高速与多轴加工教学 第11章 叶轮加工实例

科学技术创新2021.06叶轮轴数控加工技术及叶片加工误差分析闪双凤张丙臣(鹤壁市机电信息工程学校,河南鹤壁453000)数控技术的成熟应用,使得机械零件的精细化加工成为了可能。

它以PLC 作为控制中心,使用M N C 系统完成对刀具的控制,更加快速、更加精准的完成特定工件的加工。

叶轮轴上的叶片,既有弧面也有平面,因此加工难度较大。

使用数控技术进行加工有助于改善成品叶片的精度,对降低制造成本、保证使用效果有积极帮助。

1叶轮轴加工工艺问题及方法改进1.1叶轮轴原加工工艺问题分析某叶轮轴生产车间在技术改良前的加工刀具和加工参数见表1。

表1叶轮轴加工刀具和参数从加工效果来看,原工艺流程存在以下问题:第一,使用普通车床虽然降低了成本,但是因为加工效率低,且精度差,导致残次品率高;第二,内螺纹的底孔未经过精镗处理,孔径误差较大。

孔径偏小会导致外接轴无法正常连接,孔径偏大又会导致外接轴松动,转动时会产生明显的晃动。

第三,在铣削处理中,粗铣与精铣采用相同类型的铣刀。

精铣时可能会出现精度达不到要求的情况,而粗铣又会导致刀具过快磨损,增加刀具更换频率。

1.2方法改进鉴于原工艺存在诸多缺陷,需要对该叶轮轴生产工艺进行改良。

一种思路是采用数控技术,将车床与铣床联用,相互配合完成对叶轮轴工件的加工。

这样既提高了加工效率,同时也能够保证精度,有利于实现高质量、批量化的工件制造。

经过改良后的加工工艺,可以根据零件制造要求的不同,分别提供粗加工、半精加工和精加工三种模式,提高了机床的利用效率。

2叶轮轴数控加工技术2.1三维模型的建立利用U G 10.0软件进行建模。

启动软件之后,选择工具栏中的“插入”选项,在子选项中点击“创建草图”,可以得到一个新的绘制界面。

利用软件提供的线段、模组等完成叶轮轴叶片平面图的初步绘制。

在草图上添加参数进行标记,包括叶轮轴的直径、叶片的弧度等。

保存草图之后,利用软件提供的“拉伸”功能,在一侧的选项框中,输入相关的参数,包括高度、距离等,所有参数填写完毕后,点击“确定”将平面图拉伸成立体模型。

摘要此设计为叶轮的制造工艺与加工程序设计，直接的目的是介绍说明叶轮制造的细节，运用UG解决制造业界中对叶轮加工程序编制的难题，同时介绍叶轮制造的思路方法。

间接的目的是使数控加工更为人所知，并让更多人了解数控加工的优点，加工的范围。

关键词：加工； UG；工艺；叶轮ABSTRACTThis design for the manufacturing process of the impeller design and processing procedures, the immediate purpose is to introduce the details of the impeller manufacturing, the use of UG solve the problem in the manufacturing industry in the preparation of impeller machining program. At the same time introduced the idea of impeller manufacturing method. Indirect purpose is to make the CNC machining better known, and let more people know the advantages of CNC machining, processing range.Keywords：machining；UG；processes；impeller第1章绪论1.1课题的选择整体式叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。

从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出：加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。

多叶片复杂曲面零件的设计与五轴模拟加工1.1 加工任务整体叶轮的零件视图如图1所示图1 叶轮零件针对本零件，本例中将进行叶轮底部圆弧面的加工。

此工件的毛坯为圆棒料，材料牌号为钛合金TC4.采用专用的夹具将其底面固定安装在机床C轴上。

本例中我们将完成叶轮圆弧底面的精加工。

1.2 加工工艺方案通常情况下，在大部分制造场合，单片叶轮的叶片多采用锻造方式做成毛坯，整体式叶轮类零件的毛坯多采用铸造的方式形成，然后采用3～5轴数控机床进行半精加工或精加工，特殊情况下可能还采用人工抛光的方法，形成最后的精加工。

本例中，我们就介绍整体式叶轮在5轴数控机床上的精加工工作。

（1）刀具选择：R4的球头棒铣刀（或选用锥度球头铣刀）（2）加工坐标原点的设置：工件零点取在叶轮圆弧底面大圆140的圆心点上。

（3）加工设备：五轴联动数控机床。

1.3 编程操作(设置零件加工程序)在UG NX4软件系统中对此零件进行编程的操作步骤如下：1.建立刀具路径文件夹（1）单击菜单栏中的“文件”→“打开”命令，从UG NX4文件浏览器窗口选择“train11.prt”文件并单击“确定”按钮将其打开，如图2所示。

图2 在UG NX4 中进入造型文件的NX加工界面（2）选择加工环境1)单击（起始）图标，单击“加工”命令，弹出“加工环境”对话框。

如图3所示。

2）在“CAM进程配置”列表框中选择“mill→multi→axis”，结果如图4所示。

图3“加工环境”对话框图4选择多轴铣加工配制3）在“CAM设置”列表框中选择“mill→multi→axis”，单击“初始化”按钮，进入加工过程的创建界面，弹出如图5所示的“加工创建”工具栏。

2. 创建加工方法（1）单击“加工创建”工具栏中的（创建方法）工具，弹出“创建方法”对话框，如图11→6所示。

图5“加工创建”工具栏图 6“创建方法”对话框（2）在“类型”下拉列表框中选择“mill→multi→axis”（3）在“父级组”下拉列表框中选择“MILL→FINISH”。

大型转轮叶片多轴联动加工工艺技术研究Study on Process of Multi-axis Movement Simultaneously Machining the Large FrancisTurbine Blade摘要随着我国大型水电站的不断开发，大型水轮机组的研制进入快速发展阶段。

转轮是水电机组的心脏，转轮叶片是转轮的关键部件，其加工制造技术也不断的发展。

在大量的技术引进和消化以及制造业不断发展的基础上，我国的转轮叶片的加工制造已经摆脱了传统的手工制造的阶段，进入到数字化设计和制造阶段。

转轮叶片的五轴联动加工技术是转轮叶片制造的关键技术，它是一项涉及到多个学科相互交叉的综合性机械加工技术。

由于其技术含量高、投资成本大，仅为世界上少数企业和公司所常握。

目前转轮叶片加工所采用的工艺方法基本上沿用国外的技术方法，其工艺技术比较先进和成熟。

由于工艺技术具有极强的个性，我们在转轮叶片的加工工艺上需要进一步研究来适应我们自身工艺技术环境等多方面的要求，以形成自身的制造工艺技术的特点，从而达到质量和成本的最优，实现效益的最大化。

本文对目前东方电机所采用的转轮叶片的工艺技术方法进行了详细的论述，并针对该工艺技术方法在实际应用中出现的一些问题进行了进一步的研究，主要包括对混流式叶片焊接坡口的加工工艺研究，转轮叶片的装夹找正工艺研究以及转轮叶片的机床仿真技术的研究，通过研究应用，提出了解决这些问题的方法，从而对转轮叶片的加工工艺技术进行了优化和完善。

通过上述研究，本文以三峡右岸水轮机叶片的加工制造为应用平台，以UG NX、CAMAND、VERICUT以及在MDT平台上二次开发的余量分布计算软件等为技术手段，对整个转轮叶片的制造工艺流程进行了优化和完善。

通过对坡口加工工艺技术、转轮叶片装夹定位技术和基于转轮叶片加工的加工仿真系统的应用，提高了三峡右岸转轮叶片的加工质量，节约了加工成本，缩短了加工周期,取得了良好的经济效益和社会效益。

CAD也能编5轴五轴叶轮加工一、实体造型（附件：叶轮.Z3）：二、叶轮粗加工：1、叶轮实体制作完成后，在空白处点击右键选择进入CAM加工。

2、添加坯料---配料分两部分，a为整体柸料，用于整体加工。

b为局部柸料，用于局部测试用。

a、整体柸料制作及添加过程；点击退出，再点击新建对象。

文件名输入“毛坯”---确定。

⑴只添加与实体轴向、颈项相等的圆柱体即可。

⑵改变圆柱面属性，使其变为半透明状，便于测试时观察。

属性---面---调节透明度---用鼠标框选坯料实体---确定。

b、局部柸料制作及添加过程；点击退出，再点击选择复制叶轮文件，在用粘贴新对象。

用右键点击新建对象选择“重命名”重新设置文件名称。

双击进入编辑。

⑴先导入叶轮实体，再做一个大于叶片间距的立方体；⑵选择修剪实体对坯料进行修剪。

⑶再选择修剪实体对坯料进行修剪。

⑷选择修剪实体对坯料圆边进行修剪。

⑸利用直纹面选择图中黄色线段生成修剪曲面。

⑹选择修剪实体通过修剪面修剪柸料。

⑺用删除剩余残面。

⑻点击再选择隐藏实体。

⑼利用直纹面选择图中黄色线段生成修剪曲面。

⑽点击显示所有实体。

⑾选择分割实体。

⑿选择删除切割下来的实体。

⒀先选择中的“造型”选项，在选择合并图中两部分。

⒁再用删除叶轮实体，只剩下局部毛坯。

⒂局部毛坯属性，使其变为半透明状，便于测试时观察。

属性内选择面---调节透明度---用鼠标框选坯料实体---确定⒃选择面偏移来拉伸实体。

（偏移-1）自此坯料全部制作完成。

3、点击退出后，双击进入“加工方案”。

4、右键点击选择“插入”。

把之前制作好的两个柸料导入进来。

5、右键点击选择再选择，实体将转变成毛坯。

6、局部坯料转变过程同上。

7、点击选择---快速铣削---粗加工工序---二维偏移粗加工。

8、确定加工工序后选择刀具，并设置刀具参数。

如果新建工艺可以直接点击此处来设置刀具参数，如果已有刀具可以点击此处，在“刀具列表”内选择已有刀具。

如果要是添加新刀具用右键点击选择“管理”就可以添加新刀具。

多轴加工单击“加工”下拉菜单，多轴加工功能如下图所示。

如果没有看到“多轴加工”选项，请确认加密锁已经插好，单击“设置”→“自定义”→“工具条”→“重置所有”即可出现。

多轴加工有如下所示10项再加上“五轴定向加工”共11项功能。

一. 四轴曲线加工【功能】根据给定的曲线，生成四轴加工轨迹。

多用于回转体上加工槽。

铣刀刀轴的方向始终垂直于第四轴的旋转轴。

【参数说明】点取“加工”→“多轴加工”→“四轴曲线加工”弹出如下图所示对话框：1．旋转轴(1) X轴：机床的第四轴绕X轴旋转，生成加工代码时角度地址为A。

(2) Y轴：机床的第四轴绕Y轴旋转，生成加工代码时角度地址为B。

2．加工方向生成四轴加工轨迹时，下刀点与拾取曲线的位置有关，在曲线的哪一端拾取，就会在曲线的哪一端点下刀。

生成轨迹后如想改变下刀点，则可以不用重新生成轨迹，而只需双击轨迹树中的加工参数，在加工方向中的“顺时针”和“逆时针”二项之间进行切换即可改变下刀点。

3．加工精度（1）加工误差：输入模型的加工误差。

计算模型的轨迹的误差小于此值。

加工误差越大，模型形状的误差也增大，模型表面越粗糙。

加工精度越小，模型形状的误差也减小，模型表面越光滑，但是，轨迹段的数目增多，轨迹数据量变大。

（2）加工步长：生成加工轨迹的刀位点沿曲线按弧长均匀分布。

当曲线的曲率变化较大时，不能保证每一点的加工误差都相同。

二种方式生成的四轴加工轨迹请看下图。

其中绿色为加工轨迹，点为刀位点，红色直线段为刀轴方向。

加工误差方式控制加工精度步长方式控制加工精度4．走刀方式：(1) 单向：在刀次大于1时，同一层的刀迹轨迹沿着同一方向进行加工，这时，层间轨迹会自动以抬刀方式连接。

精加工时为了保证槽宽和加工表面质量多采用此方式。

(2) 往复：在刀具轨迹层数大于1时，层之间的刀迹轨迹方向可以往复进行加工。

刀具到达加工终点后，不快速退刀而是与下一层轨迹的最近点之间走一个行间进给，继续沿着原加工方向相反的方向进行加工的。

基于HyperMILL环境下五轴联动叶轮加工技术的实践教学研究夏雨【摘要】在HyperMILL软件环境下,以整体叶轮为例,利用TOPNC VMC-C50五轴高速机床,提出一套对整体叶轮五轴数控加工工艺整体方案,并设计了加工路线、刀路轨迹、切削方式的等工艺参数,生成了整体叶轮的后置处理程序.加工结果表明:通过刀轨的检查与实际加工及时发现刀具跟零件之间有无过切,提高了叶轮加工的质量,提高了生产效率,对整体叶轮零件加工工艺方案制定具有实际指导意义.%Under the environment of HyperMILL software,taking integral impeller as an example,it forwards a set of general scheme of five axis NC machining technology of integral impeller by using VMC-C50 TOPNC five axis high speed machine tool.It also devises the processing route,tool path,cutting process and other technological parameters to generate the post processing program of integral impeller.The result of the test shows that it can improve the production efficiency by improving the quality of impeller machining through the examination of the tool path and timely discovery of whether there exists over cut between the tool and the part.The test result mentioned above has practical guide for the formulating of the processing technology program for integral impeller.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2016(033)011【总页数】4页(P71-74)【关键词】整体叶轮;数控加工;五轴联动;HyperMILL【作者】夏雨【作者单位】浙江工商职业技术学院机电学院,浙江宁波 315012【正文语种】中文【中图分类】G642.0;TG519.1整体叶轮是高端装备制造中极为核心的部件,涉及军工、船舶、航空等各个行业中应用广泛,是典型的复杂的管道类复杂零件,整体叶轮的制造反映整个国家装备制造的整体水平,因此整体叶轮的制造水平衡量一个国家工业水平的发展。

推进器底座及叶轮加工刘艳申【摘要】随着数控技术的发展,高速切削与五轴加工设备运用日益普及.针对推进器底座及叶轮的编程与加工问题,以一种简化的螺旋桨推进器模型为载体,重点介绍利用UG NX9完成推进器复杂的底座和叶轮的自动编程,并利用DMU80 mono Block五轴镗铣加工中心对刀具轨迹进行验证.【期刊名称】《精密制造与自动化》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P55-58)【关键词】推进器;叶轮;五轴【作者】刘艳申【作者单位】陕西工业职业技术学院陕西咸阳 712000【正文语种】中文推进器（助推器）一般用来提供动力，提高速度，它是通过旋转叶片或喷气（水）来产生推力。

推进器在船舶、航空等领域应用广泛，主要是提供船艇的动力。

推动器的种类繁多，有螺旋桨推进器、电动船用推进器、航空推进器、喷水推进器等。

每一种都有它特殊的用途及特点，但推进器的加工需要采用多轴联动加工设备才能完成。

UG NX是集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件[1]，可以借助于UG NX的计算机辅助制造功能完成推进器底座及叶轮的自动编程。

图1和图2所示为推进器底座及叶轮结构，加工中需要进行二次装夹，同时根据要求配做简单工装，利用底座上表面和叶轮下表面的四个螺钉孔、两个销孔进行定位装夹。

零件加工所用毛坯均为各个特征的包容圆柱体，所有圆角及叶轮根部均为R4，利用CAXA加工时需要利用R4球头刀来完成。

工装为可以和推进器底座顶面的四个螺钉孔和叶轮底面上两个销孔所对应的一个圆柱形结构（高度可做到50mm左右），通过一面两销孔定位方式完成定位。

在圆柱形工装上必须做一个定位面，以保证工件在进行二次定位装夹时上下特征之间的对应关系。

1.2.1 推进器底座工序安排针对推进器底座结构可以按照下列工序进行加工：顶部圆槽加工→顶部孔加工→顶部锥面加工→锥面上槽加工及孔加工→底面槽加工（需掉头，用辅助工装定位）→底部孔加工→外圆槽加工→侧面特征加工→侧面孔加工。