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1、毕业论文叶片加工工序安排与工装设计浅析学 生： 专 业：数控加工班 级：10数加预备技师指导老师： 答辩日期：成 绩：二一年六月内容摘要叶片是汽轮机、水轮机等机械设备中的关键零件。在数控加工课程中叶片是一个重点也是一个难点。叶片为薄板类零件，曲面较复杂，重点考虑其加工工序和装夹方法。对于叶片的加工方案是有所不同的，不但要保证叶片尺寸精度及表面粗糙度，还应保证零件在加工中的变形量最小。所以应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。叶片因其曲面非常不规则、曲率变化最大等特点，导致其加工难度也最大。本文阐述了叶片加工工艺的技术方法，重点对叶片装夹、叶片加工工序等工艺环节进行了分析。关键词：数控加工
2、叶片工艺 加工工序 目录一、加工工序划分 41. 保证精度的原则 42. 提高生产效率的原则 4二、叶片加工工艺分析 41. 方案一 42. 方案二 53. 方案三 54. 工艺问题分析 6三、加工路线的确定 81. 叶片加工路线分析 82. 关于行切法的分析 9参考文献 10致谢 10叶片加工工序安排与工装设计浅析数控加工工艺的实质，就是在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，对数控加工的加工方法、装夹方式、刀具使用、切削进给路线及切削用量等工艺内容进行正确和合理的选择。一、加工工序划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自
3、己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。 1. 保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。 2. 提高生产效率的原则 数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际中，数控加
4、工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。二、叶片加工工艺分析叶片的工艺安排不但对整个加工效率起着决定性作用，而且对叶片加工精度起着至关重要的作用。现就对几个常见的工艺方案做以分析如下：1. 方案一：图1装夹方法如图1所示采用较大的毛胚料加工，首先将工件加工成六面体。然后直接装夹在平口钳或者用压板装夹，并注意限位。工艺路线按先粗后精、凹凸顺序加工原则，首先对凹面进行粗加工留余量0.5mm再半精加工留余量0.1mm最后精加工到尺寸，然后翻面对凸面分别进行粗加工留余量0.5mm半精加工留余量0.1mm、精加工到尺寸。2. 方案二：装夹方法因为叶片在加工过程中，要分别加工凹面、凸面其中
5、要重复定位装夹，为了使定位方便，采用一面两销定位装夹，如图2所示此方法对工装精度要求较高销与孔间隙不能太大。图2为方便工件装夹在零件原图基础上加入两个工艺凸台，在工件加工完成之后将工艺凸台去除。工艺路线按先粗后精、凹凸交叉加工原则，进行先粗加工留余量0.5mm，然后粗加工凸面留余量0.5mm，再对其凹面凸面分别进行半精加工留余量0.1mm。最后对凹面凸面分别进行精加工。必要时可在精加工前进行必要的时效。3. 方案三：装夹方法因为叶片在加工过程中，要分别加工凹面、凸面其中要重复定位装夹，为了使定位精准，如图3所示采用专用夹具定位装夹。图3加工凹面、凸面铣胎，铣胎结构较简单，稳定性较好，防止凹面、
6、凸面错位效果好，通用性较强。现普遍采用多截面随型支撑，或井字型截面支撑此类方法主要用于大型叶片的加工，如三峡叶片加工即为井字支撑，数控加工截面板型线，使叶片与截面板全接触。并可在虚弱点随时加临时支撑。4. 工艺问题分析方案一因为采用平口钳直接装夹加工,所以加工方法简单，加工时间短。在加工时应注意定位精度，做好工件在X方向上的定位。并且为避免平口钳干涉刀具路径，所以毛胚应大于零件加工尺寸加刀具直径尺寸，以致材料浪费较多。加上叶片翻转的误差，叶片从叶尖到叶根之间的距离较长，造成叶片悬空，所以叶片厚度方向误差较大。但装夹较方便，适合加工精度不高的小型叶片加工 ；方案二采用一面两销定位原则，加工前应做
7、好定位装夹工艺板。虽然加工前准备工作较多，但是工装定位精度较高，所以所加工的叶片精度较方案一高。适合加工具有一定加工精度的小型叶片加工；方案三采用专用夹具加工。加工准备工作多，工装加工时间长，同时工序安排繁多，加工时间最长。但工装通用性较强，定位精度高。所加工叶片精度高。工厂通常使用此类方法批量生产大型叶片。经过综合分析对比，因图4所示叶片较小、精度要求较低等特点，结合现有条件：采用FANUC0i-M机床，普通高速钢刀具，决定按照方案二实施加工。但由于叶片的厚度很小，叶片从叶尖到叶根之间的距离较长，同时叶片在切削加工中，对叶片唯一的约束发生在叶片的叶根与定位块相连接处，因而叶片成为在切削力作用
8、下的薄壁悬壁件。由于切削力的作用叶片极易产生弹性变形，当刀具脱离时叶片产生回弹，致使刀具无法按照理论计算轨迹切削毛坯余量，产生“让刀”现象。于是，加工后的叶片出现尺寸超差等，严重影响产品的质量。为了在切削加工过程中控制变形以保证加工出合格的工件，采取一定的控制方法就是在精加工中最后一次走刀后，采用无进给光切几次，以此来控制加工变形，这种方法能将大部分残余材料切除掉，必要时需钳工进行手工修磨；这样可以大大减小切削变形。三、加工路线的确定 在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行
9、程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。1. 叶片铣削加工路线的确定：铣削方式采用顺铣、加冷却液的铣削加工。进给方向选择沿叶片造型的参数线进给，对刀具直径和干涉的要求等铣削性能有利。铣削叶片时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定。对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线。如图所示，对于发动机大叶片，当采用图5-a的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图5-b的
10、加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。 a b图5曲面加工路线因为是曲面零件所以必须采用软件生成程序，所以采用Master cam X3软件的平行铣削功能生成程序，打开平行铣削参数选项卡，如图6所示设定误差、切削间距、加工角度、切向方式、下刀控制等加工参数。铣削宽度的确定与表面加工质量和加工效率互为影响，由于铣刀在法矢方向倾斜加工，加工后工件表面呈微凹弧形，每刀铣削宽度愈大，铣削残留的波峰、波谷的绝对值愈大，下序抛光工作量愈大。因此需合理确定每条程序段运行排
11、刀的宽度。图62. 关于加工路线的分析：数控加工软件所提供的曲面加工功能,一般均沿曲面的参数线走刀,即以曲面的一个参数方向做纵向走刀,而沿另一个参数方向做自动横向走刀。曲面造型时所生成的曲面,通常只能沿控制线参数方向光滑,所以,纵向走刀只能选择在曲面的控制线上,这样才能保证加工量比较均匀。如以流线方式所造曲面只能沿流线方向走刀,而以其他方式所造曲面则很难沿流线方向走刀。因此,曲面的造型不但要考虑几何造型的精度,还要考虑到以后的加工走刀方向问题。刀具的铣削方向：就加工叶片而言,一般分为三种：沿圆周方向铣削、沿X轴方向铣削、沿Y轴方向铣削。然而,不管粗铣还是精铣,其铣削轨迹主要有两种：同一方向铣削
12、和Z字形方向铣削两种。我们选取了同一方向沿圆弧铣削,铣削方式为顺铣,因为铣削方式是根据铣刀的正、反而定,如果采用Z字形必然会出现逆铣现象,这将不利于切削,对刀具和机床均不利。Z字形铣削的优点是可以节约每次走刀的返回空行程。所以,在铣削精度较高的大型叶片型面时,尽量不要采用Z字形铣削。以上通过几例分析了数控加工中常用的加工路线，在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。本次项目仅为学习叶片加工的工艺性，而且叶片较小，精度较低。结合零件的具体结构特点，综合考虑后确定采用沿叶片造型的参数线进给，采用Z字形铣削的加工路线。这样既提高了加工效率又能从中了解叶片加工过程，达到了
13、学习目的。参考文献张胜恩，轴流泵叶片造型与曲面加工仿真 ，2008航空制造工程手册总编委会，发动机叶片工艺，1997刘文，Master cam X2数控加工技术宝典，2008致谢本论文是在导师 的悉心指导下得以顺利完成的。在论文完成过程中，从论文选题开始到方案的论证再到论文的撰写和定稿，胡老师花费了大量的时间和心血耐心指导，在各个环节给我提出了许多宝贵意见。回顾论文撰写的日子，胡老师在学习上对我要求严格，以其渊博的知识、严谨的治学态度、孜孜以求的工作作风和高尚的品德深深地影响着我，同时也时时鞭策着我、激励着我更加努力地学习。并且胡老师对我那精益求精的指导,更让我终生受益!铭记终生，值此论文即将完成之际,谨向胡老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。在这里还应感谢我的同学们及室友们特别是 等同学们,他们对我的论文提出了很多宝贵的建议,给予了我热情的帮助,在此向他们表示诚挚的谢意！感谢技师学院的领导!老师给予我的帮助，同时我要深深感谢我的亲人、朋友是他们让我全身心投入学习,完成学业。9
