數(shù)控銑削自動編程

章節(jié)內(nèi)容班級學(xué)習(xí)情境五“葉輪”零件的自動編程日K/月項目二葉輪的自動編程(五軸)學(xué)時工作任務(wù)：根據(jù)下圖所示，完成其造型設(shè)計，并實現(xiàn)其多軸加工。768768技術(shù)要求：國溶處理技術(shù)要求：國溶處理0b>230MPafBB>110.粗車很行超聲娜傷，夜有賦，夾渣等蜥林輔.超建試金3分朝(28OOQr/o>iii),黃速苜子午象瓦埼再及內(nèi)孔修余普.5項而型眥楸文件.悻底醐面線坐膈X1X1188.27.68?81698.29379.229.19■.74.821036570.51W666311.S7762.2215.68湖17.93吊54.5820.55W51.07四46!1邱26.6512叫.8930.1313422911871437.861533]?42051637.03叫1750.91183655.45193660.012036643264326頃

壓力曲面A樣條壓力曲面B樣條吸力曲面A樣條吸力曲面B樣條XYZXYZXYZXY231.979LC,53761.92050.14425.8176L92029,51620.6116L92047,28230.747"92033.38313.48858.67851.51722.95459.8153L34817.69458.69548.98127.95959.79134.46410.38955.36152.72320,03057.69232.86614.69555.38250.51025.09257.63635.3887.36151.93153.76117.05355.5523119311.70051.98451.86822.15555.46536.3474.57548.31354.62314.04553.37935.5198.87148.44753.04219.15353.27237.4802.23144.44555.32711.04251.14436.9276.37844.69754.07216.12651.04338.9730.60440.34155.9938.08648.83438.5724.52040.69055.05013.12348.75840.931-0,3413&21556,7095.25246.39140,5953.4153如57756.02710.17346.40443.333-0.96732.26657.5402.66043.72843.0322.71432.59857.0737.36643.91146.132-1.40828.55958.6240.49540.79345.8562.23428.84958.2724.87441.16949.25-1,70325.12760.100-1.03037.63949.0281.91825.37059.7712.95038.13952.730-1.89021.99262.035-1.76134,44952,5041.72022.18661.7121.93634.92956.438-1.989L9.16164.351-1.8933L43256.2421.61?19.30764.0371.69Q31.81560.363-1.95116.63866.971-1.75428.67160.2001.64416.73966.6781.83328.95364.467=1.78914.42369.841=1.72526.16964.3431.79714.48569.5911.88326.36768.722-1.82412.51072.909-2.07323.94168.6431.79212.54372.723L59224.06973.076-2,29510.90276.111=2.74521.99273,0511.35510.91976.0090.96722.07277.468-3.1849.60379.408-3.66420.32177.5040.5089.61079.3990.08320.36681.854T.4228.60382.774-4.76418.9188L958-0.6838.60582.861-0.99518.93686.193-5.9847.89186.192-5.99417.77086.372-2.1887.89186.371-2.22217.771學(xué)習(xí)目標(biāo):1、 學(xué)習(xí)“葉輪”零件造型的繪制和編輯2、 “葉輪”造型（多軸）加工方法的綜合應(yīng)用3、 通過各工作項目的完成，培養(yǎng)學(xué)生具備對復(fù)雜曲面自動編程和多軸加工的能力重點難點1、 三維造型的設(shè)計2、 選擇合適的多軸加工方法教學(xué)手段多媒體教學(xué)、仿真軟件教學(xué)【任務(wù)一】工藝分析整體式葉輪，作為動力機(jī)械的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于航天航空等各領(lǐng)域，其加工技術(shù)一直是制造業(yè)中的一個重要課題。傳統(tǒng)的葉輪加工方法是葉片與輪轂采用不同的毛坯，分別加工成形后將葉片焊接在輪轂上。該工藝不僅費時費力，且難以保證葉輪的各種性能。目前，較重要用途的葉輪都是由非可展直紋面和自由曲面構(gòu)成的，葉輪葉片的型面非常復(fù)雜。為提高整體葉輪的加工質(zhì)量和工效，充分滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，高速銑削技術(shù)、多軸尤其五軸數(shù)

控機(jī)床及CAM技術(shù)被廣泛應(yīng)用。利用四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行葉輪加工，既可以保證刀具的球頭部分對工件進(jìn)行準(zhǔn)確地切削，又可以利用其轉(zhuǎn)動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。整體葉輪具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量種類繁多、對發(fā)動機(jī)性能影響大、設(shè)計研制周期長、制造工作量大等特點。加工整體葉輪時刀具軌跡規(guī)劃的約束條件比較多，相鄰葉片空間較小，加工時極易產(chǎn)生碰撞干涉，自動生成無干涉刀位軌跡較困難。對于葉輪的五坐標(biāo)加工，國外一般采用整體葉輪的五坐標(biāo)加工專用軟件，例如美國NREC公司的MAX-5、MAX-AB葉輪加工專用軟件，瑞士Starrag數(shù)控機(jī)床整體葉輪加工模塊，OPENMIND公司Hypermill的葉片（含葉盤）、葉輪（含閉式葉輪）等航空航天專用模組，英國DELCAM公司的PowerMILL軟件等。目前，我國大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家多數(shù)采用國外大型CAD/CAM軟件，如UGNX、CATIA、MasterCAM等。本文選用國產(chǎn)CAXA制造工程師對復(fù)雜曲面整體葉輪進(jìn)行加工軌跡規(guī)劃。一、葉輪工藝分析葉輪結(jié)構(gòu)可分為輪轂曲面（Hub）以及葉片曲面（Blade）兩部分，葉片又包含包覆曲面（ShroudSurface）、壓力曲面（PressureSurface）和吸力曲面（SuctionSurface），如圖5-32所示。旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成；經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸Z的設(shè)計基準(zhǔn)面為圖5-32葉輪模型結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成；經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸Z的設(shè)計基準(zhǔn)面為圖5-32葉輪模型結(jié)構(gòu)子午面；中性面是處于葉片壓力面和吸力面中間位置的曲面。對于輪轂曲面和包覆曲面，可分別由葉片根部曲線和葉片頂部曲線繞Z軸回轉(zhuǎn)而成，故在整體葉輪的建模過程之中，把葉片的建模放在輪轂曲面和包覆曲面建模之后。葉輪類零件構(gòu)成的一般形式是若干組葉片均勻分布在輪轂的曲面上。一組葉片中可能只有一種類型的葉片，也可能有若干種葉片。前一種情況的葉片分布稱為等長葉片，后一種的葉片形式主要指含有小葉片，一般稱為交錯葉片。根據(jù)葉片型面特征，依刀具與曲面接觸的方式分類，五坐標(biāo)數(shù)控銑削加工葉片型面可分為“線接觸（側(cè)刃銑）”和“點接觸”兩類成形方式。但對于側(cè)刃銑來說刀具的整個側(cè)邊與葉片相接觸，對薄葉片加工時的回彈影響大。所以側(cè)銑加工該類葉片只是近似的加工方法。對于點接觸，這種方法有一些不可避免的缺點：對于彎曲程度較厲害的葉片，由于葉片空間距離較近，加工過程中與相鄰葉片間的干涉很難避免；但“點加工”要比“線加工”在加工薄葉片時產(chǎn)生的回彈小，故在加T邊圓角時，采用的是“點加工”方式。所以在葉輪的整體加工中加工方式是采用“點加工”與“線加工”相結(jié)合。本實例中，需要對整體葉輪的流道、葉片和圓角主要曲面進(jìn)行加工，如圖5-33所示。圖5-33整體葉輪的加工內(nèi)容另外，在葉片之間有大量的材料需要去除。為了使葉輪滿足氣動性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結(jié)構(gòu)，這給葉輪的加工提出了更高的要求。根據(jù)本例具體情況加工難點如下：（1） 加工槽道變窄，葉片相對較長，剛度較低，屬于薄壁類零件，加工過程極易變形。（2） 槽道最窄處葉片深度超過刀具直徑的8倍以上，相鄰葉片空間極小，在清角加工時刀具直徑較小，刀具容易折斷，切削深度的控制也是加工的關(guān)鍵技術(shù)。（3） 本例的整體葉輪曲面為自由曲面，流道窄，葉片扭曲比較嚴(yán)重，并且有明顯的后仰趨勢，加工時極易產(chǎn)生干涉，加工難度較大。有些葉輪由于有副葉片，為了避免干涉，要分段加工曲面，因此，保證加工表面的一致性也有困難。整體葉輪加工技術(shù)要求包括尺寸、形狀、位置、表面粗糙度等幾何方面的要求，也包括機(jī)械、物理、化學(xué)性能的要求。再對葉輪進(jìn)行加工前，必須對葉輪毛坯進(jìn)行探傷檢查。葉輪葉片必須具有良好的表面質(zhì)量。精度一般集中在葉片表面、輪轂的表面和葉根表面，表面粗糙度值應(yīng)小于Ra0.8〃m截面間的型面平滑過度，另外葉身的表面紋理力求一致，一致的流水線是最好的紋理表面，但這樣又限制了走刀方向，從而在一定程度上限制了加工的刀具軌跡。整體葉輪在工作中為了防止振動并降低噪音，對動平衡性的要求很高，因此在加工過程中要綜合考慮葉輪的對稱問題，在進(jìn)行CAM編程時可利用葉片，流道等關(guān)于葉輪旋轉(zhuǎn)軸的對稱性的加工表面，可采用對某一元素的加工來完成對相同加工內(nèi)容不同位置的操作，如本例應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)陣列加工的操作。另外，應(yīng)盡可能減少由于裝夾或換刀造成的誤差。根據(jù)葉輪的幾何結(jié)構(gòu)特征和使用要求（如圖5-32），其基本加工工藝流程為：（1） 鍛壓鋁材形成毛鍛件;（2） 車削加工毛鍛件；（3） 荒加工流道；（4） 半精加工流道；（5） 葉片精加工；

（6） 精加工流道；（7） 對倒圓部分進(jìn)行清根?！救蝿?wù)二】零件造型一、葉輪零件造型本任務(wù)所涉及到的整體葉輪模型如工作任務(wù)圖所示。根據(jù)任務(wù)一對整體葉輪所做的分析，針對葉輪模型的構(gòu)建，本文主要分輪轂面（即葉輪底面）及壓蓋面、葉片和外包覆面三個部分來完成。（一）葉輪底面（二）葉片型面葉片倒角處一、設(shè)計加工模型 圖5-51葉片倒角處曲面為了保證編制的刀具軌跡的合理性，在這里引入加工模型的概念。以下主要涉及葉輪底面加工模型、葉片加工模型和葉輪毛坯模型的構(gòu)建。葉輪底面輔助模型

葉片加工模型針對CAXA制造工程師五軸葉輪加工模塊，主要涉及包含葉輪流道、單個葉片，上述步個葉片加工模型。驟我們構(gòu)造了葉輪底面曲面，此步主要從加工模塊的角度出發(fā)，構(gòu)造個葉片加工模型。葉片毛坯模型通過對葉輪零件的工藝分析，對于葉輪加工的毛坯為通過車加工完成的回轉(zhuǎn)體?！救蝿?wù)二】 加工參數(shù)設(shè)置對于葉輪的加工，本任務(wù)主要采用CAXA制造工程師的5軸加工功能來完成。從工作任務(wù)圖可以看出，針對葉輪這種復(fù)雜曲面的特殊零件，CAXA軟件提供了兩種專門的加工方案，即葉輪粗加工和葉輪精加工。從工藝安排上，本次練習(xí)主要借助上述兩種加工策略，分葉輪粗加工、葉片半精加工、葉片精加工和葉輪流道精加工（即葉輪底面精加工）的工藝路線來完成。關(guān)于上述兩種葉輪加工策略會在隨后的講解中進(jìn)一步說明。葉輪粗加工葉片半精加工葉片精加工葉輪流道精加工【任務(wù)三】 自動編程與仿真（一）軌跡仿真由于CAXA制造工程師針對葉輪加工目前暫且不支持實體仿真，所以在CAXA環(huán)境下，本文只能借助線框仿真對葉輪加工刀具軌跡進(jìn)行仿真。當(dāng)然我們可以借助Vericut第三方仿真軟件對葉輪多軸加工軌跡和程序進(jìn)行仿真校驗，這部分內(nèi)容將在后續(xù)版本中進(jìn)行詳細(xì)介紹。選擇【加工】一【線框仿真】，在彈出的立即菜單中，選擇“實體顯示刀具”、“顯示刀具、刀柄和軌跡”、“連續(xù)向前運行”，“仿真單步長”和“一次走步數(shù)”分別選取默認(rèn)值‘4”和“1”。1B3J32ZE1B3J32ZE幾仰*（二）生成加工程序小Z2Z、V0志0980