扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計與數(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)計與數(shù)控編程【葉輪】【說明書+CAD+UG+仿真】,葉葉,參數(shù),設(shè)計,數(shù)控,編程,說明書,仿單,cad,ug,仿真 編號： 開題報告 題 目： 扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計 與數(shù)控編程 院 （系）： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 姓 名： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 ¨工程設(shè)計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) ¨應用研究 2014年2月14日 （此頁不打?。? 開題報告填寫要求 ? 1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見審查后生效。 ?2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫，或按教務部統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見。 ?3．學生查閱資料的參考文獻應在10篇及以上（不包括辭典、手冊），開題報告的字數(shù)要在1500字左右。 ?4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2008年3月10日”或“2008-03-10”。 5. 開題報告每一頁表格頂端必須保留表頭“畢業(yè)設(shè)計（論 文）開題報告”字樣，封面、末頁除外。 6. 各個表格內(nèi)（1-4欄）所填寫內(nèi)容要求：與表頂橫線空一行，首行縮進2字符，小4號宋體，行距20磅。“5．已查閱參考文獻”要求見空欄內(nèi)。 7. 末頁（意見）獨立成一頁。 ?（在填寫、打印時，請將底色為黃色的內(nèi)容及相關(guān)說明文字刪掉。） 畢業(yè)設(shè)計（論 文）開題報告 1．本課題的目的及研究意義 整體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雜零件，它在能源動力、航空航天、石油化工、冶金等行業(yè)中均有廣泛應用，如航空發(fā)動機上的整體葉輪、坦克發(fā)動機增壓器葉輪、水泵及壓縮機葉輪等。這類零件的設(shè)計涉及到空氣動力學、流體力學等多個學科，曲面加工手段、加工精度和加工表面質(zhì)量對其性能參數(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)計理論的發(fā)展，扇葉類零件工作面形狀日趨復雜，模具制造的難度比較大，工藝過程復雜，制造成本高，葉片精度難以保證，而且葉片的表面光潔度差，容易造成應力集中，產(chǎn)生氣蝕，扇葉的動平衡性能差。整體扇葉由于特殊的用途通常選用彈性模量較大、機械性能較好的合金材料，材料的加工性能特殊。扇葉葉片薄，但懸壁長度相對較長，同時由于復雜的空間幾何形狀，其加工需使用細長刀具和多軸聯(lián)動機床。所以，扇葉從產(chǎn)品設(shè)計、加工制造到維修長期以來一直是困擾廣大科技人員的技術(shù)難題，扇葉的加工技術(shù)一直受到國外的嚴密封鎖。 傳統(tǒng)的經(jīng)驗方設(shè)計法可概述如下:軸流風扇扇葉主要采用經(jīng)驗公式推導進行CAD/ CAM設(shè)計,然后利用CNC多軸機床加工，銑削出外形進行風洞實測。 五軸數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應用范圍最廣的技術(shù)。在復雜曲面的高效、精密、自動化加工方面，五軸聯(lián)動加工更是具有三軸加工所不能比擬的的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 1)五軸加工可有效地避免刀具千涉，加工三軸機床難以加工的復雜零件; 2)對于直紋面的加工，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于工件具有良好的切削狀態(tài); 5)對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)國內(nèi)外學者的研究熱點之一。并且，也一直受到西方國家對我國的技術(shù)封鎖。因為許多先進武器裝備的制造，如飛機、導彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開高性能數(shù)控機床的加工。五軸編程技術(shù)是五軸加工技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。在此對數(shù)控編程技術(shù)的各方面內(nèi)容做一簡單概述。 2．本課題的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 早在七十年代初我國的幾家大型企業(yè)就開始將數(shù)控機床用于整體扇葉和葉輪的加工上。目前，我國已有越來越多的廠家開始采用鍛造毛坯后多坐標NC加工成型的方法加工扇葉和葉輪，尤其是國防工業(yè)中所用的關(guān)鍵扇葉，如火箭發(fā)動機的轉(zhuǎn)子、風扇，飛機發(fā)動機的渦輪等。目前都已采用多坐標數(shù)控機床加工。國內(nèi)所用的機床大多是引進的具有國際先進水平的四、五軸聯(lián)動數(shù)控機床。目前國內(nèi)外葉輪數(shù)控方法大致分為兩大類點銑法和側(cè)銑法。尤其對直紋葉片曲面的扇葉，在國外已廣泛采用側(cè)銑法進行加工，加工效率及精度都較高，已較成熟。 在編程方面，扇葉五坐標加工專用軟件主要有美國NREC公司的MAX一5，MAX一AB葉輪加工專用軟件，瑞士Starrag數(shù)控機床所帶的葉輪加工模塊，還有HyPerMin等專用的扇葉加工軟件。此外，一些通用的軟件如:UG、以TIA、PRO/E等也可用于葉輪的加工。目前，國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家，多采用國外引進的以D/CAM軟件，如EUCL工D、IDEAS、UG等。利用這些軟件，在輸入扇葉有關(guān)參數(shù)時，可以產(chǎn)生要加工的扇葉的數(shù)控加工程序?？傮w上我國扇葉加工領(lǐng)域的研究與應用同發(fā)達國家相比還有很大差距，很多企業(yè)的軟、硬件都依靠進口，但國外這類軟件價格昂貴，國內(nèi)大多數(shù)廠家難以承受，同時這類軟件一般采用封裝技術(shù)，難以取得其核心技術(shù)，一旦產(chǎn)品型號改變，則很難編制相應數(shù)控程序。 而在國內(nèi)此方法尚在探索階段，應當成為工藝人員的研究方向。與此相應，國外用于扇葉的數(shù)控加工軟件已較為成熟，但對于國內(nèi)大多數(shù)廠家來說價格難以承受；而國內(nèi)的數(shù)控加工軟件功能及穩(wěn)定性尚需進一步提高。相信在不久的將來國內(nèi)外葉輪加工廠家必將以高效、高質(zhì)的側(cè)銑工藝代替效率及質(zhì)量都很低下的點銑加工，我國的扇葉生產(chǎn)也將跨上一個新的臺階。 實踐證明，UGnx為用戶提供了從定位5軸到多軸聯(lián)動的全方位加工功能，結(jié)合2.5軸至3軸銑削/鉆孔功能，5軸加工為用戶提供仿真和在加工方向上編輯刀具的位移功能。5軸聯(lián)動銑削包括粗加工、控制前傾角、側(cè)傾角的精加工、側(cè)刃銑削以及刀長較短時的自動傾斜功能。5軸銑削能夠有效提高加工效率，延長刀具的使用壽命，并可以產(chǎn)生高精度的曲面。  3．本課題的研究內(nèi)容 1、課題主要內(nèi)容 （1）運用UGNX建立扇葉的三維模型。 （2）扇葉零件加工工藝編程； （3）CAM刀路設(shè)計及優(yōu)化； （4）扇葉在機床上數(shù)控銑削加工的NC編程、G代碼后置處理； （5）扇葉零件用VERICUT模擬加工； （6）在機床加工零件。 2、課題主要要求 （1）扇葉零件的3D設(shè)計； （2）加工工藝分析及工藝規(guī)程的編制； （3）CAM刀路設(shè)計及優(yōu)化； （4）扇葉在機床（上數(shù)控銑削加工的，NC編程、G代碼后置處理及刀路仿真，并進行加工驗證； （5）撰寫文獻綜述、開題報告； （6）撰寫設(shè)計說明書一份； 4．本課題的實行方案、進度及預期效果 （1） 查閱資料、撰寫文獻綜述、撰寫開題報告（2.5周）； （2） 畢業(yè)調(diào)研及撰寫畢業(yè)調(diào)研報告（1.5周）； （3） 畢業(yè)設(shè)計（9周），其中：總體方案（1周），扇葉的三維造型（1周），加工工藝分析及工藝規(guī)程的編制（2.5周），CAM刀路設(shè)計及優(yōu)化（1.5周），NC編程，G代碼后置處理及刀路仿真，加工驗證（3周）； （4） 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書并將初稿交導師評閱（1.5周）； （5） 指導老師評閱、學生修改及打印說明書（0.5周）； （6） 評閱老師評閱設(shè)計說明書、學生準備答辯（0.5周）； （7） 畢業(yè)答辯（0.5周）。  5、已查閱參考文獻：（10篇以上中文，至少1篇英文） [1]全榮.五坐標聯(lián)動數(shù)控技術(shù).長沙:湖南科學技術(shù)出版社，1995. [2]劉雄偉.數(shù)控加工理論與編程技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，2003. [3]周濟，周艷紅.數(shù)控加工技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社，2002. [4]劉雄偉，張定華等.數(shù)控加工理論與編程技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，1994. [5]王隆太.機械CAD/CAM技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，2004. [6]孔慶復.計算機輔助設(shè)計與制造.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997. [7]唐榮錫，汪嘉業(yè)等.計算機圖形學教程.北京:科學出版社，2001. [8]李明雪，劉小川等.UGCAM12.0基礎(chǔ)與實例教程.北京:化學工業(yè)出版社,2008. [9]李云龍，曹巖.數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)VERICUT.西安:西安交通大學出版社，2005. [10]呂鳳民.后置處理算法及基于UG/即Open GRIP下的程序開發(fā).大連理工大學碩士學位論文.2005. [11]丁勇，耿小強，陳剛一種特殊結(jié)構(gòu)的五軸數(shù)控機床的后置處理算法與軟件實現(xiàn).CAD/C枷與制造業(yè)信息化，2005，l:77.78. [12]馮顯英，葛榮雨.五坐標數(shù)控機床后置處理算法的研究.工具技術(shù)，2006，40(4):44-46. [13]C.Lartigue，E.Duc，A.Affouard.Tool path deformation in 5.axis flank milling using.envelop surface.Computer.Aided Design，2003，35:375.382. [14]Yen.Hung Chen，Yuan.Shen Lee，and Shu.Cherng Fang.Optimal cutter selection and machining Plane determination for Process Planning and NC machining of complex surface.Journal of Manufacturing systems，1998，17(5):371一388. 畢業(yè)設(shè)計（論 文）開題報告 指導教師意見 指導教師： 年 月 日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 年 月　　日 系審查意見 系領(lǐng)導（公章）： 年 月 日 說明書 題 目： 扇葉葉片參數(shù)化設(shè)計 與數(shù)控編程 院 （系）： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 姓 名： 職 稱： √ 題目類型：理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 應用研究 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)動數(shù)控加工技術(shù)以其特有的優(yōu)越性在復雜、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)計數(shù)控加工工序，并使用CAM模塊設(shè)計其刀路軌跡，經(jīng)后置處理生成NC文件?；赩ERICUT建立仿真環(huán)境，通過模擬整個機床加工過程，驗證了數(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)的核心競爭力，具有很大的現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動；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 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 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 17 3.1 定位基準的選擇 17 3.1.1基準的分類 17 3.1.2 定位基準的選擇 17 3.1.3 粗基準的選擇 17 3.1.4精基準的選擇 17 3.2 制定工藝路線 18 3.3 機械加工工藝卡片 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的加工仿真驗證 31 5.1 VERICUT仿真步驟 32 5.1.1項目初始化 32 5.2.2建立機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 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雜零件，它在能源動力、航空航天、石油化工、冶金等行業(yè)中均有廣泛應用，如航空發(fā)動機上的整體扇葉、坦克發(fā)動機增壓器扇葉、水泵及壓縮機扇葉等。這類零件的設(shè)計涉及到空氣動力學、流體力學等多個學科，曲面加工手段、加工精度和加工表面質(zhì)量對其性能參數(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)計理論的發(fā)展，扇葉類零件工作面形狀日趨復雜，模具制造的難度比較大，工藝過程復雜，制造成本高，葉片精度難以保證，而且葉片的表面光潔度差，容易造成應力集中，產(chǎn)生氣蝕，扇葉的動平衡性能差。 五軸數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應用范圍最廣的技術(shù)。在復雜曲面的高效、精密、自動化加工方面，五軸聯(lián)動加工更是具有三軸加工所不能比擬的的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 1)五軸加工可有效地避免刀具千涉，加工三軸機床難以加工的復雜零件; 2)對于直紋面的加工，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于工件具有良好的切削狀態(tài); 5)對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)國內(nèi)外學者的研究熱點之一。并且，也一直受到西方國家對我國的技術(shù)封鎖。因為許多先進武器裝備的制造，如飛機、導彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開高性能數(shù)控機床的加工。五軸編程技術(shù)是五軸加工技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。在此對扇葉的數(shù)控編程技術(shù)的各方面內(nèi)容做一簡單概述。 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”對話框,”剖面線串1 ”，選擇”曲線2”,點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“對話框，選擇該曲面作為拉伸對象，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）點擊編輯，選擇移動對象，設(shè)置參數(shù)，點擊確定，如圖1-9所示 圖1-9 1.2 輪轂的創(chuàng)建 （1）進入草圖繪制直徑為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“對話框，選擇該圓作為拉伸對象，向上拉伸17mm向下拉伸5mm，點擊確定。如圖1-11所示 圖1-11 點擊選擇布爾求和，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 進入草圖繪制直徑為10+0.025 0mm的圓，如圖1-14所示。 圖1-14 點擊拉伸，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 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）對機械加工的難易，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)占相當重要的位置，同樣毛坯的加工余量的確定也是一個非常重要的問題。 毛坯種類的選擇決定與零件的實際作用，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)濟性。 2.1.2工藝設(shè)計 （1）工藝設(shè)計 1）對零件進行工藝分析 2）選擇毛坯和機床 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）建立工件坐標系 2）基點尺寸計算與確定 3）尺寸及其精度計算 4）編寫加工程序 （3）零件加工與精度檢測 1）加工程序輸入與仿真 2）零件加工 3）零件精度檢測，填寫零件加工質(zhì)量檢驗單 2.1.3零結(jié)構(gòu)工藝分析 該零件的實體主要有孔、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，整個零件的上表面的粗、精加工應分開進行，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尺寸，零件上表面有孔，采用統(tǒng)一基準，都以孔Φ10+0.025 0mm作為基準，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，只需根據(jù)已選定的加工表面和定位基準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)計設(shè)計時要進行具體的技術(shù)經(jīng)濟分析； （2）組合夾具：組合夾具是一種模塊化的夾具。標準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)準備周期，元件能重復多次使用并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點； （3）通用夾具：已經(jīng)標準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，這類夾具適應性強，可用于一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件，價格便宜。其缺點是夾具精度不高，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： （1）盡可能的選擇箱體的設(shè)計基準為精基準；粗基準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）銑床高速強力切削時，定位基準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可靠； （3）夾具本身要以銑床工作臺上的基準槽或基準孔來定位并安裝到機床上，這可確保零件的工件坐標系與機床坐標系固定的尺寸關(guān)系，這是和普通機床的一個重要區(qū)別。 經(jīng)綜合分析：該零件形狀規(guī)則，上下兩個平面較光整，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、再鏜孔為定位基準，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，為了提高勞動生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度需要設(shè)計夾具，選用三爪卡盤和相應工具夾具裝夾 根據(jù)前面定位基準的選擇，決定使用工藝夾具。其特點是，利于分中打表及校準，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給路線分析 數(shù)控機床與通用機床的區(qū)別在于數(shù)控機床是采用數(shù)控裝置或電子計算機，全部或部分地取代一般通用機床在加工零件時對機床的各種動作，如啟動、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)控機床加工零件所需的全部機械動作和控制功能都是預先按規(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)控裝置或計算機，數(shù)控裝置或計算機對輸入信息進行運算和處理，發(fā)出各種指令去控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件的各種動作，從而使數(shù)控機床自動加工出所需要的零件。 數(shù)控機床與其他自動機床的一個顯著區(qū)別在于當加工對象改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具外，只需更換相應的控制介質(zhì)，而不需對機床作任何調(diào)整，就可自動加工出新的工件。 由此可見，數(shù)控機床與其他機床相比，在進行小批量、復雜零件生產(chǎn)時，具有極其顯著的優(yōu)越性 數(shù)控機床與普通機床的比較分析，如表所示。 數(shù)控機床與其他機床特性對比 衡量指標 通用機床 專用機床 （自動、仿形） 數(shù)控機床 勞動強度 高 較低 低 工 時 多 較多 少 生產(chǎn)周期 長 較長 短 加工精度 低 較高 高 整體扇葉的加工一直是機械加工中長期困擾工程技術(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)品機械性能不佳，一直到數(shù)控加工技術(shù)應用到扇葉的加工中，這些問題才得到了根本的解決。 扇葉加工的復雜性主要在于其葉片是復雜的曲面造型。而且能否精確地加工出形狀復雜的葉輪已成為衡量數(shù)控機床性能的一項重要標準。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，對于可展直紋面，完全可以使用非數(shù)控機床進行加工。而對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)動的數(shù)控機床才能準確地將其加工出來。 由于數(shù)控機床具有四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動的功能，則利用它進行扇葉加工時，既可以保證刀具的球頭部分對工件進行準確地切削，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。早在七十年代初我國的幾家大型企業(yè)就開始將數(shù)控機床用于整體扇葉的加工上。目前，我國已有越來越多的廠家開始采用鍛造毛坯后多坐標NC加工成型的方法加工扇葉，尤其是國防工業(yè)中所用的關(guān)鍵扇葉，如火箭發(fā)動機的轉(zhuǎn)子、風扇，飛機發(fā)動機的渦輪等。目前都已采用多坐標數(shù)控機床加工。國內(nèi)所用的機床大多是引進的具有國際先進水平的四、五軸聯(lián)動數(shù)控機床。 故本次設(shè)計我們選擇五軸數(shù)控機床加工扇葉。 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)濟性的好壞。對于本次所設(shè)計的手機造型零件，其加工方案是很多的，我們的已選方案是最為保險、最能保證其精度要求的，同時也是顧全經(jīng)濟性的一種合理的加工方案。 在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為進給路線。進給路線不僅包括切削加工時的進給路線，還包括刀具到位、對刀、退刀和換刀等一系列過程的刀具運動線。 確定進給路線時，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，力求計算容易，走刀路線短，空刀時間少。進給路線的確定與工件表面狀況、要求的零件表面質(zhì)量、機床進給機構(gòu)的間隙、刀具耐用度以及零件輪廓形狀等有關(guān)。進給路線主要考慮以下幾個方面： （1）銑削零件表面時，要正確選用銑削方式。 （2）進給路線盡量短，以減少加工時間。 （3）進刀、退刀位置應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刀、退刀，以避免產(chǎn)生刀痕。在切削內(nèi)表面輪廓時，切入切出無法外延，銑刀只能沿法線方向切入和切出，此時，切入切出點應選在零件輪廓的兩個幾何元素的交點上。 （4）先加工外輪廓，后加工內(nèi)輪廓 平面零件表面銑削的進給路線： ①在用立銑刀側(cè)刃銑削零件外輪廓時，銑刀的切入和切出點應沿零件輪廓曲線的延長線上切入和切出零件表面，而不應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，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應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，并將其切出點選在零件輪廓兩幾何元素的交點處。當內(nèi)部幾何元素相切無交點時，為防止刀補取消時在輪廓拐角處留下凹口，刀具的切入切出點應遠離拐角。 因此在銑削該零件時，銑削外輪廓的銑刀的切入和切出點應沿零件輪廓曲線的延長線上切入和切出零件表面；加工內(nèi)腔時由于內(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，由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，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到的。對這些尺寸僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應的最終加工方法是不夠的，還應正確的確定毛坯到最終成形的加工方案。 該零件加工順序為： 車床：夾持10mm長，車削外圓Φ120mm使尺寸到位，平端面→掉頭加工，平端面保證總長22mm→鏜孔Φ10+0.025 0mm→檢驗是否合格→合格取下零件。 五軸機床：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)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差。 ②以加工部位分序法 對于加工類容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點將加工部分分成幾個部分，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；先加工簡單幾何形狀，在加工復雜的幾何形狀；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)生的變形而需要進行校形，故一般來說凡要進行粗、精加工的都要將工序分開。綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結(jié)構(gòu)和工藝性，機床的功能，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)實際情況來確定，但一定力求合理。 （2）在加工時，加工順序的安排應根據(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，重點是零件的剛性不被破壞。順序一般應按下列原則進行： ①上道工序的加工不能影響下道工序的定位于加緊，中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。 ②先進行內(nèi)形、內(nèi)腔加工工序，后進行外形加工工序。 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行，以減少重復定位次數(shù)，換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)。 ④在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對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”繼續(xù)加工。 （3）走刀路線和對刀點的選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運動切削起始點，刀具切入，切出并返回切削起始點或?qū)Φ饵c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。合理的確定對刀點，對刀點可以設(shè)在被加工零件上，但注意對刀點必須是基準位或已加工精加工過的部位，有時在第一道工序后對刀點被加工損壞，會導致第二道工序和之后的對刀點無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r注意要在與定位基準有相對固定尺寸關(guān)系的地方設(shè)立一個相對對刀位置，這樣可以根據(jù)他們之間的相對位置關(guān)系找回原對刀點。這個相對對刀位置通常設(shè)在機床工作臺或夾具上。 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，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。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)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)道具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選的比單刃刀具高些。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換到時間短，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對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選的低些，當某工序單位時間內(nèi)所分擔到的全廠開支較大時，刀具壽命也應選的低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而求要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高斷和排性能同時要求安裝和調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的道具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒質(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 1 補償值/mm 備注 序號 刀具號 刀具名稱 刀柄型號 刀具 硬質(zhì)合金刀 直徑/mm 長度/mm 1 T0101 Φ9mm麻花鉆 直柄鉆花 Φ9 實測 2 T0202 外圓車刀 20mmx20mm 實測 3 T0303 鏜孔刀 Φ8 4 T1 Φ10R5球頭銑刀 BT40 Φ10 實測 5 T2 Φ6R3球頭銑刀 BT40 Φ6 實測 編制 審核 批準 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、進給量、行距、殘留高度、層高等。對于不同的加工方法，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，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。切削用量的因素包括： （1）機床 機床剛性、最大轉(zhuǎn)速、進給速度等； （2）刀具 刀具長度、刃長、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、臺鉗、托盤等； （5）冷卻情況 油冷、水冷、氣冷等。 當進行數(shù)控編程時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總的原則：首先應選擇盡量大的背吃刀量，其次選擇最大的進給量，最后是選擇最大的切削速度。在粗加工時，首先選用盡可能大的背吃刀量，其次要根據(jù)機床的動力和剛性等條件，選取盡可能大的進給量，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)察取資料與實際考慮 1.車削要素 表3-4 切削用量表 工步內(nèi)容 刀具號 主軸轉(zhuǎn)速r/min 進給速度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)工作臺移動距離，即每轉(zhuǎn)進給量（mm/r） fz——銑刀每齒工作臺移動距離，即每齒進給量（mm/z） Vf——進給速度（mm/min） Vf=fn= fzzn 參考《切削用量簡明手冊》可以根據(jù)所選擇的銑刀和材料來確定切削用量。通過以上公式來計算可以得到合理的切削用量。 3 工藝規(guī)程的設(shè)計 3.1 定位基準的選擇 3.1.1基準的分類 基準分為設(shè)計基準和工藝基準兩大類。 設(shè)計基準：是指設(shè)計工作圖上所采用的基準。 工藝基準：是指加工過程中所采用的基準。又分為有工序基準、定位基準和測量基準等。 （1）工序基準: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。 （2）定位基準：是指在加工中用作定位的基準。 （3）測量基準：是指測量時所采用的基準。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。要求掌握基準的分類，定義，同等重要的是在訓練中提高選擇基準的能力。 3.1.2 定位基準的選擇 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定為基準分為粗基準和精基準。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，這種基準稱為粗基準。已加工過的表面作為定位基準，則稱為精基準。 在選擇定位基準時，是從保證工件精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選擇的順序就應為從精基準到粗基準。 3.1.3 粗基準的選擇 選擇粗基準時，應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，同時還要為后續(xù)工序提供可靠精基準。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，應選不加工面為粗基準。 （2）加工余量最小原則。義余量最小的表面作為粗基準，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，應選擇重要加工面為 粗基準。 （4）不重復使用原則。 （5）便于裝夾原則。做為粗基準的表面，應盡量平整光滑，沒有飛邊、冒口、澆口或其他缺陷，以便使工件定位準確、夾緊可靠。 3.1.4精基準的選擇 選擇精基準時，應保證加工精度和裝夾可靠、方便，可參照下列原則進行： （1）“基準重合”原則 加工零件時應直接選擇加工表面的設(shè)計基準為定位基準，可以避免由定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的定位誤差。 （2）“基準統(tǒng)一”原則 加工同一零件的多道工序時盡可能選擇同一個定位基準，這樣可以保證加工表面間的相互位置精度，避免或減少因基準轉(zhuǎn)換而引起的誤差，也簡化了夾具的設(shè)計與制造工作，降低了成本，縮短了生產(chǎn)準備周期。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。 基準重合和基準統(tǒng)一原則是選擇精基準的兩個重要原則，但實際生產(chǎn)中有時會遇到兩者相互矛盾的情況。此時，若采用統(tǒng)一定位基準能夠保證加工表面的尺寸精度，則應遵循基準統(tǒng)一原則；若不能保證尺寸精度，則應遵循基準重合原則，以避免使工序尺寸的實際公差值減小，增加加工難度。 （3）“自為基準”原則 當工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時，應選擇加工表面本身作為定位基準。 （4）“互為基準”原則 當個加工表面之間具有較高的位置精度，或為是加工表面具有均勻的加工余量，則可采用兩個加工表面互為基準反復加工的方法。 （5）“便于裝夾”原則 所選精基準應保證工件定位準確穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單適用，操作方便靈活。同時定位基準應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注的方法，滿足了設(shè)計基準、工藝基準與編程原點的統(tǒng)一，即基準統(tǒng)一。并且下表面作為精基準可以滿足基準重合的原則。 3.2 制定工藝路線 考慮到整體扇葉實際的工作情況，一般扇葉的曲面部分精度高，工作中高速旋轉(zhuǎn)，對動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、材料扇葉加工特點分析： （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，葉片有長有短，葉片為空間曲面、扭曲程度高，并且有仰角，加工時刀具的相對擺動極易對相鄰葉片產(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，應注意保證加工表面的一致性； （2）葉片之間的流道相對較窄，加工空間較小，難以采用強度和剛性較好的大直徑刀具； （3）葉片進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，應十分注意刀具的選擇； （5）葉片屬于結(jié)構(gòu)復雜的薄壁件、工藝剛性差，在工藝安排上需要考慮多工步反復加工葉片型面的措施，以防加工殘余應力所帶來的形變； （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度，毛坯一般采用鍛壓件，然后進行基準面的車削加工，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，車削外圓Φ120mm使尺寸到位，平端面→掉頭加工，平端面保證總長22mm→鏜孔Φ10+0.025 0mm→檢驗是否合格→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→檢驗是否合格→合格取下零件。 對于扇葉為葉片分布均勻的回轉(zhuǎn)體類零件，應選擇它的底面圓心作為工件的原點，進而簡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床型號、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。對于流道較窄的扇葉，在加工窄流道處時，可以適當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)量對整個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 機械加工工藝卡片 編制工藝過程卡 桂林電子科技大學信息科技學院 機械加工 工藝卡 產(chǎn)品 名稱 圖號 零件名稱 扇葉 共1頁 第1頁 毛坯種類 鍛件 材料牌號 LD5 毛坯尺寸 Φ125mmx35mm 序號 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 三坐標測量機 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 夾具名稱 設(shè)備名稱及型號 數(shù)控車床 材料名稱及牌號 鋁件 硬度 75HBS 工序名稱 數(shù)車加工 工序號 1 工步號 工步內(nèi)容 切削用量 刀具 量具 n r/mm Vf mm/min A pmm 編號 名稱 名稱 1 粗車左端面 1000 150 0.1 T0202 游標卡尺 2 精車左端面 600 150 1 T0202 游標卡尺 3 粗車外圓 800 120 0.5 T0202 游標卡尺 4 精車外圓 200 300 0.3 T0202 游標卡尺 5 粗車右端面 600 150 0.1 T0202 游標卡尺 6 精車右端面 200 80 0.1 T0202 游標卡尺 7 鉆孔Φ9 1200 100 0.5 T0101 游標卡尺 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 夾具名稱 設(shè)備名稱及型號 加工中心 材料名稱及牌號 鋁件 硬度 75HBS 工序名稱 五軸加工 工序號 2 工步號 工步內(nèi)容 切削用量 刀具 量具 n r/mm Vf mm/min ap mm 編號 名稱 名稱 1 葉片粗加工 4000 3000 1 1 T1 三坐標測量機 2 流道精加工 4000 3000 0.2 2 T1 三坐標測量機 3 葉片精加工 4000 3000 0.2 2 T1 三坐標測量機 4 清根 10000 2000 0.1 3 T2 三坐標測量機 4 扇葉數(shù)控加工編程 扇葉的實體造型主要包括創(chuàng)建葉片實體和輪轂實體兩部分。葉片曲面為光順性、連續(xù)性要求較高的自由曲面，其截面線是復雜的自由曲線，因此葉片實體造型難度較大。目前，一般先創(chuàng)建截面線，再采用通過引截面線的方法進行葉片的曲面造型。輪轂的創(chuàng)建較為簡單，在草圖方式下創(chuàng)建截面線串，通過旋轉(zhuǎn)命令對截面線串旋轉(zhuǎn)，再創(chuàng)建輪轂回轉(zhuǎn)體?？梢?，整體葉輪造型的關(guān)鍵是葉片實體的造型。葉片的實體造型是整體葉輪造型工作的關(guān)鍵部分，其設(shè)計要求較高，曲面特征也較復雜。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毛坯上一次加工完成，它可以滿足壓氣機葉輪產(chǎn)品強度要求，曲面誤差小，動平衡時去質(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 加工過程動態(tài)模擬 刀具運動軌跡仿真 圓角 流道 葉片 葉片 輪轂 型值點 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加工坐標系的確定 加工坐標系，如圖4-4、4-5、4-6。 圖4-4加工坐標系 圖4-5指定加工坐標系 圖4-6加工坐標系設(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)劃的目的就是針對待加工零件產(chǎn)生一組刀位點，使得在保證加工精度的前提下，加工效率最高。 對于二軸、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X、Y軸坐標的過程，同時可以確定Z軸坐標的初始值，然后由后續(xù)的干涉處理過程完成Z軸坐標的無干涉計算。而對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處的法矢量平行的，則規(guī)劃過程還包括確定在刀位點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處的刀具空間姿態(tài)。 多坐標數(shù)控加工刀具軌跡生成是數(shù)控編程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，針對不同的加工對象有許多不同的計算方法。有的工件曲面可以在一次走刀中完成，這時只要確定最優(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 圖4-13加工參數(shù)設(shè)計 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，進行2D和3D仿真，并進行后處理，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)控機床的特點及NC程序格式要求進行分析、判斷和處理，最終生成數(shù)控機床所能直接識別的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的加工仿真驗證 VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由NC程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級機床特征模塊、實體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，也能進行NC程序優(yōu)化，縮短加工時問、延長刀具壽命、改進表面質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤;具有真實的三維實體顯示效果，可以對切削模型進行尺寸測量，并能保存切削模型供檢驗、后續(xù)工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能實現(xiàn)與UG.?CATIA及MasterCAM等軟件的嵌套運行。VERICUT軟件目前已廣泛應用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點是可仿真各種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，其整個仿真過程包含程序驗證、分析、機床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。如圖1所示為從設(shè)計原型→CAM軟件→VERICUT→切削模型→模型輸出的整個機床仿真工藝流程。 1)?驗證數(shù)控程序的正確性，減少零件首件調(diào)試風險，增加程序的可信度；?(2)?模擬數(shù)控機床的實際運動，檢查潛在的碰撞錯誤，降低機床碰撞的風險；?(3)?優(yōu)化程序，提高加工效率，延長刀具壽命。? 5.1 VERICUT仿真步驟 5.1.1項目初始化 打開應用軟件vericut進入標準界面，如下圖5-1所示 圖5-1 點擊文件，點擊新建項目如下圖5-2所示 圖5-2 選擇模板，如下圖5-3所示 圖5-3 進入新項目界面，此時項目初始化以完成，如下圖5-4所示 圖5-4 5.2.2建立機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 雙擊機床選項，選擇自己的機床樣式，如下圖5-6所示 圖5-6 5.3.3安裝夾具和毛坯 點擊附屬類型，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建立坐標系 點擊Program_Zero設(shè)置工件坐標系，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)計的的主要工作是扇葉的數(shù)控加工及機床仿真，從零件的選擇到最終的虛擬機床的仿真完成，經(jīng)歷了很多失敗，經(jīng)過改進最終完成了設(shè)計。五坐標數(shù)控加工是獲得復雜曲面和不規(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，五坐標加工技術(shù)的發(fā)展和應用與CAD/CAM技術(shù)是密切相關(guān)的。本設(shè)計主要以扇葉的幾何造型、刀位計算、刀具路徑規(guī)劃、數(shù)控加工工藝等內(nèi)容進行了分析與研究。 從選擇零件角度分析，扇葉是一個典型的多軸加工的零件，普通的機床無法完成，這樣更能體現(xiàn)出數(shù)控加工的優(yōu)勢。 對扇葉在五坐標數(shù)控加工過程中的工藝規(guī)劃進行了研究。粗加工過程中，根據(jù)整體葉輪的形狀特點，針對鍛件毛坯，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，這個時候要綜合各種因素分別對葉片的背、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。 從零件的造型到導入虛擬機床整個過程都是用UG完成的，讓我掌握了UG三維實體造型、刀具軌跡仿真、后置處理、虛擬機床代碼仿真功能。使我對數(shù)控加工有了更深入的了解。  致 謝 經(jīng)過這段時間的學習和工作，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計。從開始思考論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文設(shè)計的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受。我開始了獨立的學習和試驗，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，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。 最后，我要特別感謝我的指導老師。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵,使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，在此表示衷心的感激。各位老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W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踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他們耐心的輔導。本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。同時我在網(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。 大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應用到實際工作中去。即將結(jié)束再次學習的生活，相信等待我的是一片充滿機遇、風險與快樂的土地；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 [1]全榮.五坐標聯(lián)動數(shù)控技術(shù).長沙:湖南科學技術(shù)出版社，1995. [2]劉雄偉.數(shù)控加工理論與編程技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，2003. [3]周濟，周艷紅.數(shù)控加工技術(shù).北京:國防工