（机械工程专业论文）透平压缩机二维数控加工程序快速生成软件的研究.pdfVIP

r ! j 乙0 | 。 o，1 0r，卜、0， r e s e a r c ho ns o f t w a r eo fm a k i n g2 一dr a p i dn c p r o g r a ms y s t e mo f t u r b i n e c o m p r e s s o r b yh u y u r o n g s u p e r v i s o r ：v i c e p r o f e s s o rl i up i n g n o r t h e a s t e r n u n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 n 1 “拼 学位论文作者签名：捌参锈 日期：刎碑硐妒囝 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： ， ， 东北大学硕士学位论文 摘要 透平压缩机二维数控加工程序快速生成软件 的研究 摘要 透平压缩机是采矿、冶金、石油化工、制冷、动力、环保等工业部门中广泛应用 的大型关键设备。透平压缩机产品结构复杂，其关键零部件如转子件的叶轮、定子件 的隔板，都需要通过高精度数控机床加工出来。而数控机床所需要的加工程序的生成 就成为关键，正确、快捷地生成加工程序是生产实际的迫切需求。 本论文以沈阳鼓风机集团透平机械有限公司的透平压缩机中需要在数控立车、数 控火焰切割机上加工的叶轮、隔板、焊壳为研究对象，以二维c a d 软件c a x a 电子 图板( 企业版) 为平台，主要使用c 语言编写开发软件。本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 二维数控加工程序快速生成软件的开发。首先收集数据，针对不同机床所 采用的数控系统进行分析，主要对日本f a n u c3 t a 系统、德国m e s s e r 系统、西门 子系列s i n m e r r i k8 1 0 t f m n c 等进行分析。制定方案，用c 语言编写程序，上机 调试，运行，完成二维数控加工程序快速生成软件的设计。 ( 2 ) 二维数控程序的生成。首先通过工艺数控编程人员利用二维c a d 软件根据 产品图纸将需要数控加工的工件进行产品造型，生成1 ：1 图，并根据选用的刀具做 出加工轨迹，然后提取数据，调用二维数控加工程序快速生成软件，生成符合具体机 床相应g 代码的数控程序。 通过二维数控加工程序快速生成软件的开发，工艺数控编程人员可采用微机操 作，摆脱了$ 3 9 0 工作站的限制。尤其对于临时安排加工的零件的数控程序的编写非 常方便，可以在十几分钟内编出加工程序，缩短了机床的等待时间，可以大大地提高 编程效率和准确性。 关键词：透平压缩机；数控；加工；a p t 语言；c a x a 电子图板；c 语言 ， 。棚 t ，一 查! ! 奎兰塑圭2 耋垒兰；毒；。，；垒坠坚丝 r e s e a r c ho ns o f t w a r eo fm a k i n g2 - dr a p i dn cp r o g r a ms y s t e m o fturbineoft u r b i n ec o m p r e s s o r a b s t r a c t t u r b i n ec o m p r e s s o r sa r et h ek e yd e v i c e si nt h ei n d u s t r yd e p a r t m e n t ss u c ha sm l m n g ， m e t a l l u r g y , p e t r o c h e m i c a l s ，r e f r i g e r a t i o n ，d y n a m i c s ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n , e t c t h e s t r u c t l l r e so ft u r b i n ec o m p r e s s o r sa r ec o m p l i c a t e da n dt h em a i np a r t ss u c ha si m p e l l e r sa n d d i a p h r a g ma r er e q u i r e dt ob em a c h i n e db yh i g hp r e c i s i o nn cm a c h i n e s t h e r e f o r e ， c o n v e n i e n ta n dr a p i dp r o g r a m m i n gm e t h o d sa r ed e m a n d e di nm a n u f a c t u r e b a s e do n2 - dc a ds o f t w a r ec a x a ，t a k i n gi m p e l l e r ，d i a p h r a g ma n dw e l dc a s eo f t u r b i n ec o m p r e s s o r w h i c ha r et h ep r o d u c t st h a ta r em a c h i n e db yv e r t i c a ln cm a c h i n et o o l o rf i r ec u t t i n gn cm a c h i n et o o lo fs h e n y a n gt u r b i n ec o m p r e s s o rw o r k sc o l t d ，a s r e s e a r c h i n go b je c t s ，t h e 2 - dn cp r o g r a ms o f t w a r ei sb u i l tb yu s i n gcp r o g r a m m i n g l a n g u a g e t h ec o n t e n to ft h i sp 印e ri sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n to f t h e2 - dn cp r o g r a ms o f t w a r es y s t e mo ft u r b i n ec o m p r e s s o r t h ev a r i o u sn cs y s t e mo fm a c h i n et o o l sa r ea n a l y z e d ，i n c l u d i n gf a n u c - 3 ts y s t e mo f j a p a n ，m e s s e rs y s t e ma n ds i e m e n ss i n u m e r i k 8 4 0 t f m - n cs y s t e mo fg e r m a n y i i lt l l ee n d t h e ne s t a b l i s ht h ep l a na n dc o m p i l et h es o f t w a r ea r er u n n e da n dt e s t e do n c o m p u t e r ( 2 ) p r o d u c t i o no ft h e2 - dn cp r o g r a m b a s e do nt h e2 - dc a d s o f t w a r ec a x a ，t h e p r o g r a m l t l e rd r a w o u tt h ep r o f i l eo ft h ep a r t sw h i c ha r en e e d e dt ob em a n u f a c t u r e db yn c m a c h i n et 0 0 1 a s s u r i n gt h a tt h es c a l ei s1 ：1t ot h ep r o d u c td r a w i n g t h e nw ec a no f f s e tt h e p r o f i l ea tt h er a d i u so fc u r e rt i p ，s a v et h ed r a w i n ga s d x f r u nt h e2 - dn cp r o g r a m s o f t w a r ea n dp r o d u c et h eg c o d ew h i c hc a nb eu s e do nv a r i o u sn c m a c h i n e t h e2 - dn cp r o g r a ms o f t w a r es y s t e mo ft u r b i n ec o m p r e s s o ri nt 1 1 i sp a p e ri sc o n c i s e a n dp r a c t i c a l b ya p p l y i n gi t ，t h ep r o g r a m m e r sc a nw o r ko np ca n dg e tr i d o f $ 3 9 0 c o m p u t i n gc e n t e r t h en cp r o g r a mw i l lb ep r o d u c e dq u i c k l yi na b o u t10m i n u t e s ，w h i c h d r a s t i c a l l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c yo f n cp r o g r a m k e y w o r d s ：t u r b i n ec o m p r e s s o r ；n c ；m a c h i n i n g ；a p tl a n g u a g e ；c a x a ； c p r o g r a m m i n gl a n g u a g e i i i 一 t - 鼍r 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 中文摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题的提出1 1 2 相关领域的发展概况”2 1 2 1 国内外透平压缩机的发展状况2 1 2 2 国内外c a d 技术发展概况3 1 2 3 数控技术的历史和发展概况6 1 - 3 本课题的研究内容及研究意义- 7 1 2 1 本课题的研究内容7 1 2 2 本课题的研究意义7 1 2 2 本论文的内容8 第2 章系统的总体方案设计9 2 1 透平压缩机的产品概述”9 2 1 1 透平压缩机本体结构分析9 2 2 机械制造与加工概述1 1 2 2 1 机械制造与机械制造技术一1 1 2 2 2 现代制造技术的发展方向一1 1 2 2 3 加工技术向自动化方向发展1 2 2 3 沈阳鼓风机透平压缩机机械制造技术l3 2 3 1 叶轮部分1 3 2 3 2 机壳部分l8 2 4 系统开发的步骤“2 1 2 4 1 软件的设计思想的规划2 1 2 4 2 系统功能分析2 1 i v 东北大学硕士学位论文目录 2 5 二维c a d 软件平台及开发工具的选择”2 4 2 5 1 二维c a d 软件平台的选择2 4 2 5 2 开发工具的选择一2 6_ 第3 章二维数控加工程序快速生成软件研究2 9 3 1 沈阳鼓风机集团主要数控系统的介绍和分析2 9 3 1 1 数控加工程序的结构和格式2 9 3 1 2 沈阳鼓风机集团使用的几种数控系统介绍3 l t 3 2 利用$ 3 9 0 工作站进行数控编程的介绍3 5 3 3 二维数控加工程序快速生成软件的开发4 0 3 3 1二维数控加工程序快速生成软件的总体设计4 0 3 3 2 二维数控加工程序快速生成软件各个模块的设计一4 1 3 4 二维数控加工程序快速生成软件的使用情况4 6 3 4 1 二维数控加工程序快速生成软件的应用”4 6 3 4 2 应用实例4 7 第4 章结论与展望- 5 1 4 1 结论51 4 2 展望5 2 参考文献5 5 致谢一5 8 v 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 课题的提出 第1 章绪论 沈阳鼓风机集团透平机械股份有限公司( 以下简称沈阳鼓风机) 是中国鼓风机行业 中科技含量最高、生产规模最大、技术力量雄厚j 工艺装备精良、设计制造技术先进的 国有大型重点骨干企业。由于其产品透平压缩机及其相关产品都是大型设备，设计周期 长、生产成本高、科技含量较高、售价较高，所以沈阳鼓风机的产品多为单件、小批量 生产。同时，沈阳鼓风机是我国较早推广c i m s 工程的企业。沈阳鼓风机从上个世纪七 十年代开始，在敬爱的周恩来总理的关怀下，国家投资一亿多元人民币进行技术改造， 引进了美国、日本、法国、德国等制造的多台数控设备，为祖国的石油、化工、冶金等 行业的建设做出了贡献。在实施c i m s 之前，新产品开发周期长，报价速度慢，应变能 力差，难以满足国内外市场的需求，在竞争中往往错失良机。通过c i m s 工程实施，缩 短了同国际同类厂家在产品供货周期上、产品质量上、产品品种开发速度上和生产能力 等方面的差距，使产品设计、制造水平和生产经营的综合能力，达到或超过国际同类企 业水平。 作为c i m s 的重要组成部分，沈阳鼓风机c a d c a m 技术的应用，极大地推进了本厂 的技术发展和进步。c a d 和c a e 、c a p p 的集成也将成为c i m s 技术的核心，将为制造业 带来不可估量的效益。 沈阳鼓风机的数控设备的主要数控系统有：日本的f a n u c 系统，德国的m e s s e r 系统和s i e m e n s 系统。而且，同一系统版本还不一样，因此需要不同的后置转换程序。 目前对于二维加工程序，沈阳鼓风机的工艺数控编程人员多采用北方电脑公司的$ 3 9 0 工作站上的a p t 程序编制，虽然使用a p t 软件具有很多优点，但也存在很多不足，比 如必须依赖$ 3 9 0 工作站，程序的编写繁琐，没有图形验证等。为了摆脱这些不足，就 需要有一个适合我们自己情况的方法来解决这些问题。 本课题中的软件就是针对这一情况开发的，它采用微机操作，摆脱了$ 3 9 0 工作站 的限制，尤其对于临时安排加工的零件的数控程序的编写非常方便，可以在十几分钟内 编出加工程序，缩短了机床的等待时间，可以大大地提高编程效率和准确性，即使对于 机床操作系统不是很熟悉的人员也可以实现编程，可实现各种机床的交叉编程。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 相关领域的发展概况 1 2 1 国内外透平压缩机的发展状况 透平压缩机是一种高速的旋转机械。工作时装有叶片的转子作高速旋转运动。气体 流经叶片之间通道时，叶片与气体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。按照其 能量转化的方向，透平压缩机是一种从动机。它由电动机拖动，将机械能转换为气体的 能量，即提高气体的压力【l 】。 它可以满足工业上对气体压缩的各种需求，应用范围很广，而且在许多领域中是其 他类型压缩机所无法替代的j 作为一种工业装备，它广泛应用于冶金、石油、化工、天 然气输送、冶炼、制冷和矿山通风等诸多重要工业部门；作为燃气涡轮发动机的基本组 成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内 燃机不可缺少的组成部件。在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需的投资可 观，耗能比大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧 密相关，因而成为备受关注的心脏设备【l 】。 根据气体的运动方向，透平压缩机可分为三种： ( 1 ) 离心式，气体径向流动； ( 2 ) 轴流式，气体轴向流动； ( 3 ) 轴流离心组合式。 透平压缩机是随着科学技术的进步，在解决了热力学、气体动力学、材料及机械制 造等一系列重大问题之后才迅速发展起来的。最早在2 0 世纪初，1 9 0 0 年法国拉托厂首先 制造出了第一台用于高炉鼓风的离心式透平压缩机。6 年后，瑞士的布朗鲍威尔开始生 产拉托型压缩机，掀起了欧洲和美国生产离心式透平压缩机的热潮。从2 0 世纪3 0 年代开 始，由于航空事业发展的需要，轴流式透平压缩机得到不断的完善，提高了效率。1 9 3 4 年，瑞士的b b c 首次为超音速风洞制造了第一台多级轴流式压缩机，效率达8 4 j 。 2 0 世纪5 0 年代中期以后，石油、化工等行业的发展再一次刺激了离心式透平压缩机 的研究。同时，离心式透平压缩机制造工艺的新进展和空气动力学研究的成就，大大扩 。 展了离心式透平压缩机的应用范围。由于其单机容量大、重量轻、体积小、结构简单、 润滑油耗少等优点，为其应用于石油化工行业，为生产大型化提供了条件。随着科学技 术的飞速进步、相关学科的新成就和一些新技术的运用，透平式压缩机设计、研究成果 日新月异，成功应用在各个大型工业部门【l 】。 我国的透平压缩机制造业在解放前基本上属于空白。只有少数工厂能生产少量低压 的通风机和鼓风机。新中国成立以后，随着社会主义经济建设的发展，透平压缩机制造 业也由从无到有得到迅速发展，除了各大汽轮机厂外，还有许多鼓风机专业生产厂，如 沈阳鼓风机厂、陕西鼓风机厂、上海鼓风机厂、武汉鼓风机厂等可以生产各种规格的工 2 东北大学硕士学位论文第1 章 绪论 业透平压缩机。透平压缩机的理论研究和设计工作都取得了很大的进展。除了自行设计 以外，还从国外引进技术，推动我国透平压缩机事业的发展。早期沈阳鼓风机厂从意大 利新比隆引进了m c l ( 水平剖分型) 、b c l ( 筒型) 和p c l ( 输气管线用) 三种系列压 缩机技术之后，又从日本引进了d h 系列压缩机，陕西鼓风机厂从瑞士苏尔寿公司引进 轴流式压缩机技术。后来，我国又相继从国外引进一些先进机型和技术，缩短了国内和 国外差距。目前我国从通风机、鼓风机到高压离心式压缩机，各种规格的轴流式压缩机 都能生产，并为进一步发展打下了坚实的基础i l j 。 透平式压缩机的发展得益于许多学科发展和技术进步的成果，随着当代科学技术的 突飞猛进，透平式压缩机无论是在性能上还是在安全可靠性上都获得了很大的提高。随 着气动力学全三元流动理论的发展，透平式压缩机的气动设计方法、计算机软件日臻成 熟并推广应用，透平式压缩机理论得到深入的研究，使当今的透平式压缩机更具有先进 的热力、气动性能；转子动力学的进步提高了压缩机的可靠性，机械制造业的现代化保 证了压缩机的先进设计性能和可靠性；c i m s 系统的使用，尤其是c a d c a m 技术的大力 发展，为透平压缩机的设计、制造技术带来革命性的变化。 为了掌握并不断完善这种机械、需要大量懂得有关现代科学技术、掌握透平式压缩 机结构、原理、设计与研究方法的工程技术人员从事设计、开发、操作运行和管理。 1 2 2 国内外c a d c a m 技术发展概况 1 2 2 1c a d 技术发展历程 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 技术是指在计算机和人组成 的系统当中，工程技术人员利用计算机作为辅助工具，完成包括产品的设计、绘图、工 程分析与文档制作等设计活动【3 】。c a d 技术充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大 功能，极大地提高了产品的开发速度和精度，缩短科研和新产品开发周期，降低了产品 成本。同时，它也是进一步向计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，简称 c a m ) 、计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，简称c i m s ) 发展的重要基础f 2 】【3 】【4 】。了解c a d 的发展历史，是为了更好地了解它的现状与发展，有 助于我们今后更有效地应用这门技术。 c a d 技术是伴随着计算机科学的发展而发展起来的。在半个多世纪的发展过程中， 它经历了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、自由曲面设计、参 数化设计和特征造型设计等发展过程。今天的c a d 技术已同最初的c a d 技术大大地不同 了。在2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代，c a d 技术以二维绘图为主要目标，研究的出发点是用传 统的三视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，所以此时的c a d 仅仅是图板 的替代品，即计算机辅助绘图( c o m p e e ra i d e dd r a w i n go rd r a f t ) ，而非今天我们所说 - 3 东北大学硕士学位论文第1 章 绪论 的计算机辅助设计( c o m p m e ra i d e dd e s i g n ) 【4 l 。 2 0 世纪7 0 年代中后期，飞机制造业和汽车制造业蓬勃发展。对曲面造型和实体造型 技术的研究开启了c a d 技术从二维绘图向三维造型的跨越，首次实现了计算机完整地描 述产品零件的主要信息。1 9 7 7 年，法国达索飞机公司( d a s s a u l t a v i a t i o n ) 推出了三维曲 面造型系统( c o m p m e ra i d e dt h r e e d i m e n t i o n a li n t e r a c t i v ea p p l i c a t i o n ，c a t i a ) 。c a t i a 的出现标志着c a d 技术从二维走向三维。 2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代初，随着单用户计算机系统的普及以及参数化技术和特征 造型技术的发展，c a d 技术经历了一场巨大的变革。“参数化”技术的出现，使僵硬的 曲面、实体造型技术实现了“智能化”的弹性修改，充分体现出其在许多通用件、零部 件设计上的简便易行的优势，因而赢得了众多中小企业的青睐1 4 儿5 。世界上第一个三维 参数化特征造型软件是p t c 公司的p r o e 。 2 0 世纪9 0 年代中期至今，计算机硬件技术的不断发展，使c a d 技术得到了非常好的 发展。针对参数化技术的不足，人们提出一种比参数化技术更先进的实体造型技术 变量化技术【7 1 。变量化技术既保留了参数化技术的优点，同时又在约束定义方面做了根 本性的改变。第一个提出变量化技术的公司是s d r c 公司。1 9 9 3 年，它们推出了全新体 系结构的i d e a sm a s t es e r i e s 软件。 ， 目前，国内外出现了许多不同层次各具特色的c a d 软件，这些软件有二维的也有三 维的。二维c a d 软件的代表主要是a u t o c a d ，是最流行的二维绘图软件。三维软件除了 c a t i a 、p r o e 和i d e a s 还有u g 和s o l i d w o r k s 等。 s o l i d w o r k s 是一套基于w i n d o w s 的c a d c a e c a m p d m 桌面集成系统，是由美国 s o l i d w o r k s 公司在总结和继承了大型机械c a d 软件的基础上，于1 9 9 5 年1 1 月研制成功的。 它是在w i n d o w s 环境下实现的第一个机械三维c a d 软件。目前，s o l i d w o r k s 的全球用户 超过2 0 万，连续几年被美国一些杂志评为优秀的c a d 软件。除了少数行业需要u g 、 p r o e 、c a t i a 等高档c a d 软件外，中档的s o l i d w o r k s 完全可以满足一般的应用，其装 配分析基本满足一般企业的要求。现在市场上，s o l i d w o r k s 最新的版本是2 0 0 7 版。 1 2 2 2c a d 技术的发展趋势 随着计算机技术、人工智能技术、网络化技术和工程数据库技术的迅速发展，c a d 技术的发展趋势将主要围绕在标准化、智能化、集成化、网络化、可视化、并行化等几 个方面： ( 1 ) 标准化。c a d 软件的标准化有助于提高软件的一致性、完整性和可理解性。 软件产品的开发可能在不同的地区、不同的企业或者采用不同的软硬件环境进行。产品 开发信息的交换和共享，就涉及到c a d 数据的相互交换，因此必须有一个数据交换的标 准。现在有一些国际标准( j t h i g e s 、s t e p ) 被广泛的应用在工业界【4 j 。 4 东北大学硕士学位论文第1 章 绪论 ( 2 ) 智能化。智能c a d 要求系统能深入了解人类设计的思维模型，并用信息技术 来表达和模拟它。在设计活动中，由于设计人员设计的出发点不同，设计方案并不唯一， 因此要求系统应以产品的全系统、全智能和全过程作为优化目标，集建模寻优、分析和 再设计为一体，完成设计活动3 】【4 】【5 1 。 ( 3 ) 集成化。集成化主要是适应于c i m s 的需要，实现产品从设计到加工生产的一 体化【6 】。同时，c a d 、c a e 、c a m 、c a p p 等系统的集成，将形成一个全新的产品设计 生产、管理的方式。 ( 4 ) 可视化。可视化技术在c a d 技术中的应用即为产品的虚拟设计，即实现产品 在设计初期的可视化，并检查设计效果。可视化技术可以及早看到新产品的外形，以便 从多方面观察和评审所设计的产品；可以运用虚拟工具任意改变产品的外形而无需耗费 材料及占用加工设备【3 j 。 ( 5 ) 并行化。产品在设计过程中可以容易地被分解为不同的模块，分别由不同设 计人员分工进行设计，然后通过计算机网络进行组装和集成。开发组成员实现半结构化 通信，同时不同的设计层具有不同的管理使用权限，对产品建立统一的数据模型后进行 动态管n t 6 j 1 7 j 。 ( 6 ) 网络化。基于网络的c a d 技术是计算机辅助设计和因特网及网络计算机相集 成的新兴技术，是一个重要而崭新的交叉学科，涉及实体造型、计算几何、数据库、分 布计算和远程通信，是2 1 世纪设计与制造的发展方向【8 】。 在未来的几十年里，c a d 技术将在建模技术、软件组件技术、集成化、智能化等方 面进一步发展，因而也必将在机械工程设计的各个领域发挥越来越重要的作用。 1 2 2 3 我国c a d 技术的发展现状 我国的c a d 技术发展起步于2 0 世纪6 0 年代末，可以说与发达国家基本同步。“六五 和“七五”期间，我国在c a d 技术的各个方面开展了许多研究。开发和推广应用工作所 取得的成果，为生产力的发展注入了技术先进的因素，起到了可喜的促进作用。“八五” 期间，重点做了c a d 技术的推广应用工作，根据1 9 9 8 年抽样调查结果，机械电子行业已 有c a d 系统1 6 0 7 6 套，航空工业系统约有9 0 以上配备了不同档次的计算机，工程设计 院有9 0 以上的计算工作量、5 0 左右的方案设计、3 0 左右的绘图工作量是通过c a d 完成的。近二十年来，在国产化c a d 软件方面也取得了新发展，这对进一步促进c a d 技术在我国企业中的应用起到了很大的作用1 5 】。 尽管我国在c a d 技术的研究、开发和在企业中的推广应用等方面取得了很大的成 绩，但与工业发达国家相比，在应用和开发的广度和深度上，还存在很大的差距。主要 表现在： ( 1 ) 我国自主版权的软件，其商品化程度低、可靠性差、功能单一、集成化程度 5 东北大学硕士学位论文第1 章 绪论 低，难以进入市场。 ( 2 ) 国内c a d 技术的推广应用还很不普遍。据统计，在制造领域，真正使用c a d 技术进行产品设计的，其覆盖率还不足5 ( 3 ) 虽然引进了不少的c a d 软件，但其功能都没有充分利用，而且c a d 软件的引 ： 进和应用在行业之间、地区之间的发展也很不平衡。 由此可见，进一步开展c a d 技术的研究、开发和在企业中的推广、应用，仍然是我 国从事c a d 技术工作人员的一项繁重而又十分迫切的任务【8 】【9 】【10 1 。 1 2 3 数控技术的历史和发展概况 1 2 3 1 数控编程的基本概念 数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走 刀中的刀位点( c u t t e r l o c a t i o n p o i n t 简称c l 点) 。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的 东北大学硕士学位论丈第1 章 绪论 向一体化方向发展。到了2 0 世纪8 0 年代，在c a d c a m 一体化概念的基础上，逐步形 成了计算机集成制造系统( c i m s ) 及并行工程( c e ) 的概念。目前，为了适应c i m s 及c e 发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化方向发展。 在集成化方面，以开发符合s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ) 标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的 热点；在智能化方面，工作刚刚开始，还有待我们去努力。 1 3 本课题的研究内容及研究意义 1 3 1 本课题的研究内容 ( 1 ) 二维数控加工程序快速生成软件的开发。 首先收集数据，针对不同机床所采用的数控系统进行分析，主要对日本f a n u c3 t a 系统、德国m e s s e r 系统、西门子系列s i n m e r r i k8 1 0 t f m - n c 等进行分析。制定方 案，用c 语言编写程序，上机调试，运行，完成二维数控加工程序快速生成软件的设计。 ( 2 ) 二维数控程序的生成。首先通过工艺数控编程人员利用二维c a d 软件如 a u t o c a d 、c a x a 电子图板为模板，根据产品图纸将需要数控加工的工件进行产品造 型，生成1 ：1 图，并根据选用的刀具做出加工轨迹，然后提取数据，调用二维数控加 工程序快速生成软件，生成符合具体机床相应n c 代码的数控程序。 1 3 2 本课题的研究意义 随着沈阳鼓风机集团透平机械股份有限公司生产任务量的不断增加，如何快速准确 地编制出数控加工程序是每个编程人员所必须面对的主要问题。目前对于二维加工程序 多采用北方电脑公司的$ 3 9 0 工作站上的a p t 程序编制，虽然使用a p t 软件具有很多 优点，但也存在很大的不足，比如必须依赖$ 3 9 0 工作站、程序的编写繁琐、没有图形 验证等，为了摆脱这些不足，就需要有一个适合沈阳鼓风机情况的方法来解决这些问题。 目前国内外用于数控机床编程的加工软件较多，但都不能适合沈阳鼓风机的具体 情况，每种软件都需要编写针对每种机床的后置处理程序，需要花费大量的人力和物力， 不能满足沈阳鼓风机的需要。 本课题就是针对这一情况而进行的，所开发的软件采用微机操作，摆脱了$ 3 9 0 工 作站的限制，尤其对于临时安排加工的零件的数控程序的编写非常方便，可以在十几分 钟内编出加工程序，缩短了机床的等待时间，可以大大地提高编程效率和准确性，即使 对于机床操作系统不是很熟悉的人员也可以实现编程，可实现各种机床的交叉编程。 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 1 ) 缩短新员工培训时间，加快合格工艺编程人员的成才。采用二维数控加工程 序快速生成软件，可节省工艺编程人员大量的宝贵时间。一般来说，新入厂的工艺编程 人员必须花费大量的时间和精力学习a p t 语言，并上机操作。该软件的开发，直接以 目前通用的二维c a d 软件如a u t o c a d 、c a x a 电子图板为模板，使新入厂的工艺编 - 程人员集中精力提高工艺知识的学习，提高工艺制造水平。 ( 2 ) 提高产品加工质量，缩短产品生产周期，提高企业的核心竞争力。采用二维 数控加工程序快速生成软件，工艺编程人员对除列表点、椭圆外的二维加工零部件，如 叶轮、隔板、焊壳下料件进行编程，不必依赖$ 3 9 0 大型工作站，可以利用p c 机直接完 成。同时，不必采用语言定义零件几何形状，描述复杂的几何形状，有了对零件形状、 刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的检查，使加工程序在生成之初就能发现问 题，并解决问题。 ( 3 ) 提高企业的经济效益。本系统可大大提高工艺编程人员的工作效率，特别是 对临时安排加工的零件的数控程序的编写非常方便，可以在十几分钟内编出加工程序， 缩短了机床的等待时间，可以大大地提高编程效率和准确性，即使对于机床操作系统不 是很熟悉的人员也可以实现编程，可实现各种机床的交叉编程 总之，二维数控加工程序快速生成软件已经在沈阳鼓风机集团推广使用，为企业的 发展带来可观的经济效益。 - 1 3 3 本论文的内容 本论文将针对1 3 1 节提出的研究内容来展开论述。以下为本论文的内容安排： 第一章为绪论，主要介绍本课题的来源，课题背景、意义。介绍国内外压缩机行业 的发展状况，c a d m 技术领域的发展，数控技术的历史和发展。 第二章介绍了二维数控加工程序快速生成软件设计方案。首先进行透平压缩机的产 品特征分析，并对主要零部件的加工进行了介绍。同时，简单介绍系统开发的c a d 平 台以及开发软件c 语言。 第三章介绍二维数控加工程序快速生成软件的研究。收集数据，针对不同机床所采 用的数控系统进行分析，主要对日本f a n u c3 t a 系统、德国m e s s e r 系统、西门子系 。 列s i n m e r r i k8 1 0 t f m - n c 等进行分析分析，给出系统的运行流程图，进行各个功能 模块设计。介绍二维数控加工程序快速生成软件的具体使用步骤，主要对五个模块的应 4 用时，应该注意的事项。 第四章对本论文所做的工作进行总结，得出一些结论，并提出一些建议。 8 - 东北大学硕士学位论文第2 章 系统的总体方案设计 第2 章系统的总体方案设计 第一章论述了本论文研究的背景，以及本论文研究的内容。本章将介绍本论文研究 的透平压缩机二维数控加工程序快速生成软件方案设计。首先进行透平压缩机的产品结 构分析，进行实际中的压缩机设计流程，进行本系统的功能分析。同时，基于软件工程 的设计思想，绘制出本系统的系统流程图。最后介绍本系统开发使用的工具，包括二维 c a d 软件平台、开发工具以及应用到的相关技术。 2 1 透平压缩机的产品概述 2 1 1 透平压缩机本体结构分析 图2 1 透平式压缩机结构示意图 f i g 2 1t u r b i n ec o m p r e s s o r 透平压缩机本体可分为两大部分：转动部分，由主轴、叶轮、平衡盘、叶轮间的定 距隔套、推力盘以及联轴用的半联轴节等零部件组成，称为转子；固定部分，由气缸、 隔套、支承轴承、推力轴承、轴端密封等零部件组成，常称为定子。图2 1 中所示压缩 机有两个进气口和两个排气口，称为二段压缩。 在压缩机理论中，常常顺着气体流动路线，将压缩机分为若干个级。所谓级就是由 一个叶轮和与之相配合的固定元件构成的基本单元。它包括叶轮、扩压器、弯道和回流 - 9 东北大学硕士学位论文第2 章系统的总体方案设计 器几个元件。压缩机每段进口处的级称为首级，除了上述元件外它还应包括进气室。而 在压缩机每段排气口处的级称为末级，它没有弯道和回流器，而代之以排气室。有的压 缩机甚至连扩压元件也没有，气体从叶轮出来直接进入排气室。可见，每级都必须有叶 轮，由于级在段中所处的位置不同而有不同的固定元件相配合。一个压缩段可以有一个 级也可以有许多级。为了对压缩机级的通流元件有个了解，分别叙述如下【l j ： ( 1 ) 吸气室。在每段第一级入口都设有吸气室，将气体从进气管均匀地引入叶轮 进行压缩。 ( 2 ) 叶轮。叶轮又称工作轮，是压缩机中最重要的部件。它随主轴高速旋转，气 体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动的作用，由叶轮出来后，压力和速度都得到提高。 从能量转换观点来看，压缩机中叶轮是将机械能传给气体，以提高气体能量的唯一元件。 ( 3 ) 扩压器。气体从叶轮流出时，具有很高的流动速度，为了将这部分动能充分 地转变为势能，以提高气体的压力，紧接叶轮设置了扩压器。一般扩压器有无叶扩压器 和叶片扩压器，无叶扩压器是由前、后隔板组成的通道，而叶片扩压器则在前、后隔板 之间设置叶片。无论何种扩压器，随着直径的增大，流通面积都随之增加，使气流速度 逐渐减慢，压力得到提高。 ( 4 ) 弯道与回流器。为了把从扩压器中出来的气体引导到下一级去继续压缩，设 有使气流拐弯的弯道和把气流均匀地引入下一级叶轮入口的回流器。弯道是由隔板和气 缸组成的通道，回流器则由两块隔板和装在隔板之间的叶片组成。 ( 5 ) 蜗壳。蜗壳的主要作用是把从扩压器或从叶轮( 在没有扩压器时) 出来的气 体汇集起来，并引出机外。在大多数的情况下，由于蜗壳外径逐渐增大，通流面积也增 大，因此还可以起到一定的扩压作用【1 1 。 离心压缩机本体除了上述级元件外，还有许多元件，例如减少气体从叶轮出口倒流 到叶轮入口的轮盖密封；减少级间漏气的隔套密封；减少气体向机外泄漏或从外吸入( 压 力低于外界压力时) 的轴端密封；减少轴向推力的平衡盘；承受转子剩余轴向推力的止 推轴承以及支撑转子的支持轴承等。 为了使压缩机持续安全、高效率地运转，还必须有一些辅助设备和系统。如油路系 统、自动控制及保安系统等。具有中间冷却的压缩机还带有中间冷却器、冷却系统。有 的压缩机还带有增速器1 1 1 。 作为透平压缩机的核心部件转子系统的零部件，主轴、叶轮、平衡盘、叶轮间的隔 套、推力盘，每一级可以采用不同的型号，但是这些零部件都容易系列化。与之相配合 形成气流流道的压缩机定子系统的零部件即隔板、密封等也同样具有相似的特点。按照 客户对压缩气体的压力、工作流量等工况要求，通过选择不同的叶轮转子系统和定子系 统可以形成新的产品。为了保证产品的性能，主要零部件叶轮、隔板和轴承都需要在数 控机床上加工。 1 0 东北大学硕士学位论文第2 章系统的总体方案设计 2 2 机械制造与加工概述 2 2 1 机械制造与机械制造技术 机械制造是各种机械、机床、风机、工具、仪表制造过程的总称。机械制造技术 则是研究用于制造上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程 技术，也是一门以制造一定质量的产品为目标，研究如何以最少的消耗，最低的成本和 最高的效率的综合技术。 沈鼓集团的机械制造技术集中在工艺部，工艺部由冷加工、数控编程、装配工艺、 铆焊工艺、热加工、工装设计等九个方面的专业人员组成。 机械制造工业作为国民经济的基础产业，不仅对提高人民的生活水平起到重要作 用，而且对科学技术的发展，尤其是现代高新技术的发展起着重要的推动作用。当前， 衡量一个国家科技发展的程度，是以它能为世界提供多少可造福人类的产品为主要依 据，而产品只有通过制造才能完成。因此，制造技术是国家经济发展