数控加工技术课程设计-基于Proe的叶轮五轴数控铣削加工.docx

机电工程学院 数控加工技术基于Proe的叶轮五轴数控铣削加工学 号： 专 业：机械制造及其自动化学生姓名： 任课教师： 2012年4月基于Proe的五轴数控铣削加工一、 概述五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。而五轴数控铣削机床是五轴联动机床的中使用最为广泛的一种。本次大作业利用Proe Wildfire 5.0对航空发动机的叶轮进行实体建模并利用Proe Wildfire 5.0的制造模块对建立好的模型进行数控加工，同时利用Proe Wildfire5.0中外挂的Vericut对加工过程进行NC检查。二、 实体建模过程1、 叶轮叶片模型的建立首先，应建立叶轮叶片内、外轮廓曲线的方程，其数学方程较为复杂且与本次大作业相关性不大，故此处不再赘述其建立过程。叶片轮廓曲线方程建立好之后，按照其方程找出曲线上一个不同的点，并保存为Proe能有识别的点资料。然后在Proe中新建零件，分别导入叶片内侧曲线点资料和叶片外侧曲线点资料，如图1、图2所示： 图1 叶片内轮廓曲线点资料 图2叶片外轮廓曲线点资料通过两组点资料分别做两条曲线，如图3所示：图3 叶片内外轮廓曲线利用扫描混合选项，通过两条轮廓曲线作曲面，草绘截面为尺寸逐渐增大的竖直线，如图4所示：图4 通过内、外轮廓曲线扫描混合出的曲面作曲线，将两曲面连接起来，如图5所示：图5 通过点做曲线，将两曲面连接起来利用扫描混合选项将叶片其它的面画出，如图6所示：图6 扫描混合出其它曲面将叶片的除与轮毂相接触的面以外的其余五个面合并，并将叶片的侧面向轮毂内部方向做适当延伸，然后把叶片上边做完全倒圆角，结果如图7所示：图7 2、 轮毂实体模型的建立同理，首先要建立轮毂边缘轮廓曲线的数学方程，通过数学方程找到轮毂边缘轮廓曲线上的一些离散，保存为Proe的点资料。然后导入此点资料，并通过点组画出毂边缘轮廓曲线，再旋转出轮毂曲面，此过程如图8所示：图8 将轮毂曲面上下均适当延伸，并填充上下表面，使轮毂形成封闭曲面组，再将轮毂曲面和上下填充面合并，实体化合并后的曲面组，如图9所示：图93、 阵列叶片，完成叶轮整体实体建模将叶片伸入轮毂的部分剪切掉（利用交截，剪切选项），然后选择叶片面组，复制并选择性粘贴，以旋转特征为参照，旋转角度为60度，注意此处不要勾选选项中的隐藏原始几何，如图10所示：图10将此以移动副本进行阵列，以中心轴为参照，阵列个数为5，角度为60。然后把每个叶片都进行实体化，把叶片与轮毂交截处进行倒角处理，然后把草绘曲线和各个基准隐藏，并加入一些渲染效果以增强真实性。至此，实体建模部分结束，其结果如图11所示：图11三、 数控加工及仿真1、 建立毛坯欲进行数控加工，首先要建立零件毛坯。考虑到实际生产情况，叶轮的毛坯料一般为铸造出来的，故选择尺寸大于实体零件模型一定值的（留有足够加工余量）的模型作为毛坯。毛坯模型的建立可以在此前零件实体模型的基础上，对相关尺寸进行合理更改来完成，故在此就不再赘述。毛坯的零件图如图12所示：图122、 插入参照模型，装配工件毛坯，并定义机床操作首先在Proe Wildfire 5.0中新建“制造”单元，插入之前建好的航空发动机轮叶零件实体模型，位置为缺省。然后插入装配工件，选择之前建立好的叶轮毛坯零件实体模型为装配工件，位置为缺省，如图13所示：图13选择“步骤”，“操作”设定机床为五轴铣削机床，选择机床零点为叶轮上平面与中心线交点。完成机床操作设置。3、 加工顺序的选择与工艺分析由于叶片厚度相对较小，刚度较差，所以加工时应先对叶片的前、上、下端部进行加工，然后是叶片两侧面的加工。加工完叶片在对叶轮轮毂进行加工，最后清根处理。关于加工工艺过程，见下表：加工曲面 加工方法 刀具类型 刀具半径 跨度（步长深度）主轴转速叶片的前、 曲面铣削 外圆角铣刀 100 10 3500上、下端部叶片内侧面 侧刃铣削 球铣刀 55 50 7000叶片外侧面 侧刃铣削 外圆角铣刀 65 30 7000轮毂侧面 曲面铣削 外圆角铣刀 70 20 35004、 数控加工过程及Vericut仿真结果（1） 叶片的前、上、下端部曲面铣削加工点击曲面铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图14序列项目。刀具选择外圆角铣刀，半径为100，退刀曲面为半径为2500的球面，如图15所示。参数如图16所示。切削定义为选择“自曲面等值线” 图14 图15 图16Vericut仿真结果如图17所示：图17（2） 叶片下端面轮廓铣削加工由于此处毛坯余量较大，所以需进行轮廓铣削加工以切除其余量。点击轮廓铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图18序列项目。刀具选择球铣刀，半径为150，参数如图19所示。Vericut仿真结果如图20所示 图18 图19 图20（3） 叶轮内侧面侧刃铣削加工点击侧刃铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图21序列项目。刀具选择球铣刀，半径为55。参数如图22所示。曲面选择叶片内侧面。切削定义类型选择“切削线”，切削线加工几何为“加工曲面”，切削线造型分别选择叶片内侧的内、外边。Vericut仿真结果如图23所示 图21 图22 图23（4） 叶轮外侧面侧刃铣削加工点击侧刃铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图24序列项目。刀具选择外圆角铣刀，半径为65。参数如图25所示。曲面选择叶片内侧面。切削定义类型选择“切削线”，切削线加工几何为“加工曲面”，切削线造型分别选择叶片外侧的内、外边。Vericut仿真结果如图26所示 图24 图25 图26（5） 对单个叶片的加工操作进行阵列选取以上（1）（4）步骤，将其合并为一个“组”右键单击此组，选择“阵列”操作。阵列完成后在进行Vericut仿真，其结果如图27所示： 图27（6） 叶轮轮毂侧面曲面铣削加工点击曲面铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图28序列项目。刀具选择外圆角铣刀，半径为70。选择参数时要把“参数”后面的选项“基本”改为“全部”，“斜向进给量”定义为30，如图29所示，“引导角”定义为20，如图30所示，其余参数定义如图31所示。以上设置的目的是使刀具在加工轮毂侧面曲面时有一定的倾角，一面与叶片发生干涉或存在加工不到的地方。经本人多次尝试、试验证明以上参数选择方法可以有效避免上述情况的发生，保证切削的正确性。曲面选择轮毂侧面。切削定义类型“自曲面等值线”。Vericut仿真结果如图32所示 图28 图29图30图31 图32（左图正在加工，有图加工完成）（7） 清根处理由于加工后叶轮轮毂下放有一些细小的刀痕和未完全切削掉的毛刺，所以有必要再进行清根去毛刺处理。这里选用“体积块铣削”方式进行加工。首先应建立“铣削窗口”。在高于叶轮底面20mm处建立基准平面，点击“铣削窗口”图标，选择“草绘铣削窗口类型”，点击“草绘”，选择刚刚建立的基准平面为草绘平面，草绘出如图33所示的圆环。此圆环即为建立的铣削窗口。点击体积块铣削图标，弹出菜单管理器，进行序列设置，选择如图34序列项目。刀具选择外圆角铣刀，半径为40。参数如图35所示。“铣削窗口”选择刚刚建立的铣削窗口。Vericut仿真结果如图36所示 图33 图34 图35 图36（左图正在加工，有图加工完成） 四、 后处理操作1、刀位文件的生成（CL文件）点击“编辑”“CL数据”“输出”，在弹出的“菜单管理器”的“选取特征”中选择“操作”，弹出的选取菜单中选择“OP010”。再次弹出“菜单管理器”，在“轨迹”中选择“文件”，“输出类型”中勾选“CL文件”、“交互”。系统弹出“保存副本”对话框，设置保存路径为工作目录，保存名称为“op010”。等待片刻，系统提示“成功创建Pro/NC 文件C:UserszhangshuDesktopyelun新建文件夹 (6)op010.ncl.1。”后，点击“菜单管理器”中的完成输出。CL文件（刀位文件）“op010.ncl”即被保存在指定目录中。2、NC代码的生成（G-代码文件）点击“工具”“CL数据”“后处理”，在系统弹出的“打开”对话框中选择打开刚才保存的“op010.ncl”文件，将弹出的“菜单管理器”中的“后置期处理选项”下拉菜单的“详细”、“跟踪”，点击“完成”。系统弹出“后置处理列表”，选择第一项“UNCX01.P11”，然后系统弹出如图37所示界面，在此界面的光标所在处输入程序号“1000”后按回车。系统弹出如图38所示信息窗口，同时，在工作目录中生成“op010.tap”文件，此文件中存放的就是此次航空发动机叶轮数控加工的G-代码文件，即NC代码文件。 图37 图383、加工过程的完整刀具轨迹仿真（利用Proe的播放路径功能）和Vericut仿真点击“工具”“播放路径”，选择刀位文件“op010.ncl”，进行刀具轨迹的仿真，其仿真结果如图39所示。图39利用Vericut进行完整NC检查。点击“工具”“CL数据”“材料去除模拟”。系统弹出的“NC检查”下拉菜单中点击“CL文件”，打开之前建立的“op010.ncl”。然后点击“G-代码文件”，打开之前建立的“op010.tap”文件，点击“完成”。就可以在Vericut中进行整个加工过程的仿真。4、本程序的部分NC代码开头部分%G71O1000(C:UserszhangshuDesktopyelun新建文件夹 (6)op010.ncl.1)(04/23/12-18:26:46)N0010T2M06S3500M03G00X50.076Y2418.894G43Z-257.992H02Z-172.948X-30.678Y1346.235G01X-34.42Y1296.531Z-169.008F7620.X-122.502Y1295.152Z-220.653X-213.137Y1286.38Z-274.54X-305.905Y1270.768Z-332.047X-397.991Y1249.553Z-393.324X-486.929Y1224.434Z-458.693X-571.221Y1197.084Z-528.998X-630.369Y1176.185Z-585.264X-685.474Y1155.726Z-644.817X-752.233Y1130.853Z-727.578X-813.259Y1110.444Z-812.303结尾部分G03X-1952.027Y0.I0.J-1952.027G01X-1937.997G02X-1937.997Y0.I1937.997J0.G01X-1952.027G03X0.Y1952.027I1