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1、 叶轮工艺设计说明书 1 目录 1 1 任务说明任务说明 3 3 2 2 设计内容设计内容 3 3 2.1 整体叶轮的三维建模 . 3 2.1.1 整体叶轮结构分析 3 2.1.2 叶轮零件制造工艺性分析 4 2.1.3 整体叶轮的 UG 三维建模 . 5 2.2 整体叶轮加工工艺规程制定 . 12 2.2.1 工艺规程的设计原则及原始资料 12 2.2.2 叶轮加工工艺规程设计的内容及步骤 13 2.3 工艺系统受力变形仿真分析 . 22 2.3.1 前处理. 23 2.3.2 求解 . 30 2.3.3 后处理. 30 2.3.4 销钉变形仿真分析 . 32 2.3.5 刀具的分析 . 3
2、4 2.4 数控加工程序编制与加工工艺仿真 . 35 2.4.1 在 NX10.0 环境下打开所建立的三维模型。 35 2.4.2 在应用模块进行相应的参数设计 35 2.4.3 程序创建 37 2.4.4 创建刀具 37 2.4.5 添加新工序 . 38 2.4.6 后处理. 44 2.5 整体叶轮加工夹具设计 46 2.5.1 整体构型设计 . 46 2.5.2 夹具的三维结构 46 2.5.3 装配图. 50 2.5.4 误差分析 50 叶轮工艺设计说明书 2 3 3 小组分工小组分工 5252 4 4 参考文献参考文献 5252 5 5 设计小结设计小结 5353 6 6 附件附件 5
3、 54 4 叶轮工艺设计说明书 3 1 任务说明 本次课程设计的目标是针对整体式叶轮进行三维建模、 制定相关工艺规程以及相关夹具的方案设计。其设计内容包括五个方面，分别是： 1） 整体叶轮的三维建模； 2） 整体叶轮加工工艺规程制定； 3） 工艺系统受力变形仿真分析； 4） 数控加工程序编制与加工工艺仿真； 5） 整体叶轮加工夹具设计。 2 设计内容 2.1 整体叶轮的三维建模 2.1.1 整体叶轮结构分析 整体叶轮应用广泛，在航空、航天、航海、军事、空调制造业、热机制造业、医疗领域等均有重要应用，因为整体叶轮是大部分航空发动机，燃气轮机、透平膨胀机、离心制冷机等的高速旋转机械的关键部件。 为
4、了提高这些高速旋转机械的性能与效率，我们的设计人员设计出了更为合理的叶片形状，同时对整体叶轮的加工制造提出了更高的要求。作为发动机的关键部件，整体叶轮对发动机的新能有很大的影响，整体叶轮的加工将成为提高发动机性的一个关键环节。整体叶轮的加工质量直接影响整个机械的质量和输出效率。 叶轮工艺设计说明书 4 图 2.1.1 叶轮模型 整体叶轮的简单结构如图 2.1.1 所示。显然我们可以看出，整体叶轮包含有四个部分的曲面造型，分别是：轮毂面、包覆曲面、压力曲面和吸力曲面。由零件加 工要求可知， 叶片厚度 2mm， 偏差应小于 0.03mm， 要求表面粗糙度应小于 Ra3.2。同时，整体叶轮零件结构式
5、叶片均匀分布在轮毂上，整体叶轮的设计是根据复杂的空间流体动力学理论来设计的，其叶片的形状符合流体流动规律，整体叶轮的叶片形状较复杂，精度要求也较高。整体叶轮在加工时编程要安装叶轮的三维模型来编制，这样才能符合设计要求，加工出的叶轮才能满足整台机器的性能要求。 2.1.2 叶轮零件制造工艺性分析 目前铣削和铸造是整体叶轮的常用的加工方法。 铸造整体叶轮的加工工艺一般是用于单件和小批量叶轮生产中。但是铸造工艺缺陷很多。具体的缺陷如铸造的夹渣现象、铸造件的尺寸统一性、铸造件的形状差异、铸造模具的制造等。夹渣现象会导致叶轮失效；尺寸的不一致会导致零件的互换性差，会出现不同机器不同性能差异；形状的差异会
6、导致装备了整体叶轮零件的涡轮发动机输出功率的降低；鋳造模具的生产加工会增加叶轮的制造成本。 因此我们现在通常采用铣削加工的方式来制造整体叶片。尤其是样品的制造以及小批量甚至大批量生产中，数控铣削加工已经逐渐成为主流。数控加工相对来讲十分灵活，容易进行尺寸修改，设计生产周期较短。 叶轮工艺设计说明书 5 凡是有复杂曲面的零件，它们的加工通常采用五轴联动加工中心。五轴联动机床优势是可以加工三、四轴加工不到的部位，避免在刀具在叶片表面留下凹坑。五轴联动机床加工叶轮的叶片时采用加工方式是侧刃铣削。侧刃铣削可以使所加工的叶片表面光滑。 粗加工时，刀具多层深度加工叶轮叶片曲面。分层去除材料后，精加工时整个
7、刀具侧刃与叶片曲面接触，保证了加工叶片的曲面符合流体力学特征。 2.1.3 整体叶轮的 UG 三维建模 过程简述： （1） 分析处理叶片曲线数据 第一次使用老师给的数据时是出现了问题的， 这些数据点从上到下的顺序是不对的， 导致第一次导入数据文件的时候出现一连串不规则曲线的情况。 同时，这一个数据文件中有两组曲线数据，将它们分开也是很有必要的。处理 后的数据如表 2.1.3(1)所示: 表 2.1.3(1) 建模所使用的曲线数据 叶轮工艺设计说明书 6 （2） 导入曲线数据 100.4118, -53.8816, 15.000098.4145, -53.6588, 15.889896.4293
8、, -53.4417, 16.807594.4566, -53.2294, 17.752892.4969, -53.0209, 18.725790.5508, -52.8152, 19.726188.6188, -52.6114, 20.753886.7013, -52.4084, 21.808684.7990, -52.2053, 22.890382.9122, -52.0010, 23.998881.0414, -51.7945, 25.133779.1872, -51.5848, 26.294877.3499, -51.3708, 27.481875.5300, -51.1522, 28
9、.694473.7282, -50.9278, 29.932871.9462, -50.6945, 31.197870.1856, -50.4493, 32.490468.4483, -50.1890, 33.811166.7361, -49.9106, 35.160565.0511, -49.6106, 36.539463.3969, -49.2843, 37.949161.7759, -48.9302, 39.390360.1906, -48.5468, 40.863458.6438, -48.1325, 42.368757.1386, -47.6859, 43.906655.6783,
10、-47.2058, 45.477354.2631, -46.6965, 47.079852.8910, -46.1645, 48.712151.5596, -45.6162, 50.372650.2665, -45.0577, 52.059649.0087, -44.4953, 53.771947.7833, -43.9348, 55.508246.5894, -43.3789, 57.267745.4263, -42.8291, 59.049644.2932, -42.2870, 60.853143.1895, -41.7543, 62.677542.1145, -41.2330, 64.5
11、22241.0673, -40.7245, 66.386440.0469, -40.2308, 68.269339.0529, -39.7529, 70.170338.0847, -39.2916, 72.088737.1421, -38.8479, 74.023936.2245, -38.4226, 75.975235.3316, -38.0165, 77.941934.4636, -37.6300, 79.923733.6173, -37.2664, 81.919232.7878, -36.9302, 83.926531.9701, -36.6259, 85.943731.1595, -3
12、6.3579, 87.968930.3512, -36.1306, 90.0000100.4540, -53.8864, 35.826898.9349, -53.8012, 36.536297.4234, -53.7220, 37.262595.9199, -53.6478, 38.005694.4247, -53.5776, 38.765692.9380, -53.5102, 39.542591.4602, -53.4446, 40.336389.9916, -53.3796, 41.147088.5325, -53.3144, 41.974687.0832, -53.2476, 42.81
13、9285.6440, -53.1783, 43.680684.2151, -53.1054, 44.558982.7970, -53.0277, 45.454081.3900, -52.9443, 46.365979.9946, -52.8553, 47.295078.6116, -52.7615, 48.241977.2417, -52.6636, 49.207375.8856, -52.5623, 50.191774.5440, -52.4585, 51.195573.2176, -52.3527, 52.219071.9070, -52.2458, 53.262770.6129, -52
14、.1383, 54.326669.3359, -52.0306, 55.411068.0762, -51.9229, 56.515566.8336, -51.8146, 57.639165.6079, -51.7054, 58.781064.3988, -51.5947, 59.940363.2055, -51.4822, 61.115762.0276, -51.3674, 62.306460.8644, -51.2506, 63.511259.7157, -51.1325, 64.729758.5811, -51.0139, 65.961357.4602, -50.8956, 67.205556.3529, -50.7781, 68.461855.2589, -50.6619, 69.729854.1780, -50.5477, 71.009253.1101, -50.4358, 72.299752.0548, -50.3269, 73.600851.0122, -50.2213, 74.912349.9824, -50.1190, 76.234148.9656, -50.0197, 77.566247.9620, -49.9235, 78.908646.9719, -49.8301, 80.261145.9954, -49.7393, 81.623645.0327, -49.
