多轴加工叶轮.doc

第2卷第4期 职教研究 Vol.2,NO.42010年12月 Vocational Education Researches Dec.2010CADCAECAM四轴加工叶轮 王 锋（黑龙江农业工程职业学院，黑龙江 哈尔滨 150088）摘 要：实现应用四轴数控加工中心加工叶轮，标志着高职院校“生产型”数控加工基地的校企合作及教学实训达到了一个更高的水准。CADCAMCAE制造必须从单轴加工向多轴加工等高难度加工、自动测量的跃进。学生实习实训的产品工艺更复杂、精度要求更高。培养学生攻坚克难的能力。关键词：叶轮； 多轴； NX加工；作者简介：王锋（1983），男，陕西咸阳人，黑龙江农业工程职业学院机电学院教师，实验员，研究方向：模具制造、多轴数控机床加工。CADCAECAM技术具有高智力、高效益、知识密集、更新速度快、综合性强等特点。是科技领域中的重要研究项目，也是现代先进、高端技术计算机集成制造系统的核心技术基础。某种程度代表着制造业的发展实力和竞争力。现代的汽车、飞机、船舶、玩具、用具等等产品的外观、型线越来越漂亮，具有运动感觉。设计者的奇思妙想更是层出不穷。都来源于计算机的高度发展、CADCAECAM软件的智能化、人性化、高端化，所以数控加工、模具制造更是离不开软件的支持，我们广泛地采用CADCAECAM技术，提高设计和制造环节中的形状的准确度和外观，高质量、高效率地完成产品的模型加工。例如我院校企合作项目中的一个实习实训产品“叶轮”，如图1所示，就是我们常见的典型曲面类产品。现在应用NX软件建立三维数据模型，对其进行分析、加工。一、叶轮毛坯为铸造件，材料为45号钢，铸件线形周边加工余量2mm左右，叶长度为78mm，轮毂半径为50mm，叶盆到叶背的距离为38mm，叶根圆角为R0.1，型面扭曲程度较大。加工前，需要对毛坯工件进行铸造性能检测，例如尺寸、气孔等缺陷。加工时要分析好产品加工工艺，考虑加工成本，生产效率等。加工后，需要对工件进行质检，检测叶轮性能是否合格，如果可以到达要求，就可以按照要求生产。 图1 叶轮 图2 三维数据模型二、工艺特性分析1.先应用UGNX6.0软件CAD模块建立如图2三维数据模型，然后应用CAE分析模块进行模型分析，例如叶轮曲面的最大螺旋角、曲率、圆角等。模型分析完成后，应用UGNX6.0软件CAM模块辅助编程，进而根据XH716四轴数控加工中心的程序格式等要求，后置处理生成数控加工G代码。应用XH716四轴数控加工中心对叶轮实践加工，再经过抛光处理、质量检测，最终完成叶轮加工。2.叶轮加工工艺过程 表1 数控加工工艺过程 三、数模分析、光顺叶轮的设计，因为设计者使用的软件不同、数据在转换时软件公差不同、不同公司的软件的曲面算法也不同、建模的几何关系不同等因素，对加工者的加工结果可能造成不同的加工效果。同时由于软件的“后处理”参数的设置不同，软件的模拟加工结果将与实际的加工结果稍有差别，而且工件的加工结果将永远不能达到理想完美的效果。为了减少数控加工中的缺陷和抛光时间，采用高速加工，数据后处理采用样条插补计算，以减少数据量，实现CAD-CAM-CNC之间进行数据良好传递，生成光顺的刀具轨迹 。如图3所示：通过数据分析，经NX6.0软件对三维数据模型进行验证，测量的数据如图3数据结果，曲面较为光顺，角度公差0.5，边公差为50m ，最小半径70.634mm，最大半径78.371mm，叶根圆角0.1mm。根据以上数据选择如下刀具：直径20mm镶片硬质合金立铣刀，刀尖圆角0.2mm的粗加工刀具，选择加长型直径为10R5mm球头硬质合金刀具进行半精加工，选择直径为4R2mm加长球头进行精加工，选择设备：XH716四轴数控加工中心。 图3 数模分析四、 加工流程工序1，采用数控车床或者普通车床可以完成所有工序内容；工序2是主要分析和加工的内容，表2是为了更好的完成工序2的工序内容，保证后续抛光；工序3和工序4在企业进行。表2 工序2加工流程序号加工步骤内容说明1几何体创建几何体设置毛坯留量2-3mm，工件坐标系在端面中心，x轴为轮毂中心线且x轴为旋转轴 2刀具的创建1.创建直径20R0.2mm的刀具，进行叶盆、叶背开粗加工2.创建直径10R5mm的球刀，进行圆柱面的粗加工3.创建直径4R2mm的球刀，进行清角加工及其精加工所有叶面3NC编程选择多轴CAM加工环境，生成叶盆、叶背、轮毂的刀具轨迹，进行粗加工留工序余量1mm、半精加工留工序余量0.5mm、精加工留0.05mm抛光量，计算刀具路径和生成刀具轨迹文件4工艺处理程序校验，检查其正确性，及其刀具路径，过切欠切现象，检查空刀轨迹的多少，加工时间。及后处理轨迹的生成方法；是圆弧逼近还是直线逼近。进行程序优化。提高效率。5加工叶背、叶盆直径为20R0.2mm刀具粗加工叶背、叶盆。留工序余量1mm检查留量均匀性、对称性、切削参数、加工效率等。6加工轮毂、叶盆、叶背直径为10R5mm刀具半精加工轮毂，直径为4R2mm刀具精加工叶背、叶盆、轮毂，留抛光量。分析切削参数，加工效率、刀具寿命等等7分析分析工件表面质量、形状、直径，刀具参数、寿命、进给参数、C轴参数、加工效率、时间、工艺的合理性，抛光留量。研究分析加工效率、生产成本等五、结论虽然叶轮加工较为复杂，但在合理的选择刀具、CAM软件、后处理器，认真分析三维数据模型，C轴的加工速度参数等加工条件，我们可以高速、高质的加工出合格的产品。在学生的实习实训中，学生以真实的工厂产品贯穿于整个学习过程，学生从中学到了对于此类典型的叶轮加工、叶轮分析、数据模型优化、数控编程优化、刀具、量具、工具选择、机床的使用等实践技能，深刻体会到加工操作规程，文明生产制度、高质高效理念的重要性，学生系统的详细的了解了整个加工工艺制定及实践加工过程，提高了学生实际加工生产应用的综合能力。校企合作产品，提高了高职院校学生实际加工能力，企业的生产理念。保产生效益，降低废品率。保证学生无缝隙上岗，提高就业率，同时提高了实验教师的实践教学能力和理论水平，提高了高职院校的社会服务能力，更进一步深化校企合作。参考文献：1赵波.模具加工前沿技术高速加工J.模具技术2000