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整体叶轮数控加工的工艺分析

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ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 06118案例ASES

整体叶轮数控加工的工艺分析文／王　睿

（1）执行如下命令：$ cd c:$ grep -v＇^[1-9][0-9]*[^[:print:]]\{2\}[1-9][0-9]*[^[:print:]]\{2\}[1-9]＇contents.txt > step1.txt若“^”是方括号中的第一个字符，则不再表示匹配文本行的开头，而是对其后面的模式取相反结果。[:print:]表示可打印字符。因此[^[:print:]]\{2\}表示匹配两个不可打印字符。注意单引号括住的部分没有空格。打开step1.txt，可以看到，序号形如“1 1 1”和“1. 1. 1”的三级标题都被删掉了。（2） 执行如下命令：$ grep -v＇^[1-9][0-9]*\.[1-9][0-9]*\.[1-9][0-9]*＇step1.txt > step2.txt此处，用“\.”匹配英文句号，因为单个“.”可以匹配任意字符，而前面加上反斜线（称为转义符）后，就只能匹配英文句号。打开step2.txt，可以看到，序号形如“1.1.1”的三级标题也都被删掉了，任务完成。二、查找稿件中的不规范术语grep还可以从一个文件中获取欲匹配的模式，并且一次搜索多个文件。命令如下：$ grep –f 含匹配模式的文件原始文件例如，某位作者为其编写的C++图书提供了随书源文件。部分文件的代码注释中使用了不规范的术语，如，把“面向对象”写成了“物件导向”，把“内存”写成了“记忆体”。现在要确定哪些文件含有不规范术语。如果逐一查找，比较费时。此时可以把不规范的术语写在一个名为jargons.txt的文件中，每行一个。将文件放在源文件所在目录，假设是C:\source。然后执行如下命令：$ cd c:$ cd source$ grep –f jargons.txt *.cpp屏幕上就会输出所有含有不规范术语的源文件名。请注意：在进行以上输入时，要在英文状态下进行，并区分大小写（文中涉及操作均为小写）。而且grep只能操作纯文本文件。由于版式限制，一些操作排成了两行（实际上均应为一行）。参考文献：[1]陈向群，等译. Brian W Kernighan, Rob Pike. UNIX编程环境 [M].北京：机械工业出版社，1999.(作者单位：机械工业出版社计算机分社)摘要：本文介绍了整体叶轮加工部分的结构特征，分析了叶轮加工的工艺难点和技术要求。通过加工，提高了分析问题和解决问题的能力，为与企业的进一步合作奠定了坚实的基础。具有一定的现实意义和实用价值。关键词：整体叶轮　叶片　加工工艺一、叶轮概述叶轮是动力机械的关键部件，广泛应用于船舶机械、石油化工、能源动力以及航空航天等领域，其加工技术是现代制造业中的一个重点课题。传统叶轮采用分段式加工，即轮毂和叶片采用不同的毛坯，分别加工成形后，将叶片焊接在轮毂上。这种工艺既费时费力，又难以保证叶轮的机械性能。在采用整体式加工方法时，由于叶片是由非可展直纹面和自由曲面构成的，形面复杂。为了提高整体叶轮的加工质量和工效，满足产品生产工艺要求，广泛应用五轴数控机床及CAD／CAM技术。利用多轴数控机床进行叶轮加工，既可以保证刀具的球头部分准确切削工件，又可以利用其转动轴，使刀具的刀体或刀杆避让开工件其他部分，避免发生干涉或过切。整体叶轮具有结构复杂、数量种类繁多、对发动机性能影响大、设计研制周期长、制造工作量大等特点。加工整体叶轮时刀具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。叶轮的五坐标加工设计，国外一般采用整体叶轮的五坐标加工专用软件，例如美国NREC公司的MAX-5、MAX-AB叶轮加工专用软件，瑞士Starrag数控机床整体叶轮加工模块，OPEN MIND 公司Hypermill的叶片（含叶盘）、叶轮（含闭式叶轮）等航空航天专用模组，英国DELCAM公司的PowerMILL软件等。目前，我国大多数生产叶轮的厂家采用国外大型CAD／CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等。我们采用的是UGS NX7.5软件进行工艺参数设计和自动编程。

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ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ1192012 06案例ASES二、叶轮的结构叶轮主要由轮毂和叶片构成，叶片包括压力面、吸力面和包覆面，包覆面与压力面和吸力面间变圆角过渡，如下图所示。

叶轮结构图相邻叶片之间的轮毂称为流道，由根部曲线绕旋转轴旋转而成；叶轮盖由顶部曲线绕旋转轴旋转而成。在整体叶轮的建模过程中，将叶片的建模放在流道和包覆面建模之后，并采用旋转阵列的方式设计叶片，从而实现编程的对称性。在加工叶轮过程中，不仅要保证叶片形状，还要保证叶片的加工质量。叶片型面加工可分为“线加工（侧刃铣）”和“点加工（刀头铣）”。“线加工”铣刀的侧刃与叶片接触，加工效率高，但由于叶片较薄，加工时回弹影响大，易变形，适于近似加工，精度低。“点加工”使用铣刀底刃切削，加工时产生的变形小，加工精度高，但对于弯曲程度大的叶片，因叶片空间狭窄，加工过程中极易产生碰撞干涉。因此，在叶轮的整体加工中采用“点加工“与“线加工”相结合的方法。 三、叶轮加工工艺分析 １．叶轮加工的技术难点本例中，需要对整体叶轮的流道、叶片和圆角等主要曲面进行加工。加工流道需要去除大量余料。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这给叶轮的加工提出了更高的要求。根据本例具体情况，加工难点如下：（1）流道过窄，叶片又薄又长，属于薄壁类零件，刚度低，加工过程中极易变形，要合理选择刀具和切削用量。（2）流道最窄处的叶片深度超过刀具直径8倍以上，相邻叶片空间狭窄，在清角加工时刀具直径小，易折断，控制切削深度是关键。（3）叶片为自由曲面，扭曲严重，并有明显的后仰趋势，加工时极易产生干涉，加工难度大。为了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此很难保证加工表面的一致性。（4）前缘圆角曲率半径变化大，加工过程中，机床角度变化大，由于槽道窄，叶片高，变圆角的加工是个难点。２．叶轮加工工艺整体叶轮加工技术要求包括尺寸、形状、位置、表面粗糙度等几何方面的要求，也包括机械、物理、化学性能的要求。为了提高整体叶轮的强度，毛坯一般采用锻压件。叶轮叶片必须具有良好的表面质量。精度一般集中在叶片表面、流道表面和叶根表面，表面粗糙度值应小于Ra3.2μm，截面间的型面平滑过度，叶片的表面纹理要求一致，从而限制了走刀方向，也就限制了刀具轨迹。整体叶轮在工作中为了降低噪声，防止振动，要求具有很高的动平衡性能，所以在加工过程中要综合考虑叶轮的对称问题。在进行CAD／CAM编程时，利用叶片，流道等关于旋转轴的对称性，采用对某一表面的加工来完成对相同加工内容不同位置的操作，如本例对流道和叶片采用了旋转阵列加工的操作。此外，要尽可能减小由于装夹或换刀造成的误差。该叶轮采用五轴加工，优点是仅需一次装夹定位即能完成该零件的全部加工，采用不同规格硬质合金的球头刀或锥度球头刀，本例中采用R6、R3球头刀和R2全锥3°的锥度球铣刀。其加工工艺流程如下表所示。序号工序名工艺内容1锻件锻铝件2粗车按图样粗车叶轮回转体3人工时效做应力时效处理4检验进行超声波探伤检验5精车精车叶轮回转体各部位至尺寸要求6检验进行磁粉探伤检验7铣按图样要求粗加工流道部分，留余量0.5mm8铣按图样要求粗加工叶片部分，留余量0.5mm9人工时效做应力时效处理10铣半精加工流道，留余量0.2mm11铣半精加工叶片，留余量0.15mm12铣精加工流道至尺寸要求13铣精加工叶片至尺寸要求14铣变圆角精加工15铣按图铣打表平面，粗糙度Ra3.216检验按工艺要求进行检验17钳工修磨流道18钳工去毛刺19检验进行磁粉探伤检验（作者单位：渤海船舶职业学院） Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.

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模具用叶轮的加工工艺分析

模具用叶轮的加工工艺分析

第３２卷第５期　Ｖ０ｌ＿３２　Ｎｏ．５　企业技术开发　ｒＥＣＨＮ０ＬＯＧＩＣＡＬ　ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ　０Ｆ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　２０１３年２月　Ｆｅｂ．２０１３　模　具用叶　轮的加工工艺分析　刘永峰，顾琪　（上海建桥学院机电学院，上海，２０１３１９）　摘要：文章对模具用叶轮进行了五轴数控加工工艺分析，并从加工工艺方面为该叶轮的加工设置了加工工艺路线，然后　从实际加工和使用ＨＹＰＥＲＮＩＩＬＬ软件对叶轮的叶片及流道面的加工过程中所遇到的实际问题进行分析。详细介绍了加工　工艺路线中半精加工部分存在的问题和该部分问题的重要性。为叶轮加工工艺路线的实用性提供了实际加工依据。　关键词：叶轮；ＨＹＰＥＲＮＩＩＬＬ；工艺分析　中图分类号：ＴＧ２４９．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—８９３７（２０１３）０５—００７５—０２　目前整体叶轮加工一般多使用电火花加工、铸造加　工、电解加工及数控机床铣削等加工方法，铸造加工出整　体叶轮的成本较低，更适合少品种大批量的生产。本文中　所用于加工的叶轮是为生产叶轮的模具而制造的叶轮母　轮。该母轮被加工完成后，用于加工出硅胶模叶轮，进而　再制造出生产产品叶轮的石膏注塑模具，最后使用模具　生产出产品叶轮。　１整体叶轮结构的工艺分析　在本所用实例中，需要对整体叶轮的流道部分、叶片　表面和过渡圆角位置主要曲面进行加工，如图１所示。　图１整体叶轮　并且，在叶片之间的流道部分有大量的多余材料需　要去除。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭　角、根部变圆角的结构，这给叶轮的加工提出了更高的要　求。根据本例具体情况下面介绍其加工难点。　①要加工的流道变窄，叶片相对较薄且较长．冈０度不　高，属于薄壁类零件，加工过程中容易发生变形。　②流道最窄处叶片深度尺寸超过刀具直径的８倍以　上，而相邻叶片切削空间极小，在加工过渡圆弧时刀具直　径较小，容易使刀具折断，切削深度的设置也是加工中的　关键技术。　③本文中整体叶轮叶片曲面为自由曲面，流道较窄，　叶片扭曲严重，并且有后仰趋势，加工时易产生刀具干　涉，加工难度大。此叶轮由于有分流叶片，为了避免刀具　作者简介：刘永峰（１９８２一），男，工程师，主要研究方向：数控加工　技术。　项目基金：２０１２年上海市民办高校骨干教师科研项目　（ＡＡＭ１２０５６）　干涉，要分段对曲面加工，因此，保证加工表面精度一致　性也是难点。　２叶轮的加工阶段划分的工艺分析　２．１对毛坯进行基准面的车削加工　由于用于整体叶轮加工的材料多为圆柱棒料，由棒　料加工到叶轮外形毛坯会有大量余量需要切除。而粗加　工是为了是最快速的切除整体叶轮各个表面的大量多余　的材料，加工出叶轮的过渡毛坯和叶轮基本形状。如果直　接使用五轴机床和球头刀来铣削需要大量的时间，加工　效率极低。所以使用普通数控车床可以轻松完成对余量　的加工。　２．２在加工叶轮的同一台五轴机床上完成毛坯的外形　精￣ｊｎ－ｒ－　由于在叶轮的加工外形精度要求中，对如图１中所　示的三部分圆柱面的同轴度要求非常高，而经过车床加　工的叶轮过渡毛坯又需要再次装夹到五轴机床上，会产　生装夹误差，难以保证同轴度的要求。因此，需要在粗加　工毛坯之后留下余量，另外在加工叶轮用机床上对叶轮　过渡毛坯进行精加工，使毛坯的所有外形曲面一次加工　成型，以保证同轴度要求。　２．３叶轮流道的两次粗加工　由于本文中所用叶轮有分流叶片，而且叶片曲率较　大，主叶片与分流叶片间距较小，所以对刀具直径要求较　高。在最初的对流道粗加工的试加工中使用Ｒ１Ａ３的球　头刀进行一次完整加工，使用ＨＹＰＥＲＭＩＬＬ软件建立的　刀路轨迹如图２Ａ所示，从图中可看出刀路轨迹密集，切　削层深度小，加工中时间需求较长，加工效率低。　因此，改用Ｒ１．５Ａ３球头刀进行一次完整流道粗加　工，但由于分流叶片、叶片曲率和刀具直径过大的问题，　ＨＹＰＥＲＭＩＬＬ软件在计算刀路轨迹时产生了干涉报警，如　图２Ｂ所示。在解决了干涉问题后，又出现了无法一次完　整粗加工的情况，如图２ｃ所示。　于是改进了工艺路线，先使用Ｒ１．５Ａ３球头刀进行第　一次流道粗加工，再使用Ｒ１Ａ３球头刀对其余毛坯余量　进行第二次粗加工。使用ＨＹＰＥＲＭＩＬＬ软件仿真加工如　图２Ｄ所示。　这种工艺路线可以大幅度节省加工时间，又可以很　好的完成加工的需要。

数控加工工艺分析

数控加工工艺分析

数控加工工艺分析

1、零件图纸工艺分析

（1） 审查图纸。该零件图纸尺寸标注完整、正确，符合数控加工要求，加工部位清楚明确。

（2）、零件的结构工艺性分析。该零件材料45钢为典型回转体轴类零件，工艺性好。

（3）、零件图纸技术要求分析。该零件要求加工表面表面粗糙度Ra1.6，长度尺寸精度为57±0.16。加工直径为42、32、18、24的外圆。

2、加工工艺路线设计

1）选择加工方法

根据外回转体表面的加工方法和该零件的加工精度要求，选择粗车-半精车-精车加工即可满足零件图纸技术要求。该零件毛坯长度较长，可以加持一头完成全部加工。

2）划分加工阶段

根据上述加工方法分析，该零件加工划分为粗加工和精加工两个阶段。

3）划分工序

根据上述加工方法分析，该零件毛坯长度较长，可以加持一头完成全部加工。所以工序划分以一次安装所进行的加工作为一道工序数控车削加工共分为一道工序，每到工序又分为四道工步，即粗精车端面、粗车外径，车螺纹和打中心孔。

4）根据上述工序划分方法分析，该零件加工顺序安由粗到精、先面后孔、由近到远的原则确定，工步顺序按同一把刀能加工的内容连续加工原则确定。

5）根据上述加工顺序安排，该零件加工路线设计先粗精车端面，外径后打中心孔，最后切断，保证长度尺寸和表面粗糙度要求。

3、机床的选择

该零件规格不大且尺寸要求较高的外径加工。所以数控车床可以选择CK6132

4、装夹方案及夹具选择

该零件是典型回转体类零件，根据上述加工工艺路线设计，该零件装夹方案选用三爪卡盘反爪外台阶面一端固定。夹紧外径，因工件较小，无需找正。

5、刀具选择 根据上述加工工艺路线设计，该零件数控车加工端面，外径，中心孔，螺纹，无热处理要求。根据各类型车刀的加工对象和特点，加工端面和外径选用右手外圆车刀（右手刀），刀片选用带涂层硬质合金刀片；加工中心孔选用B型中心钻。和外圆螺纹刀。

6、切削用量选择

1）背吃刀量af

根据上述加工工艺路线设计，该零件外径、端面加工余量不大，单边最大加工余量为1．5。所以粗车为1.2mm。精车为0.3mm。

如何开展数控加工工艺分析

如何开展数控加工工艺分析

如何开展数控加工工艺分析

摘要：数控机床加工中，要进行数控编程首先要进行零件工艺分析。工艺方案的好坏不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响零件的加工质量。本文就如何进行数控加工工艺分析进行讨论。

关键词：数控加工 工艺分析

【中图分类号】tg659

引言：

数控加工（numerical control machining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。

在数控机床上加工零件时，首先要对被加工零件进行工艺分析，再编制零件加工的工艺规程和加工程序，最后用数控机床进行加工。数控加工人员可根据数控加工工艺包括的内容逐一进行工艺分析。

1根据图纸，选择数控加工的内容并决定数控机床类型。

1.1选择数控加工的内容

我国目前机械加工所使用的机床设备并非均为数控机床，为了充分合理的使用设备，对零件分析，需要数控加工的内容。在选择时一般按下列顺序考虑：优先选择普通机床无法加工的内容；重点选择普通机床难加工、质量难保证的内容；在数控机床尚存在富裕能力的基础上选择，普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容。 1.2数控机床类型

不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件图纸中设计要求选择机床。数控车床适用于加工形状复杂的回转体类零件（包括圆柱、圆锥、圆台、球体等）。数控铣床适用于平面类零件、变斜角类零件、曲面类零件（如模具、箱体等）。数控加工中心适用于复杂的曲线、曲面、叶轮、模具、箱体。数控电火花线切割适用于硬材料，窄缝类零件。

2零件图工艺分析

首先从图中明确加工的内容和技术要求，再审查和分析零件图样中尺寸标是否充分，对基点坐标进行计算，最后分析定位基准的可靠性。

3加工方案的确定

3.1加工方法的选择

获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般许多，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。如对it7级精度的孔采用镗削或铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上孔一般采用镗削或铰削，而不宜用磨削。一般小尺寸的箱体孔选铰孔，当孔径较大时选镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，及工厂的生产设备等实际情况。

叶轮制作方法

叶轮制作方法

叶轮制作方法

1. 引言

叶轮是一种经常用于流体机械中的关键零件，其主要功能是将液体或气体流动的动能转化为机械能。在叶轮的制作过程中，需要考虑到材料的选择、几何形状的设计以及加工工艺等因素。本文将详细介绍叶轮制作的基本方法。

2. 材料选择

叶轮通常选择金属材料制作，如铜、铝、不锈钢等。材料的选择需要考虑到叶轮在使用过程中所承受的压力、速度、温度以及介质的特性等因素。一般来说，对于低速、低温环境下的叶轮，铝合金是一个较好的选择；而对于高速、高温环境下的叶轮，不锈钢则更为适合。

3. 几何形状设计

在叶轮的几何形状设计中，需要考虑到叶轮的流向、叶片的形状以及叶片间的间距等因素。

3.1 叶轮的流向

叶轮的流向是指在流体机械中，叶轮所承受的流体流动的方向。一些叶轮要求只能接受单向流动，而另一些叶轮则能够适应双向流动。在设计叶轮时，需要根据具体应用场景，确定叶轮的流向。

3.2 叶片的形状

叶片是叶轮的关键部分，其形状的设计直接影响了叶轮的性能。常见的叶片形状包括直线型、弯曲型、对称型和非对称型等。在选取叶片形状时，需要考虑到流体的入口速度、流动特性以及期望的流量等因素。

3.3 叶片间的间距

叶片间的间距也是叶轮设计中需要考虑的重要因素之一。间距的大小将会影响到流体在叶轮中的通过速度。较大的间距能够提高流体的流速，但也会导致液体或气体的泄露。因此，需要在设计过程中对间距进行仔细的考虑和计算。

4. 加工工艺

叶轮的加工工艺通常包括铸造、铣削、切割、折弯等步骤。 4.1 铸造

铸造是制作叶轮的常用工艺之一。在铸造过程中，首先需要制作一个模具，模具的形状与所需叶轮的几何形状相匹配。然后，将选定的金属材料熔化，倒入模具中，并经过冷却固化。最后，将模具移除，得到最终的叶轮。

4.2 铣削

铣削是另一种常用的叶轮加工工艺。在铣削过程中，首先需要使用CAD软件将叶轮的几何形状设计出来。然后，使用数控铣床进行自动加工。通过控制铣刀的移动轨迹和加工速度，可以精确地将叶轮的几何形状加工出来。