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1、-范文最新推荐-1 / 17UG 的航空发动机叶片多轴高速切削CAD/CAM摘要航空发动机叶片是发动机的核心部件之一，发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平，叶片是一类典型的薄壁自由曲面零件，它的曲面形状和制造精度直接决定了飞机发动机的推进效率的大小，所以合理的进行加工程序的编制，选择合理的切削用量、因地制宜地选用刀具材料成为顺利加工出该零件的关键技术之一。首先介绍了国内外的叶片零件的加工主要方法和改善低刚度薄壁类零件加工质量的国内外研究。研究航空发动机叶片在 UG 中复杂曲面的造型方法,针对复杂叶片曲面造型进行了分析，并创建了工艺凸台。对于叶片的计算机辅助设计，即 CAD 在计
2、算机上对叶片的工艺分析，以及定位与装夹进行设计。通过航空发动机叶片加工设计和分析，建立了刀具切削材料，并在计算机上模拟加工，最后基于 UG 对航空发动机叶片的 CAM 进行后置处理，生成 NC 代码，便可以对零件进行加工。整个设计过程充分结合了计算机辅助制造与现代先进数控加工技术，并把平时所学的机械相关知识充分运用于设计之中。9573关键词：五轴联动加工 计算机辅助制造CAD/CAM 高速切削Aero-engine blades UG-based multiaxial high-speedcutting CAD / CAMAbstract aero engine blades is one o
3、f the core components of the engine, the engines performance depends largely on the blade surface in the design and manufacturing level, the blade is a typical thin-walled freeform parts, its curved shape and manufacturing precision direct determines the aircraft engine propulsion efficiency in size
4、, so reasonable for the establishment of processing, reasonable choice of cutting, according to local conditions to become successful processing tool material selection of this part of the key technologies. -范文最新推荐-3 / 173 叶片的计算机辅助设计.203.1 航空发动机叶片工艺设计 203.1.1 确定毛坯 203.1.2 选定定位基准 223.2 叶片加工程序编制 233.2
5、.1 拟定加工工艺及防变形设置 233.2.2 确定工序具体内容 233.2.3 叶片的定位与装夹 273.2.4 选定加工坐标系 27 3.3 本章小结 .284 基于 UG 的叶片加工刀具路径轨迹生成及模拟 294.1 刀具类型及参数 294.1.1 铣刀 MILL_001 创建 294.1.2 球头刀 MILL_002 创建 314.2 工艺参数设置 324.3 粗加工型腔铣设定 354.4 精加工设置 454.5 固定轴轮廓铣加工 474.6 精加工部分刀具路径生成.484.7 本章小结 49-范文最新推荐-5 / 175.基于 UG 的后置处理.505.1 刀具路径和刀轨文件.505
6、.2 后置处理程序.555.3 生成 NC 代码 565.4 本章小结 .576 总结 58致谢 59参考文献.601 绪论1.1 航空发动机叶片概述1.1.1 航空发动机的结构与组成燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成。其中叶片数量最多。在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动
7、飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。 由此可见，叶片精密铸模和精密锻模是叶片制造的重要工装。精铸模和精锻模的型腔曲面与叶片曲面配-范文最新推荐-7 / 17对，形状复杂；种类多，批量小；材料的可加工性差，尤其是锻模。据统计，叶片模具的设计和制造周期占整个航空发动机设计制造周期的 30%，对发动机的制造质量、生产周期、制造成本有直接影响。高速切削具有高效、高精度、能切削高硬材料、工
8、件表面质量高等一系列优点。虽然在机床、刀具方面的一次性投资较高，但综合考虑叶片模具的生产效率、成品率、使用寿命以及磨损后的可修复性，高速铣削仍是解决航空发动机叶片模具高效、低成本制造问题的最有效方法。1.2 航空发动机叶片加工现状1.3 UG 建模及复杂曲面造型技术航空发动机叶片的难加工性在于其材料 多为各种不锈钢，且型面为复杂的自由曲面，而砂带磨削是一种古老而新 兴的加工方式，随着数控技术的发展， 叶片的三维实体造型和数控加工程序的编制是叶片磨削加工关键。若借助于技术，建立叶片的数字几何模型，制定合理的加工工艺，自动进行叶片数控加工程序的编制，将大大提高叶片设计敷率和加 工质量，它代表了叶片
9、制造技术的发展方向。本论文的研究是航空发动机叶片，以商用软件系统作为开发平台，进行了航空发动机叶片系统的二次开发，解决了航空发动机叶片造型和数控编程的关键技术难题，最终完成了基于的航空发动机叶片原型系统。该系统 可从根本上改变传统的航空发动机叶片设计和制造方法，提高叶片设计、制造质量以及加工效率，降低叶片的开发成本，减轻操作者劳动强度，具有传 统设计和制造方法无法比拟的优越性。 本轮义住深入分析航空发动机叶片结构特征和功能的基础上，利用计算机辅助几何造型知识，对航空发动机叶片造型技术进行了探讨，确定了叶片造型的具体技术方法；通过对航空发动机叶片数控切削技术的研究，确定了航空发动机叶片数控的数控
10、编程方法。 UG 软件在复杂曲面造型以及绘图效率等方面有明-范文最新推荐-9 / 17显的优越性，同时三元叶片模型在加工制造中的重要性，也决定了 UG 建模必将成为逆向工程的关键步骤，UG 可接受及输出完整的文件资料，对复杂曲面进行精确而完整的几何分析也决定了 UG 建模必将成为此项工程的关键步骤，应用 UG 软件基于样条曲线的曲面造型方法，使得空间几何形状复杂的叶片的设计开放，变得更加精确，同时也提高了叶片的设计效率。1.4 五轴联动数控加工技术若借助于技术，建立叶片的数字几何模型，制定合理的加工工艺，自动进行叶片数控加工程序的编制将大大提高叶片生产的效率和加工质量，它代表了叶片先进制造技术
11、的方向，这将大大促进我国叶片制造的技术和工艺水平。虽然是多轴高速切削航空发动机叶片，但是由于叶片扭转角度有 61.5°，所以在四轴机床上无法加工完全，会发生干涉，而五轴联动数控加工技术多，比一般的自动编程要复杂得多，必须通完善，寻求合理加工方案和具体加工方法。过计算机仿真验证。叶片的计算机仿真加工主要工作是在二次开发的基础上。(1)驱动曲面的制作在 UG 软件的多轴编程中，多轴编程是通过驱动曲面或驱动曲线按照一定的策略产生驱动点，然后把这些驱动点按照一定的投影方法投影到被加工的工件表面，再按照某种规则来生成刀具路径的。多轴加工中，刀轴的轴线方向可以改变，即随着加工表面法线方向的不同而作
12、相应改变，从而完成复杂曲面的加工。驱动曲面的制作很有讲究，直接影响了被加工曲面的质量、精度、加工效率。驱动曲面制作时应从简避繁，尽量简单。(2)数控加工程序的编制粗加工程序的编制：应用 UG 加工模块中的( 固定五轴)功能对工件进行编程，让刀具从工件的不同方向进行加工；保证了工件在粗加工完成之后大面积-范文最新推荐-11 / 17材料的去除。 （2）后置处理刀位程序将自动编程编制好的刀位程序按照指定的后处理转换成本数控机床能读取的标准 G 代码。（3）程序校验完成上面所有工序之后，对程序进行校验。在 UG中自建一个与实际结构一致的转台+摆头式五轴联动数控机床，把叶片模型按照实际在机床上摆放的位
13、置做在里面，在软件中进行模拟加工。（4）机床实际加工将卡具安装在转台上，让卡具的回转中心和旋转台的旋转中心一致，再把毛坯固定在卡具上。根据编程时指定的加工原点进行对刀设定，在机床的操作中选用 G55 定位标准。叶片的粗加工、半精加工、精加工按照工艺参数进行操作。在加工过程中，摆动轴在-120°120°范围内连续摆动，回转轴在0° 360°范围内转动，加上三个直线轴的配合，刀具可以加工一些倒扣的曲面，而且刀具在加工过程中避免了刀尖点零线速度的切削，加工精度达到0.01 mm。1.5 论文的主要研究内容和工作1. 对复杂曲面造型 CAD/CAM 的学习，掌握零件三维造型，对于五轴联动加工复杂零件编程的方法，掌握在 UG 软件上的建模和在 UG 软件上的 CAM 编制；2. 综合运用过去所学机械工艺知识，对航空发动机叶片的复杂曲面加工参数的设置，培养复杂曲面CAD/CAM 实践能力；3.训练和提高在 UG 软件上的 CAD/CAM 的基本技-范文最新推荐-13 / 17能，如 UG 建模，查阅设计资料、标准及
