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1、姓名：李鹏 学号：2220150098 导师：张旭 研究所：数字化制造研究所,针对叶片类零件加工的三维软件二次开发,数控加工技术 五轴数控机床介绍 叶片加工技术的现状 叶片 CAD/CAM 系统的二次开发技术发展 叶片自动造型模块开发 叶片加工轨迹生成模块的开发 刀位文件的后置处理 叶片虚拟数控加工,数控加工技术,数控加工技术简单的来讲就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件加工的一种现代化加工手段。 数控加工技术的广泛应用有着非常鲜明的时代特点，那就是伴随着我国的机械加工和制造的技术接轨世界之后，我国的数控加工技术就已经非常广泛的进行推广和使用。,数控加工技术,五轴数控机床介绍,五轴机
2、床主要要有三种类型：,双摆头型,双转台型,摆头转台型,随着叶片零件在航空、能源等领域的作用越来越大，市场需求日益增加，并且叶片形状也越来越复杂，三坐标、四坐标机床已经难以加工 。五轴联动机床加工中心的加工效率可以达到四坐标机床的一倍以上，加工叶片零件一次下来可比四轴机床少了十几道工序，比三轴机床加工的方法的工序数更是节省了二十多道，所以五轴联动叶片加工中心越来越受到重视。,叶片加工技术的现状,在数控技术发展方面，西方发达国家一直走在前列，从上世纪八十年代起叶片加工就采用数控加工中心。 下图为法拉利五轴机床：,法拉利机床A175型五轴机床,法拉利机床A轴和C轴的旋转方式,法拉利机床B轴的旋转方式
3、,叶片加工技术的现状,我国五轴联动叶片加工机床与西方发达国家相比发展较慢，而且生产厂家较少。 下图为北京机电院机床有限公司（国内五轴叶片联动加工中心研发的先驱者）生产的XKH 400A五轴联动叶片加工中心。,XKH 400A以加工航空发动机叶片为主要对象的五轴联动叶片加工中心。 该机床具备高精度、高效率，机床A轴采用力矩电机驱动，主轴箱根据叶片加工工艺特点，进行了全新优化设计。其尾架设计采用了新的设计理念，具备顶尖夹持及夹具夹持双模式，使之适应更多叶根或叶冠形式的叶片加工。,图：XKH400A 加工中心参数,叶片 CAD/CAM 系统的二次开发技术发展,对叶片 CAD/CAM 系统进行二次开发
4、，就是以 UG、CATIA 等商业化软件为平台，利用软件自身所提供的二次开发工具，开发集叶片造型设计和数控编程于一体的专用系统。使操作者可以依据测量或计算得到的型值点数据自动实现叶片的三维建模，然后依据所创建的叶片三维实体和数控加工工艺参数自动生成刀位源文件，并对其进行后置处理转化为 G 代码。,叶片自动造型模块开发,传统的叶片造型方法，如图所示的某航空发动机叶片造型时，利用 UG 通过从文件取点的方式拟合叶身型线，然后利用“通过曲线组”命令，依次通过所有的型线生成叶身。,叶片模型,采用传统方法操作时，存在以下问题： （1）过程繁琐，操作量大。 （2）进出气边圆弧与叶盆弧线和叶背弧线不相切。
5、（3）对操作者的软件绘图水平要求较高。,叶片自动造型模块开发,一、UG 二次开发工具和交互式应用程序界面开发 UG 提供的主要二次开发工具有四种:UG/Open Menu Script、UG/Open UIStyler、UG/Open API 和 UG/Open Grip。 以 UG 为操作平台，我们可以利用 UG/Open Menu Script 来制作程序界面，它可以生成用户化的菜单，并把用户编写的二次开发程序嵌入到菜单实现用户的特殊应用。叶片 CAD/CAM 系统就是利用 UG/Open Menu Script 创建专门的菜单条。叶片 CAD/CAM 系统包括叶片造型，数控编程和后置处理
6、三个模块。,叶片自动造型模块开发,二、叶片自动造型模块 以涡轮风扇发动机的高压压气机叶片为例进行研究，叶片由叶身，橼板和榫头三部分组成，把这三部分的数据分别存在不同文件中，下图 为叶片自动造型流程示图。 叶身型面建模是重点，采用 Grip 语言实现数据点导入，然后生成截面线和叶身型面。,自动造型流程图,叶片模型,叶片加工轨迹生成模块的开发,叶片造型完成后，就应对其数控编程生成叶片加工的刀位源文件，它包括刀具信息，刀位点数据，主轴转速以及加工辅助命令等。 UG 的 CAM 模块提供了加工曲面的方法，但是它是通用化模块，对于叶身加工的加工工艺、可变轴曲面轮廓铣的驱动方法及刀轴控制的选择等，现在主要
7、依赖于编程人员的经验。 叶片加工的通用参数设置，比如驱动方式设定，刀轴控制方式等镶嵌在专用模块中，用户只需通过操作CAD/CAM 模块界面，采用默认或者修改加工参数，就可以获取叶片加工的刀位源文件。,刀位文件的后置处理,生成了叶片加工的刀位源文件，但是机床并不识别，为了顺利实现加工，还需要对刀位文件进行后处理转换成 NC 代码，是产品顺利生产的重要保证，是CAD/CAM 系统与机床直接连接的纽带。 在后处理技术上，发展到现在，主要有以下两种模式：一是利用 UG、Pro/E 等软件的通用后置处理模块，二是利用 VB 等计算机语言编制专用的后置处理程序。由于现在数控机床的种类较多、程序格式不统一，
8、并且通用后置处理器没有对实时进给速度控制的算法，因此很难满足叶片加工后处理要求。,叶片虚拟数控加工,刀位文件经过后置处理得到的数控程序能够被机床识别，但是数控加工应该考虑到机床的行程限制，碰撞干涉等诸多因素，因此为了确保机床安全运行，叶片正确加工，应该对 NC (Numerical Control） 程序进行验证。 我们使用 VERICUT 软件对叶片虚拟加工，如果数控程序安全正确的执行，就可以验证开发的叶片自动造型模块和加工轨迹生成模块是正确的。,叶片虚拟数控加工,在 VERICUT 中进行叶片的虚拟加工的流程如图所示。 步骤如下： 1、创建项目树，确定机床组件的依附关系。 2、创建各种加工资源。 3、导入前面转换得到的数控程序，并设置系统参数。 4、对工件进行虚拟加工和分析。,加工仿真流程图,谢谢大家,
