叶轮数控加工论文

2022-04-17

摘要：通过分析整体式叶轮的结构特点，确定其复杂曲面特征，从而进行工艺可行性分析，确定加工工艺方案。基于CAM软件NX8.5环境建立三维模型和刀路轨迹，通过UG/PostBuilder后置处理器生成NC代码，通过合理规划整体式叶轮数控加工方案，达到提高加工效率、缩短生产周期的目的。今天小编给大家找来了《叶轮数控加工论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

叶轮数控加工论文篇1：

基于UG的叶轮数控加工及仿真研究

摘要叶轮零件的形状在制作上是十分复杂的，基于UG建立叶轮制作模具，利用数控加工仿真技术，适合加工种类多、需求少、难加工的叶轮零件，从而减少叶轮数控加工的成本，本文针对UG软件在叶轮数控中的应用，合理规划叶轮数控加工工艺，为提高叶轮数控加工效率和质量提供了相应的措施。

【关键词】UG模具设计；叶轮数控加工；仿真研究

叶轮类零件被广泛应用于汽轮机、机械发动机、液压泵等设备。在叶轮数控加工过程中加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时很容易发生碰撞，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量。叶轮零件的质量会影响到整个机械的运行，由此可见叶轮数控加工与各行各业的发展是存在一定联系的。UG软件对复杂的叶轮零件进行加工仿真技术，传统的叶轮零件生产不仅在人力、物力、财力上造成了大量的浪费，并且叶轮零件的相关性能也无法得到保证。

1 建立叶轮数控加工模型

叶轮数控加工采用数控装置或电子计算机，全部或部分地取代一般通用机床在加工零件时对机床的各种动作，如启动、加工顺序、改变切削用量、选择刀具、冷却液开停以及停车等人工控制。数控机床加工零件所需的全部机械动作和控制功能都是预先按规定的字符或文字代码的形式编制成加工程序，然后再用穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码形式记载在控制介质上，通过控制介质将数字信息送入数控装置或计算机，数控装置或计算机对输入信息进行运算和处理，发出各种指令去控制机床的伺服系统或其他执行元件的各种动作，从而使数控机床自动加工出所需要的零件。

叶轮模具建立主要包括两个部分：轮毂建模和叶片建模，轮毂相对于叶片来说结构简单，计算出轮毂截面曲线特征，将其旋转就可以得到轮毂的实体模型，叶片模具制造过程有些复杂，使用UG软件绘画曲面形状，根据流体力学的要求通常在设计过程中会采用大扭角叶片设计方法，在叶片的设计部分比较薄，在叶片的根部则使用的是倒圆角的设计方法，这些复杂的造型对模具的设计来说也是很难的挑战，使用模具加工时也要经过多次试验检测，保证加工精度的准确性减少加工工具之间的碰撞，模具的规划路径要合理有效，从而使叶轮数控加工正常运行。

2 注意叶轮数控加工流程

叶轮数控加工时要注意选择刀具材料，指直接影响着叶轮数控是否能够保质保量完成加工，正确的选择刀具材料不但能够提高道具的使用寿命，而且在一定程度上降低切面温度，提高也论述共加工的表面质量，合适的道具还可以提高加工效率，有些加工部分不要求十分精致，粗线条加工就能够达到要求，在道具选择上就不要过于追求精加工，可以节约很多不必要浪费的时间。半精加工最好是选择大直径球头的刀具，精加工时使用球刀。刀具直径的选择要小于叶片之间的最小距离，刀具与叶片之间的距离可以通过UG软件计算获得，在叶轮数控加工时要将叶轮毛坯形状、材料、刀具材料等各方面因素综合考虑，根据叶轮实际的形状和尺寸选择不同的刀具材料。

葉轮的粗加工流程：选择的刀具材料较多，要求高校去除材料，按照合理的切削数据提高叶轮材料的去除率，刀具选择和材料去除率是相互关联的，在保证刀具轨迹安全可靠的情况下提高刀具直径。随着对叶轮数据加工要求的提高，对传统加工中的一些弊端不断改变，如五轴联动的加工方式由于材料去除量较大、加工时间长，加工效率低，逐渐被三轴联动加工方式所取代，在三轴转动加工方式中采用定向方式，不断对当前视图的角度进行调整，在加工时要注意叶片的扭曲程度和叶片的数量之间是存在差异的，所以尽量减少UG软件当中的程序，在叶轮的粗加工流程中有切削模式跟随周边，选择跟随周边使用的刀具是不同于跟随部件刀具的，选择跟随部件刀具轨迹多且程序较长，但在视图内可以看到所要削切的部分；选择跟随周边刀具轨迹少且比较规整，叶轮粗加工第一步程序选择的刀具直径较大，所以要根据后面的程序不断对其修整，导致浪费了大量的材料。

叶轮的精细加工流程：与叶轮的粗加工流程比较相似，在叶轮粗加工的基础上更加精细。叶片的形状相对复杂，精细加工是为了弥补粗加工留下的不足，在UG软件上需添加5mm的球头铣刀用于叶轮精加工上，根据叶轮零件的尺寸叶轮加工需要两次完成，选择叶片之间的流道作为加工表面。由于刀具选择的直径远大于叶片根部的圆角，容易造成很大误差，所以在叶片圆角部分也要进行细加工。

为了能够提高叶轮数控加工效率，保质保量完成加工，对于刀具的形成的路径，可在UG软件当中设计出相应的程序，用线、框、实体形式在程序当中展现出来，能够让操作人员直接观察到叶轮数控加工的整体过程，在UG软件中不仅有刀轨的相应数据，还有控制数控机床的其他程序，其系统程序对叶轮数控加工能够很好的进行控制。

3 总结

总而言之，UG软件能够设计出叶轮的模型，本文探讨了针对不同的加工流程要使用不同的刀具材料，在UG软件当中编辑的程序要经过实践，才能够对叶轮零件进行大批生产。根据叶轮零件的尺寸和形状，设计出叶轮的数控编程，叶轮的模块编程简单，且保证了加工效率和零件质量。

参考文献

[1]张晓东，杨韬.基于UG的涡轮钻具叶轮整体加工研究[J].制造业自动化，2015（14）：44-46.

[2]张文俊，曾强，官莉娟.基于UG的整体叶轮加工仿真技术研究[J].科技创新与应用，2015（21）：59-60.

[3]薛姣益.基于UG的直叶轮的制造加工技术[J].中小企业管理与科技旬刊，2015（33）：241-241.

作者单位

西京学院陕西省西安市 710123

作者：李乐

叶轮数控加工论文篇2：

整体式叶轮数控加工仿真与应用研究

摘要：通过分析整体式叶轮的结构特点，确定其复杂曲面特征，从而进行工艺可行性分析，确定加工工艺方案。基于CAM软件NX8.5环境建立三维模型和刀路轨迹，通过UG/Post Builder后置处理器生成NC代码，通过合理规划整体式叶轮数控加工方案，达到提高加工效率、缩短生产周期的目的。

关键词：整体叶轮;工艺方案;刀路轨迹;后置处理

0 引言

整體式叶轮属于复杂曲面体零件，作为系统中的主要动力传递零件，在航空航天、汽车、船舶等领域发挥着重要作用。由于整体式叶轮一般多为高速旋转件，因此叶片结构较为复杂，且为提高产品性能，必须采用薄叶片、增大曲面弯曲弧度、减小叶片间隔等结构，导致其在加工过程中易发生撞刀、干涉等问题，给生产加工带来很大难度。因此，在正式加工前必须进行数控加工程序仿真，以防止在实际加工过程中产生过切、干涉及碰撞等问题，另外通过优化加工工艺参数，可有效降低生产成本，提高加工效率。

本文选用目前应用较为广泛的NX8.5软件对整体式叶轮的复杂曲面加工进行仿真研究，可以为合理规划整体式叶轮数控加工方案、提高加工效率和加工精度提供一定的参考。

1 整体式叶轮结构特征与加工方案

1.1 结构特征分析

整体式叶轮是航空产品特别是环境控制系统产品中的核心功能性零件之一，整体式叶轮主要由轮毂、叶片、包覆面和叶根圆角等几部分组成，根据性能需求有若干组叶片均匀分布在轮毂曲面上，如图1所示。

一方面为使叶轮类零件满足产品整体气动性要求，叶片多采用大扭角的复杂曲面与根部变圆角相结合的结构;另一方面为提升零件使用寿命，叶片根部过渡圆角表面质量要求较高，这就加大了整体式叶轮的加工难度。根据本文具体示例，其加工难点如下：

（1）加工流道窄小、叶片长、刚度低，加工过程极易产生变形;

（2）相邻叶片空间小，导致所用刀具直径较小，刀具容易折断;

（3）叶片面弯曲较大，呈明显后仰趋势，加工过程中极易发生干涉及碰撞。

1.2 加工工艺方案

1.2.1 材料与夹具选用

在保证强度的前提下，建议采用铝合金棒材，切削性能较好;同时为保证叶轮加工质量和加工效率，需在铣叶形前通过车加工使叶片径向轮廓达到最终尺寸，以免在叶形铣削过程中因去除余量浪费大量时间，同时也能更好地减少叶片变形。

从叶轮整体加工方案、装夹找正效率及节省换装时间考虑，夹具主要采用三爪卡盘和定位芯轴。

1.2.2 刀具选择

本文选用的叶轮具有六个长叶片和六个短叶片，且叶根圆角R为1.5 mm，结合高速铣削小切削、大进给的加工特点，选择4°R2和4°R1.5锥度球头铣刀，刃长均为20 mm，材料为硬质合金。

1.2.3 整体叶轮加工工艺方案

根据整体叶轮实际加工需求，通常将叶形铣削分为：流道粗加工→叶片粗加工→叶片半精加工→叶片精加工→流道精加工→叶片圆角清根。

2 UG NX8.5环境下加工路径规划及后处理

2.1 几何体和刀具设置

UG NX8.5中已有叶轮编制模块，只需依次选择轮毂、包覆、叶片、叶根圆角等即可，软件会自行计算。但需注意以下几点：

（1）保证模型Z轴方向和安装零件后刀轴方向一致;

（2）X、Y轴原点处于回转中心，Z轴原点应设定在加工时方便对刀的平面。

在试加工过程中发现精加工后的叶片尖边有明显的凹形圆角，这是叶轮模块中出于清理毛刺的刀路考虑而由球头刀自动形成的，且无法消除，因此需要打开“高级”角色，找到“偏置面”选项，将包覆增厚一定尺寸（和精加工分层尺寸有关），并形成新的回转体作为毛坯，消除其影响。

2.2 轮毂（流道）和叶片粗加工

为提高加工效率，粗加工采用大切深、慢进给的切削方式，本文中叶轮叶片最深处12.9 mm，加工中分两层，转速25 000 r/min，进给速度2 000 mm/min，叶片侧面和轮毂余量0.5 mm。需注意以下几点：

（1）由于零件采用芯轴装夹，粗加工时力量相对较大，容易造成芯轴拉断和芯轴螺纹磨损加快，可以通过设置起始位置（小端面处向内）和切削模式（单向），使切削力一直处于挤压芯轴状态。

（2）由于高速加工中心在运行过程中要避免急停急转，因此在设置非切削移动时需打开“光顺”移刀类型，实现设备高速运行时的平缓。

（3）在进刀和退刀的过程中，应沿设定的方向进入、退出工件型面，避免刀具和工件及芯轴的碰撞，进退刀尽量采用“沿刀轴”方向，以避免刀具与夹具、机床发生碰撞。

2.3 轮毂（流道）和叶片半精加工

（1）叶片扭转角大且呈波浪形，粗加工后余量不均匀，影响精加工质量的情况下，需设置半精加工工序，以保证精加工时加工余量均匀。轮毂（流道）半精加工采用叶轮模块中的精加工模块，本文实例中切削参数设置如下：叶片余量设为0.2 mm，叶毂余量设为0.2 mm，其余默认。驱动方法设置中，设置前缘、叶片边缘点沿叶片方向，相切延伸设为2 mm，后缘与前缘相同。驱动设置中，切削模式设为往复上升，步距设为恒定，最大距离设为0.5 mm。刀具选择锥角为4°的D4R2锥度球头铣刀，刀轴设为自动。

（2）叶片半精加工时，精加工几何体选择叶片，切削层设置中，深度模式设为从包覆插补至叶毂，每刀深度设为0.4 mm。切削参数设置中，包覆余量设为0，叶片余量设为0.4 mm，叶毂余量设为0.5 mm。切削面选择左面、右面、前缘，切削模式设为单向，其余默认。刀具选择锥角为4°的D4R2锥度球头铣刀，刀轴设为自动。

2.4 轮毂（流道）和叶片精加工

（1）流道精加工驱动方法中步距最大距离设为0.2 mm。切削参数中将叶片余量设为0.2 mm，叶毂余量设为0，其余默认。其他设置与半精加工相同。

（2）叶片精加工切削层中将每刀的深度距离设为0.2 mm，切削参数中将叶片余量设为0，其余默认。其他设置与半精加工相同。

（3）圆角精加工选用圆角精加工模块，刀具选择锥角为4°的D3R1.5锥度球头铣刀。为保证叶根圆角、叶片及轮毂三者之间光滑连接，具备较高的表面质量，在刀路设置上将轮毂和叶片各偏置0.2 mm，步距设为0.1 mm，其余默认。

2.5 基于UG/Post Builder的后处理

待切削参数及刀具轨迹设定完成后，即可生成刀轨文件（CFL），可以较好地模拟出刀尖点相对于加工坐标系加工零件的整个过程，再根据数控设备的运动结构和控制指令格式，将刀轨文件后续处理为NC代码，从而控制机床进行工件加工。

3 结语

本文通过对整体式叶轮叶片部分加工方案进行研究，分析了整体式叶轮的结构特点和加工特性，选定了整体式叶轮数控加工刀具及加工程序。针对整体式叶轮的结构特征进行了加工程序的创建，根据实际情况设置了相应加工参数，生成了刀路轨迹和机床数控加工NC代码，极大地提升了叶轮加工效率和表面质量。

[参考文献]

[1] 秦录方，孙涛，时四强，等.基于UG的整体叶轮数控加工仿真研究[J].组合机床与自动化加工技术，2015（11）：98-102.

[2] 曾强.叶轮类零件的五轴联动数控加工与仿真[D].成都：西南交通大学，2009.

收稿日期：2020-03-20

作者简介：孔祥茹（1989—），男，江苏南京人，工程师，研究方向：机械制造及CAD/CAM数字化加工技术。

作者：孔祥茹黄鹿赵康雷新生华峰

叶轮数控加工论文篇3：

《航空叶轮数控铣削加工》的课堂教学研究

摘要：本文通过以典型多軸零件航空叶轮为载体的项目教学，让学员学会任务引领型课程的项目选择、任务分解方法，工作及教学环境设置，活动设计以及教学组织与实施等，掌握“做学一体”教学模式的主要环节与重点内容。

关键词：叶轮;工艺;加工;一体化教学

一、背景分析

整体叶轮作为透平机械的核心部件，已经被广泛应用于航空、航天及其他工业领域。与传统的分体式叶轮结构相比较，整体叶轮将叶片和轮毂设计成一个整体，在提高了零件性能的同时，也增加了零件的加工难度。所以如何高效率、高精度地制造叶轮成为制造领域的重要研究课题。

二、教情分析

本项目是《CAM 多轴技术应用》课程培训项目，培训的学员是中职数控技术应用专业三年级学生，具有一定的专业知识与技能，通过前期二维图形绘制、三维实体建模培训、自由曲面造型培训，已具备软件使用基本能力及多年三轴铣削加工经验。

三、教学设计

《CAM多轴技术应用》是实践性、综合性很强的专业技能课程，集专业能力与实践能力培养于一体，涵盖了数控技术应用专业的主要专业知识和技能。因此，以典型项目为载体，通过项目选择、任务分解等探究活动，将任务引领型课程的教学组织作为切入点，突出教学重点;通过教师指导下的项目实施活动，学会综合运用相关专业知识与技能，分解教学难点;通过实践活动中的学习与体验，逐步形成实施“做学一体”的执教能力。

四、教学组织

1.项目选用

该项目选用企业真实产品，着重培养学员以下能力：软件叶轮加工模块的基本使用、企业CAM制造应用流程、叶轮加工工艺安排、仿真软件模拟加工、五轴机床操作以及三坐标精度检测。

2.任务分解

依据企业产品生产工艺流程，将“航空叶轮数控铣削加工”项目分解成图样识读、工艺安排等八项任务。

3.工作场景与活动设计

按照工作内容与要求，布置任务与活动，讲解知识与技能点链接，明确学习目标;设置 “做学一体”教学活动，详见表1。

4.教案首页

依据“做学一体”课程的教学特点，在课前制定教案首页。在实训车间营造出企业真实生产环境，让学员能够了解航空叶轮制造的整个过程，详见表2。

五、教学实施

1、零件形状认识

依据叶轮零件图了解零件的结构及特点，详见图1所示。