风扇叶片的cad-capp-cam技术.doc

基于CAXA环境下电风扇叶片CAD/CAPP/CAM技术研究杨汉嵩 吴群雄 范彩霞 陈永方（黄河科技学院工学院，河南 郑州 450006 ）摘要 本文以国产主流软件CAXA作为CAD/CAPP/CAM的软件环境，以复杂的曲面塑料电风扇叶片为例，对叶片进行设计，注塑模的模具生成，模具的加工工艺设计，模具的加工仿真等工艺过程分析，对复杂曲面的CAD/CAPP/CAM数字化快速化制造技术提供了依据。 关键词 CAXA 叶片 复杂曲面 模具 CAD/CAPP/CAM中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：0 引言电风扇叶片是电风扇的主要组成部分之一，叶片的曲面现状较为复杂，同时要求叶片质量轻，分布均匀，整个结构的对中性好，因此，对叶片的要求较为严格。一般叶片的材料多选择为无毒，无臭，无味的高结晶的聚合物。而Polypropylene AW564具有良好的耐热性、化学稳定性、电性能等，是目前所有塑料中最轻的品种之一，因此，是制造叶片常选择的材料之一。由于风扇叶片生产批量较大，而模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本等特点，因此塑料叶片都用注塑模生产。传统的模具设计与加工主要是依靠工程技术人员的经验，利用传统的加工方法，模具要经过多次的反复试验后才能投入生产，而且制造出来的模具精度低，设计周期长，成本较高。随着CAD/CAPP/CAM技术的不断发展，叶片的设计与制造技术有了很大的改进。本文利用国产的主流软件CAXA作为CAD/CAPP/CAM的软件环境，对产品进行设计，注塑模生成，模具加工的工艺设计以及仿真加工，准确可靠，实现了CAD/CAPP/CAM的快速化制造技术。1 叶片与模具型腔的CAD过程风扇叶片的产品从设计到加工过程的基本流程如图一所示。图一 叶片设计与加工过程的基本流程图（1） 叶片的建模叶片建模的主要问题是叶片的空间结构现状，对于空间自由曲面，可利用贝恩斯特（Bernstein）基函数。 （1）其中：，三次Bezier曲线段表示为 （2）利用贝恩斯特基函数，可构成一张曲面，该曲面为nm维Bezier曲面。自由曲面的建模就是按照上述原理将曲面进行划分为一系列曲面片，利用连接条件生成整体曲面，再利用CAXA制造工程师或CAXA实体设计软件（以下的设计都是以CAXA制造工程师软件为平台），可以很快的把风扇的三维曲面与实体进行建模（模型如图二所示），建模过程简单、快捷。图二 风扇的三维模型 (2)模具上下型腔的生成利用曲面与实体造型，根据要求进行设计，设计好的叶片，利用该软件可以进行模具的自动生产，在生成模具前，由于塑料制品在注入型腔冷却后有一定的收缩率，因此，在制备型腔时（以下都以模具的左型腔为例），对设计好的叶片进行放样。不同的材料，其收缩率不同，表一给出了部分常用塑料的收缩率。表一 常用塑料的收缩率塑料种类收缩率（%）聚乙烯（低密度）1.53.5聚乙烯（高密度）1.53.0聚丙烯1.02.5聚丙烯（玻璃纤维增强）0.40.8聚氯乙烯（硬质）0.61.5对放样后的零件与设计好的毛坯，利用软件中自带的布尔运算，可以自动的生成模具的上下型腔，或先生成包含设计好的零件毛坯，利用软件中具有的开模功能，自动生成上下型腔，模具的上下型腔如图三、图四所示。 图三 模具上型腔 图四 模具下型腔2 模具型腔的CAPP型腔的CAPP过程是根据设计出产品的结果，对产品的加工方法与加工过程的设计。一般来说，CAPP设计包含以下的内容：毛坯的设计、加工方法的选择、工序设计、工艺路线制定等。其中，工序设计包含加工设备和工装的选用、加工余量、切削用量、机床与刀具的选择等。2.1毛坯的设计 毛坯形式主要分为原型材、锻造件、铸造件、焊接件、冲压件等，根据该模具的力学性能、结构形状和外廓尺寸以及生产的批量的要求等，该模具要求精度较高，因此，利用8CrMn合金钢的锻件为毛坯件，毛坯的现状与尺寸根据设计的产品大小，参照模具设计手册确定。在设计中，利用软件本身的功能与相关参数的改变来完成毛坯的设计。设计好的毛坯作为生产毛坯廓形与尺寸的依据。2.1加工方法的选择根据零件的加工性质和作用不同，工艺过程一般分为粗加工、半精加工、精加工与光整加工几个阶段，在软件系统中，有粗加工、精加工等多种加工类型，每种类型中又存在多种加工方法。根据加工的特点按照加工阶段划分，进行加工方法选择，加工中需要进行粗加工，再进行精加工。二种加工类型中，按照零件的现状与特点进行选择，在粗加工阶段选择等高粗加工，精加工阶段选择等高精加工。2.3工序设计（1）机床的选择：选择机床时应考虑以下几方面机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；机床的工作精度要与本工序的加工精度相适应；机床的生产效率应与零件的生产类型相适应选择机床设备要以车间的现有设备为主。加工中选择的机床是与软件功能相配套的数控铣床，机床与CAD/CAPP/CAM系统之间可通过无线连接，实现网络化DNC功能。（2）夹具的选择：在生产批量不大的情况下，应尽量选用通用夹具，如是大批、大量生产时，应按工序要求，设计相应的专用夹具。模具加工属于单件生产类型，因此选择通用的夹具。（3）加工余量：加工余量分工序余量与加工总余量，加工总余量是毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，用表示，工序余量是相邻两工序的尺寸之差，用表示，工序余量与总与量间的关系为： （3）式中 工序或工步的数目工序尺寸、毛坯尺寸及总余量的计算可以参照机械制造工艺设计简明手册。在CAD/CAPP/CAM系统中，选择加工类型与加工方法，先选择粗加工的等高线粗加工，再选择精加工的等高线精加工。将加工参数、切削用量、加工边界、切入切出、刀具参数与下刀方式等内容按照工艺要求进行确定完成，CAPP的设计过程也相应的完成，相应的刀具轨迹可一并生成。3 仿真与加工按照以上的过程，可以生成模具零件的加工轨迹，为了更好的展示实际加工出的模具效果，可以进一步进行模拟仿真，图五为刀具的加工轨迹，图六为粗加工仿真结果，图七为精加工仿真结果，在加工仿真过程中，可进行刀具加工的干涉检查，如有干涉，重新选择CAPP的过程，如不存在干涉，再经后置处理，直接生成NC代码（由于语句太多，故省略），进行产品加工。 图五 仿真加工的刀具轨迹 图六 模具粗加工仿真 图七 模具精加工仿真 图八 加工装配效果图 以上是以固定的左型腔为例，对右型腔，可以按照同样的过程与方法，得出其加工与仿真结果，图八加工后模具以及产品的效果图。4结论通过以国内主流的CAXA软件，利用有关理论，对机械产品进行设计，工艺选择与加工与仿真，实现了CAD/CAPP/CAM一体化的过程，在新产品开发中，与实际生产加工以及相比，节约了时间，同时使设计结果更加精确，完美。参考文献 1 杨涛，李伟，张丹丹风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究J机械设计与制造2010,7：（190-191） 2 熊娟，汪俊CAD/CAM技术的水轮机叶片三维建模及分析J制造业自动化2010,7：（39-41）3 沈海燕连杆的CAXA造型及仿真J煤矿机械2010,9：（217-219）4 韩淑敏在CAXA制造工程师中轮轴实体造型的几种方法比较J煤矿机械2010,2：（197-198）5 胡礼广，汪红波基于ro/Engineer的注