浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 摘 要 本文运用 CAXA 软件对叶轮造型与加工设计 叶轮模型主要由圆形底盘，叶片和中心轮构成，这些特征要素分别要用到旋转增料，放 样增料和平面打孔功能，并且还要用到阵列，旋转除料等特征处理功能叶轮的基体为一类 似圆锥的实体，需要运用等高线加工的方法对其进行粗加工，而叶片数目较多而且外形弯曲， 用扫描线加工的方法比较好，叶轮中间的孔可以采用孔加工在实际加工中，考虑到加工误 差，精度要求较高，可以将误差累积到上表面该叶轮模型的造型、生成加工轨迹、加工轨 迹仿真检查，生成 G 代码程序及工艺清单的工作已经全部完成 关键词：关键词：CAXA；叶轮造型；叶轮加工；仿真 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 目 录 1 引 言.1 1.1 数控技术简介.1 1.2 叶轮的系统结构与三维创建模型.1 1.3 本论文设计内容.2 2 叶轮的实体造型.3 2.1 圆底盘的旋转造型.3 2.2 构造叶片放样用的轮廓线.4 2.3 放样增料与阵列.5 2.4 裁剪叶片（旋转减料）.5 3 叶轮的数控加工准备.6 3.1 加工工艺.6 3.2 加工前的准备.6 4 叶轮的数控加工.9 4.1 加工的安排.9 4.2 等高线粗加工.9 4.3 扫描线精加工.9 4.4 钻孔加工.10 4.5 轨迹仿真.11 4.6 生成 G 代码.11 4.7 生成工艺清单.12 5 结 论.13 6 致 谢.14 7 参考文献.15 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 17 页 1 引 言 1.1 数控技术简介 数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一，它涉及到计算机辅助设计和 制造技术，计算机模拟及仿真加工技术，机床仿真及后置处理，机械加工工艺， 装夹定位技术与夹具设计与制造技术，金属切削理论，以及毛坯制造技术等多方 面的关键技术。
数控技术的发展具有良好的社会和经济效益，对国家整个制造业 的技术进步，提高制造业的市场竞争力有着重要的意义 数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的 一门技术，简称数控（Numerical Control 即 NC） 数控技术综合运用了微电子、 计算机、自动控制、精密检测、机械设计和机械制造等技术的最新成果，通过程 序来实现设备运动过程和先后顺序的自动控制，位移和相对坐标的自动控制，速 度、转速及各种辅助功能的自动控制 数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统，而数控机床则是采用数控 系统进行自动控制的机床其操作命令以数字或数字代码即指令的形式来描述， 其工作过程按照指令的控制程序自动进行 所谓数控加工，主要是指用记录在媒体上的数字信息对机床实施控制，使它 自动地执行规定的加工任务数控加工可以保证产品达到较高的加工精度和稳定 的加工质量；操作过程容易实现自动化，生产率高；生产准备周期短，可以大量 节省专用工艺装备，适应产品快速更新换代的需要，大大缩短产品的研制周期； 数控加工与计算机辅助设计紧密结合在一起，可以直接从产品的数字定义产生加 工指令，保证零件具有精确的尺寸及准确的相互位置精度，保证产品具有高质量 的互换性；产品最后用三坐标测量机检验，可以严格控制零件的形状和尺寸精度。
当零件形状越复杂，加工精度要求越高，设计更改越频繁，生产批量越小的情况 下，数控加工的优越性就越容易得到发挥数控加工系统在现代机械产品中占有 举足轻重的地位，得到了广泛的应用 1.2 叶轮的系统结构与三维创建模型 整体铣削叶轮加工是指毛坯采用锻压件，然后车削成为叶轮回转体的基本形 状，在五轴数控加工中心上使轮毅与叶片在一个毛坯上一次加工完成，它可以满 足压气机叶轮产品强度要求，曲面误差小，动平衡时去质量较少，因此是较理想 的加工方法五轴数控加工技术的成熟使这种原来需要手工制造的零件，可以通 过整体加工制造出来 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 15 页 叶轮叶片数据的获取主要有两种方法：一种是通过逆向工程；一种是通过理 论计算逆向工程是把原型的几何尺寸通过各种测量方法(如：三坐标测量机、 激光跟踪仪、三坐标测头等)转化成数据文件，然后重新建立此零件的 CAD 模型 的技术理论计算是根据流体力学原理计算出的叶型数据，本文的原始造型数据 就是通过理论计算得出的 数据文件提供的是：一系列数据点坐标，数据点坐标格式为；“XC 空格 YC 空格 ZC 空格” ，与 UG 对数据源文件的要求一致。
这样才可以根据曲面的连续、 光滑性要求，在 UG 的自由曲面模块中，由叶片的离散数据点拟合生成光滑、准 确的闭合曲线，从而再通过这些曲线生成叶片曲面 通常情况下，叶片的基元线主要分为两类：一类是平面曲线(一般出现在涡 轮中)，一类是空间曲线(一般出现在压气机叶轮中)而 UG 中对这两类曲线生成 叶片实体的处理方法是不同的 1.3 本论文设计内容 本文运用 CAXA 软件对叶轮造型与加工设计 整体叶轮特点是：结构复杂、数量种类繁多、对发动机性能影响大、设计研 制周期长、制造工作量大目前，较重要用途的叶轮都是由非可展直纹面和自由 曲面构成的，叶轮叶片的型面非常复杂，使得叶片实体造型较一般的实体造型更 为复杂多变从整体叶轮的结构特点也可以看出：加工整体叶轮时加工轨迹规划 的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无 干涉刀位轨迹较困难 目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，主要有美国 NREC 公司 的 MAX-5,MAX-AB 叶轮加工专用软件，瑞士 Starrag 数控机床所带的整体叶轮加 工模块，还有 Hypermill 等也可用于整体叶轮加工口前，国内只有少数几家企 业可以加工整体叶轮，而且工艺水平距国际先进水平尚有差距。
总体上，我国叶 轮加工领域的研究与应用同发达国家相比还有很大差距，在窄槽道、小轮毅比等 高性能叶轮制造技术方面尚未过关 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 15 页 2 叶轮的实体造型 造型分析：据特征造型的概念，叶轮模型主要由圆形底盘，叶片和中心轮构 成，这些特征要素分别要用到旋转增料，放样增料和平面打孔功能，并且还要用 到阵列，旋转除料等特征处理功能 该叶轮零件的零件图 2.1 如下： 图 2.1 叶轮零件图 2 2.1 圆底盘的旋转造型 （1）建立图 2.2,在草图状态下绘制如下图所示的封闭轮廓曲线 图 2.2 轮廓曲线草图 （2）退出草图，沿 X 轴正方向制作一根轴线 （3）单击【旋转增料】按钮，选取草图及轴线，完成旋转增料，得底盘如 图 2.3 所示 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 15 页 图 2.3 底盘 2.2 构造叶片放样用的轮廓线 旋转显示底盘，拾取底盘平面，建立草图 2.4 所示 在该草图上绘制叶片轮廓线，在 CAXA 中输入三个点的坐标，利用圆弧功能形 成叶片的投影曲线，并连接两条曲线，具体操作步骤如下图所示 图 2.4 底盘平面 选取上平面，建立草图 2.5，单击（投影）按钮，将底面上的叶片轮廓线 投影到上表面。
图 2.5 底面投影 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 15 页 2.3 放样增料与阵列 退出草图状态，单击放样增料按钮，拾取 3 步骤做好的两个草图，得到一个 叶片单击环形特征阵列按钮，按如图对话框选择参数，单击确定按钮可得到 如下图 2.6 实体造型 图 2.6 实体造型图 2.4 裁剪叶片（旋转减料） 如下图 2.7 所示,在于草图同一平面内作一草图 图 2.7 草图 单击旋转除料按钮，以 X 轴为旋转轴，除料后可得到叶轮的实体其实体图 形如下图 2.8 所示： 图 2.8 叶轮实体 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 15 页 3 叶轮的数控加工准备 3.1 加工工艺 叶轮的基体为一类似圆锥的实体，可以运用等高线加工的方法对其进行粗加 工，而叶片数目较多而且外形弯曲，用扫描线加工的方法比较好，叶轮中间的孔 可以采用孔加工 考虑到叶轮的力学性能，在坯料的选取上，可以选择韧性较好的合金钢，以 下是合金钢的一些特点，作为数控加工时的一些参考 （1）合金钢的在加工时的特点： 塑性变形很大； 切削力较大； 切削温度较高； 刀具易磨损； （2）合金钢的加工要求： 机床要有足够大的功率和刚性，以保证加工的平稳性，减少切削振动；与铣 削其他的材料相比，铣削合金的铣削速度较低，进给量中等，铣削深度应较深 （大于前次的加工硬化层的深度） ；要求顺铣，可以减少铣刀切出时切削厚度， 一方面使切削不易粘在刀齿上，另一方面减少冲击力。
（3）合金钢加工刀具的要求： 道具的热稳定性； 足够的强度和韧性； 高的耐磨性和硬度； 良好的化学稳定性； 刀具的刃口锋利，无缺口，强度好； 推荐使用硬质合金刀具； 3.2 加工前的准备 1.定义毛坯 在 CAXA 中可以定义一个虚拟的毛坯，而毛坯并不参与刀路的计算，简单起 见，可以参照模型，具体方法如图所示考虑到加工误差，而叶轮的底部一般与 其它零件配合，精度要求较高，可以将误差累积到上表面 (1)定义起始点: 毛坯的高度有 28，可以将起始点设为 35 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 15 页 图 3.1 起始点设置 (2)选择刀具 增加两把铣刀（一把粗加工，一把精加工）和一把钻头，设置增加刀具的参 数 粗加工刀具参数如图 3.2 所示： 图 3.2 粗加工参数 精加工刀具参数如图 3.3 所示： 图 3.3 精加工参数 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 15 页 钻头参数如图 3.4 所示： 图 3.4 钻头参数 (3)后置设置 后置参数可设置如下图 3.5 所示： 图 3.5 机床后置参数 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 15 页 4 叶轮的数控加工 4.1 加工的安排 表 4.1 工序安排 序号工序刀具加工方法 1 粗加工20 立铣刀等高线粗加工 2 精加工12 立铣刀扫描线精加工 3 孔加工D10 麻花钻钻孔加工 4.2 等高线粗加工 选择【加工】/【粗加工】/【等高线粗加工】命令，弹出【等高线粗加工】 对话框，设置切削参数如图 4.1 所示。
图 4.1 粗加工切削参数 4.3 扫描线精加工 选择【加工】/【精加工】/【参数线精加工】 ，弹出【参数线精加工】对话 框，设置切削参数如图 4-2 所示 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 15 页 图 4.2 精加工切屑参数 4.4 钻孔加工 选择【加工】/【其他加工】/【孔加工】,弹出【孔加工】对话框，设置参 数如图 4-3 所示 图 4.3 钻加工参数 最终生成的加工轨迹，如图 4.4 所示： 图 4.4 加工轨迹 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 15 页 4.5 轨迹仿真 选择【加工】/【轨迹仿真】命令，系统进入加工仿真界面 单击【仿真加工】按钮，在弹出的界面中设置好参数后单击【开始按钮】 ， 进入仿真加工状态，仿真结果如下图 4.5 所示： 图 4.5 仿真加工 4.6 生成 G 代码 生成 G 代码的操作步骤如下： 选择【加工】/【后置处理】/【生成 G 代码】命令 (叶轮造型加工.cut,2010.05.03,20:22:2.968) N10G90G54G00Z35.000 N12S3000M03 N14X0.000Y0.000Z35.000 N16X-69.000Y-66.000 N18G01Z26.648F100 N20X-66.000F800 N22X68.167F1000 N24Y66.338 N26X-66.000 N28Y-66.000 N30Y-65.000F800 N32G02X-65.000Y-65.000I0.500J-0.500 N34G01X67.167F100。