置加工方法組設置粗加工（MILL_ROUGH）、半精加工（MILL_SEMI_FINISH）、精加工（MILL_FINISH）中的余量參數(shù)、公差參數(shù)等。圖6 圖7 5.4.2 UG 加工及仿真步驟 1、工序1葉輪頂部開闊區(qū)域加工粗加工，粗加的目的是快速切除毛坯余量，重點考慮是加工效率，要求大的進給量和切削深度都要盡可能的大，以最短的時間內切除盡可能多的余量。葉輪頂部

29、開闊區(qū)域余量較多，所以先采用“型腔銑”的方式去除多余的材料，節(jié)省時間成本。參數(shù)計算：該工序選用硬質合金刀具，其線速度，算得轉速n=7598r/min，帶入n=7598r/min、Z=4、=0.1得到=3183.2mm/min。在UG加工狀態(tài)下，在“創(chuàng)建操作”對話框中，選擇類型“MIL_CONTOUR”建立機床控制操作，再選擇子類型“CAVITY_MILL” 型腔銑。選用12R1的硬質合金圓角銑刀粗加工，切削方式采用“ 跟隨部件”，背吃刀量的0.1mm，刀具與刀具之間的步距為刀具直徑的75%，部件側面余量1mm，切削層設置為頂面向下12.3873mm。復制粗加工程序，將刀具改為12的立銑刀精加工

30、頂部開闊區(qū)域。 工序1的具體內容如表1、2所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖7所示。加工方式CAVITY MILL刀具規(guī)格12R1刀具材料硬質合金主軸轉速r/min7598加工余量mm0.5進給速度mm/min3183.2表面速度mm/min300表1加工方式CAVITY MILL刀具規(guī)格12刀具材料硬質合金主軸轉速r/min9549加工余量mm0進給速度mm/min1909.8表面速度mm/min300切削寬度mm0.5切削深度mm0.5注意：下刀前一定要確保創(chuàng)建的加工坐標系無誤。表2圖7程序：=信息列表創(chuàng)建者： wujinwen日期： 28/4/2015 AM 11:29:06當前工作部件

31、： C:UserswujinwenDesktopwujinwen2015-4-10PART.prt節(jié)點名： wujinwen-pc=; Machine: (MIKRON-HSM400U); Part No: C:UserswujinwenDesktopwujinwen2015-4-10PART.prt; Programmer: wujinwen; Part File Name: C:UserswujinwenDesktopwujinwen2015-4-10PART.prt; AUTHOR:WUJINWEN DATE:2015-04-28; Path Name: CAVITY_MILL; Too

32、l Number: 0; Tool Name: D12 D= 12.0 R= 1.00 L=75.00 STOCK=0.50BEGIN PGM 100 MMBLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z-20.BLK FORM 0.2 X100. Y100. Z0.0M129 ; TCPM OFFM127 ; SHORTER PATH TRAVERSE OFFCYCL DEF 7.0 DATUM SHIFTCYCL DEF 7.1 X+0CYCL DEF 7.2 Y+0CYCL DEF 7.3 Z+0M11 M16TOOL CALL 0 Z S10000M13L B0 C0 F3000M

33、128 F15000 ; TCPM ONM126 ; SHORTER PATH TRAVERSE ONL X33.619 Y2.159 B0.0 F MAXL Z92.866 F MAXL Z75.866 F MAX.2、工序2葉輪開槽，此工序去除的材料非常多，用4錐度為4的錐度球刀。取線速度，=0.1，經(jīng)過計算得到主軸轉數(shù)和進給如表3所示。用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“多葉片粗加工（MULIT_BLADE_ROUGH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方發(fā)參數(shù)設置如圖8所示，在精加工時特別要注意相切延伸和徑向延伸的配合使用；“切削層”

34、設置如圖9所示；刀軸設置為“插補矢量”避免過切，如圖10所示；葉片余量、葉轂余量均為1mm；進給、轉速詳見表3。 圖8 圖9 圖10 工序2的具體內容如表3所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖11所示。加工方式MULIT_BLADE_ROUGH刀具規(guī)格4錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min11937加工余量mm0.5進給速度mm/min2387.4表面速度mm/min150切削時間min128切削深度mm33mm注意：開粗時，要注意加工時間的把握，在調好首件后，在不影響刀具的和切削的情況下可以提高進給和主軸速度，以提高加工效率；時刻注意刀具的狀態(tài)。表3圖11 3、工序3葉輪大小葉片的粗

35、加工，因為開槽后葉片表面非常粗糙，利用該工序光整葉片表面，為后面的工序做準備。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=10000/min，=800mm/min。用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“葉片精加工（BLADE_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方發(fā)參數(shù)設置如圖11所示，分流葉片的參數(shù)設置與主葉片的一致；“切削層”設置如圖12所示；刀軸設置為“自動”；葉片余量、葉轂余量均為0.5mm；進給、轉速詳見表4。 圖11 圖12 工序3的具體內容如表4所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖13所示。加工方式BLADE_FINI

36、SH刀具規(guī)格4錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min10000加工余量mm0.5進給速度mm/min800表面速度mm/min94加工時間min56.3切削深度mm0.5表4圖13 4、工序4葉輪流道的粗加工，葉輪大小葉片的粗加工，因為開槽后葉片表面非常粗糙，利用該工序光整葉片表面，為后面的工序做準備。取，=0.033，Z=3，帶入公式，算得轉速n=12000/min，=1200mm/min用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“葉轂精加工（HUB_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方法為“葉轂精加工”，注意前緣參數(shù)的設置，

37、切削模式為往復，其它參數(shù)如圖14；刀軸設置為“自動”；葉片余量、葉轂余量均為0.8mm；進給、轉速詳見表5。 圖14 工序4的具體內容如表5所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖15所示。加工方式HUB_FINISH刀具規(guī)格4錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min12000加工余量mm0.5進給速度mm/min1200表面速度mm/min150加工時間45min切削深度mm0.5表5圖15 5、工序5葉輪根部圓角的粗加工，葉輪流道的粗加工，葉輪大小葉片的粗加工，因為開槽后葉片表面非常粗糙，利用該工序光整葉片表面，為后面的工序做準備。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=10000/

38、min，=800mm/min。用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“圓角精加工（BLEND_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方法為“圓角精加工”，注意“驅動模式”選擇“參考刀具”其它參數(shù)如圖16；刀軸設置為“自動”；葉片余量0.2mm；進給、轉速詳見表6。 圖16工序5的具體內容如表6所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖16所示。加工方式BLEND_FINISH刀具規(guī)格4錐度4的球刀1刀具材料硬質合金主軸轉速r/min10000加工余量mm0.5進給速度mm/min800表面速度mm/min125切削時間33min切削深度mm0.

39、5表6圖16 6、工序6葉輪葉片的半精加工，半精加工和粗加工相似，半精加工利用更小的刀具，更密的的刀軌，葉片的表面質量大大提高。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=120000/min，=1000mm/min用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“葉片精加工（BLADE_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方發(fā)參數(shù)設置如圖11所示，分流葉片的參數(shù)設置與主葉片的一致；“切削層”中每刀深度變?yōu)榈毒咧睆降?5%；刀軸設置為“自動”；葉片余量0.2mm；進給、轉速詳見表7。工序6的具體內容如表7所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖17

40、所示。加工方式BLADE_FINISH刀具規(guī)格3錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min12000加工余量mm0.2進給速度mm/min1000表面速度mm/min300切削時間102min切削深度mm0.3表7圖17 7、工序7流道精加工，流道粗加工后輪轂的表面質量達不到使用要求，需要進一步減小步距來提高表面質量。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=10000/min，=800mm/min。用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“葉轂精加工（HUB_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方法為“葉轂精加工”，注意前緣參

41、數(shù)的設置，切削模式為往復，其它參數(shù)如圖18所示；刀軸設置為“自動”；葉片余量、葉轂余量均為0mm；進給、轉速詳見表5。工序7的具體內容如表8所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖19所示。加工方式HUB_FINISH刀具規(guī)格3錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min10000加工余量mm0進給速度mm/min800表面速度mm/min125切削時間78min切削深度mm0.5表8 圖18圖19 8、工序8葉輪葉片精加工，繼承葉片半精加工的基礎，繼續(xù)對葉片進行精加工，以達到最后葉輪的技術要求。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=10000/min，=800mm/min。具體操作如下：

42、用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“葉片精加工（BLADE_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方發(fā)參數(shù)設置與半精加工相同，分流葉片的參數(shù)設置與主葉片的一致；“切削層”中每刀深度變?yōu)榈毒咧睆降?5%；刀軸設置為“自動”；葉片余量0.0mm；進給、轉速詳見表7。工序8的具體內容如表9所示。生成的刀具路徑和加工仿真如圖20所示。加工方式BLADE_FINISH刀具規(guī)格3錐度4的球刀刀具材料硬質合金主軸轉速r/min12500加工余量mm0進給速度mm/min850表面速度mm/min157切削時間170min切削深度mm0.2表9圖2

43、0 9、工序9葉輪根部圓角精加工，此時根部圓角精加工主要考慮圓角半徑和刀具半徑的大小，理論上是刀具半徑越小越好，但實際的加工中刀具半徑越小刀具剛性就越低，不利于加工。因為根部圓角為3.5mm所以采用3的錐度球刀完全可以達到加工要求，精加工時用為精加工準備的新刀。取，=0.04，Z=3，帶入公式，算得轉速n=10000/min，=800mm/min。用MILL_MULTI_BLADE模塊中的“圓角精加工（BLEND_FINISH）”。幾何體選擇“MULTI_BLADE_GEOM”承接設置好的葉輪幾何體；驅動方法為“圓角精加工”，注意“驅動模式”選擇“參考刀具”其它參數(shù)如圖16；刀軸設置為“自動”

44、；葉片余量0.2mm；進給、轉速詳見表10。加工方式CAVITY MILL刀具規(guī)格3錐度4的球刀具材料主軸轉速r/min12500加工余量mm0進給速度mm/min850表面速度mm/min113切削時間36min切削深度mm0.5表10 圖21 5.4.3 UG 加工及仿真結果與模型的比較圖226. 總結本文利用UG NX8. 0軟件對壓氣機葉輪進行了加工仿真，合理選擇了加工使用的刀具和機床，并針對流道和葉片的幾何特征確定了刀軸的控制方式，選擇了適當?shù)牡毒哕壽E驅動方法進行了流道和葉片的加工，生成的加工刀軌。文中介紹在對流道、根部圓角的加工時刀軸驅動采用“插補矢量”?？梢钥刂戚敵龊芎玫募庸さ盾?/p>

45、，加工出來的曲面質量相當高。避免刀軌發(fā)生干涉是五軸加工的難點和重點，本文對對流道和底部圓角加工時對刀具的進退倒進行了控制，依據(jù)葉輪的特征，區(qū)域之間快速移動時以球的方式控制刀軸的移動，使刀軌變的更清晰，這樣不僅提高加工效率，而且使加工變的更加安全。本文的主要工作總結如下：(l) 本文利用立式五軸高速加工中心加工葉輪方法,經(jīng)過實驗表明了方法的可行,提高了加工效率,更好地保證了各表面的相互位置精度。(2) 數(shù)控加工的仿真防止了刀具與機床的干涉,驗證了程序的正確性,實現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。(3) 通過加工實驗表明,所設計的零件采用五軸機床在加工時正確地安裝、對刀、試切，程序的正確才能保證加工質量。附1：

46、參考文獻：1 濮良貴，紀名剛.機械設計.8版.北京：高等教育出版社，2006.2 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理.7版.北京 ：高等教育出版社，2006.3 吳宗澤.機械設計課程設計手冊.3版.北京：高等教育出版社，2006.4 楊曉蘭.機械設計基礎課程設計.武漢：華中科技大學出版社，2007.5 郝利劍，翟峰，張云杰.Pro/ENGINEER Wildfire機械零件設計專業(yè)教程.北京：清華大學出版社，2004.6 何滿才. 三維造型設計：Pro/ENGINEER Wildfire 中文版實例詳解.北京：人民郵電出版社，2005.7 郝文化，等. Pro/ENGINEER 造型與應用實踐教程.北京：清華大學出版社，2005.8 李絎. Pro/ENGINEER 工程建模實例與技巧.西安：西安電子科技大學出版社，2004.9 孫巖.機械設計課程設計.北京理工大學出版社,200710 吳青松.數(shù)控編程與加工技術.哈爾濱工程大學出版社.201011中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：第5卷，鑄造工藝M.2版.北京：機械工業(yè)出版社，2003. 12張毅.鑄造工藝CAD及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1994.13顏永年，單