叶轮模型设计与加工

题目：叶轮模型设计与加工

目录

一、引言............................................................1

二、CAXA制造工程师与PowerMILL的软件特点........................1

三、设计叶轮零件的模型............................................2

（一）画叶片的轮廓毛坯..........................................3

（二）叶轮轮毂的旋转除料造型...................................3

（三）构造叶片与阵列............................................5

（四）构造分流叶片与阵列........................................7

（五）叶轮套旋转除料............................................9

四、零件加工.......................................................10

（一）导出实体并输入模型.......................................10

（二）新建刀具与定义毛坯.......................................11

（三）确定加工策略............................................13

1.毛坯开粗..................................................13

2.叶片毛坯精加工...........................................15

3.叶盘粗加工...............................................16

4.分流叶片精加工...........................................16

5.叶片精加工...............................................17

6.叶轮轮毂精加工...........................................19

7.设置后置处理文件输出加工程序.............................20

（四）生成程序.................................................22

五、加工工艺分析..................................................23

六、数控加工中存在的问题..........................................24

七、结束语.........................................................25

八、参考文献.......................................................25

摘要叶轮是典型的机械零件,广泛地应用于农业、航空、水利、船舶等

行业。叶轮的质量直接影响其空气动力性能和机械效率。因此它的加工技

术一直是制造行业中的一个重要课题。叶轮加工的方法有铸造、精密锻造、

数控铳加工等，其中数控加工方法因有较短的生产周期和良好的加工质量

等优点而成为加工中小批量叶轮的首选方法。叶轮型面的质量则直接影响

叶片的工作效果，由于叶轮的型面是复杂的曲面，所以一直是数控加工中

的难点，高性能CAM软件的出现，使这种复杂型面的加工变得相对容易。

本文通过CAXA制造工程师对叶轮的造型及PowerMILL,使大家对叶轮

类零件的数控加工过程有一个整体的了解。

关键词：叶轮CAXA制造工程师PowerMILL数控加工

一\引言

随着现代制造技术的发展和数控机床的日益普及，数控加工在我国得

到广泛的应用。其中相当比例的数控铳都运用在模具行业。由于模具加工

的特殊性，各种CAD/CAM软件的应用日益广泛、日趋成熟。从规模较大的

各种企业，到那些仅有1〜2台数控设备的数控加工小店，随处可见CAXA、

UG、Cimatron、MasterCAM、PowerMILL等世界知名CAD/CAM软件的身影。

目前在各类职业技术学院，技工学校的相关教学中，大都只是运用

CAD/CAM软件教学，造成学生的编程基本能力得不到应有的训练与提高，

而对博大精深的CAD/CAM软件也只是掌握一些皮毛，缺乏工艺知识的培训

和积累。本文以叶轮为例，运用CAXA制造工程师设计和PowerMILL数控

加工完成叶轮模型的整套步骤。

本文运用CAXA（大型CAD/CAM/CAE三维软件）进行三维造型，实现了

零件设计和Powermill软件编程的无缝联接，在产品设计和加工一体化方

面作了有益的尝试。

二、CAXA制造工程师与PowerMILL的软件特点

CAXA制造工程师不仅是是一款高效易学，具有很好工艺性的数控

加工编程软件，全中文三维造型与曲面实体完美结合的CAD/CAM一体化

系统。可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。支持轨迹参数化和

批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和

加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。CAXA制造工

程师为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成、校验一体化的全

面解决方案。采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来

描述，简便而准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、圆锥

体、球体和管子等,CAXA制造工程师可以方便地建立和管理这些特征信息。

实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸、旋转、导动、放样或加厚曲

面来实现，也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现,

还可以用等半径过渡、变半径过渡、倒角、打孔、增加拔模斜度和抽壳等

高级特征功能来实现。CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集

成，可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。

DelCAMPowerMILL是一款独立运行的世界领先的CAM系统，它是

DelCAM公司的旗舰2至5轴加工软件产品。它的优势集中体现在复杂形状

零件的加工方面，广泛应用于工模具加工、汽车模具行业以及航空零部件

制造业。它有独立运行，便于管理。面向工艺特征，先进智能。基于工艺

知识编程。支持高速加工，技术领先。易学易用，界面风格简单，选项设

置集中的优点。

三、设计叶轮零件的模型

我最终设计•的叶轮如图L1所示

图1.1

2

(-)画叶片的轮廓毛坯

打开CAXA,按F5进入XOY平面，单击曲线工具栏中的圆弧按钮，选

择三点圆弧方式，根据提示输入坐标(0,0)按回车键确定，输入半径40,

向下拉伸40,结果如图1.2所示

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图1.2

(-)叶轮轮毂的旋转除料造型

单击树状图中的片面XZ,点击草图，在草图中绘制以下图素。

单击直线，选择两点线，正交，长度方式，画长度为40的直线。点

击圆弧选择圆心半径，在输入栏里输入R25,结果如图1.3

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图1.3

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单击草图按钮，退出草图，单击直线，选择两点线，正交，两点式,

画旋转轴线长度为50,如图1.4所示

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图1.4

点击旋转显示按钮，旋转至合适角度，点击旋转增了按钮，弹出对话

框，拾取草图，拾取旋转轴线如图1.5,点击确定，得到图L6所示的叶

轮轮毂。

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图1.6

（三）构造叶片与阵列

单击树状图中的片面XZ,点击草图，在草图中绘制以下图素。

点击直线，选取水平'垂直线，输入（0,0），回车。

点击圆弧，选取两点半径画弧，输入（0,0）（0「25），回车输入R25。

点击等距线按钮，距离输入1,拾取上一步圆弧得到的轮廓圆弧曲线,

再三点画弧，选择切点，回车确定。结果如图L7所示。

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图1.7

点击构造基准面，单击树状图中的片面XZ,选择等距平面，距离45

5

点击确定，点击新建好的平面，点击草图，在草图中绘制以下图素。

点击直线，选取水平'垂直线，输入（0,0），回车。

点击圆弧，选取两点半径画弧，输入（T5,-25）（15,0），回车输

入R50。

点击等距线按钮，距离输入1,拾取上一步圆弧得到的轮廓圆弧曲线,

再三点画弧，选择切点，回车确定。结果如图1.8所示。

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图1.8

推出草图后，点击放样增料，点击之前画好的两个草图，生成实体。

结果如图L9所示。

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图1.9

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点击环形矩阵，弹出对话框，设置角度为45°,数目为8,选择自身

旋转和单个阵列，选择阵列对象草图1,选择基准轴（旋转轴线），点击确

定，得到图2.0所示8个叶轮

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图2.0

（四）构造分流叶片与阵列

点击构造基准面，单击树状图中的片面XZ,选择过直线与平面夹角,

点击草图，在草图中绘制以下图素。

点击直线，选取水平'垂直线，输入（0,70），回车。

点击圆弧，选取两点半径画弧,输入（0,70）（0,-25）,回车输入R25o

点击等距线按纽，距离输入1,拾取上一步圆弧得到的轮廓圆弧曲线,

再三点画弧，选择切点，回车确定。结果如图2.1所示。

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图2.1

7

点击构造基准面，单击树状图中的片面XZ,选择等距平面，距离45

点击确定，点击新建好的平面，点击草图，在草图中绘制以下图素。

点击直线，选取水平'垂直线，输入，回车。

点击圆弧，选取两点半径画弧，输入(T5,-25)(15,-10)，回车

输入R50o

点击等距线按钮，距离输入1,拾取上一步圆弧得到的轮廓圆弧曲线,

再三点画弧，选择切点，回车确定。结果如图2.2所示。

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图2.2

推出草图后，点击放样增料，点击之前画好的两个草图，生成实体。

结果如图2.3所示。

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图2.3

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点击环形矩阵，弹出对话框，设置角度为45°,数目为8,选择自身

旋转和单个阵列，选择阵列对象草图1,选择基准轴(旋转轴线)，点击确

定，得到图2.4所示8个叶轮

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