高速与多轴加工教学 第10章 精密叶片加工实例

轴流泵叶片的数控加工论文1轴流泵叶片数控加工技术要求及处理工艺1、1叶片加工材料一般来说，轴流泵叶片制造材料选用ZGOCr13Ni4Mo材料。

这种材料具有可焊性强、硬度高、抗气浊性强、耐磨等优点，是水泵、水轮机等制造业中常用的材料类型。

该材料的各项化学成分如表1所示。

1、2数控加工技术要求轴流泵制造项目招标文件中，对叶片数控加工的技术要求主要体现在以下几个方面：（1）叶片型线最大偏差应该控制在叶轮直径的0。

15%以下。

（2）对叶片正面与背面的波浪度要求为，波浪度小于0。

02，叶片进出水口容易出现气浊现象的部位，波浪度需要控制在0。

01。

（3）叶片安放角度偏差需要控制在15°。

（4）叶片表面粗糙程度应该满足设计要求，需要控制在Ra6。

3以下，采用数控机床五轴联动模式实施加工。

1、3处理工艺传统的轴流泵叶片加工方式主要是表面手工打磨，而现阶段主要的叶片加工方式为数控机床加工，在数控机床系统中配置了COM、CAD、CAE软件，能够按照设计要求进行叶片曲面流线设计，进行仿形加工，与手工打磨工艺相比，数控加工方式在加工流程方面有一定的变化，增加了数控加工流程以及叶片表面坐标检测等流程。

采用数控机床加工叶片工艺流程为：叶片树溶处理→叶片随形磨、打磨→按照叶片坐标、投影检测坐标，划出中心孔位置线及零度位置线→钻两端中心孔→粗加工叶片柄部→叶片坐标检测、记录→探伤检查→精加工叶片柄部→钻定位孔或铣→叶片坐标检测、记录→叶片表面数控加工→叶片称重分组及转子体装配→加工叶片外球形→校静平衡。

其中，与传统的叶片加工方式不同，数控机床叶片加工精度更加明显，效果也更加显著。

虽然在小批量轴流泵叶片加工中，采用数控机床加工方式会增加成本费用，但是能够确保叶片质量，确保叶片型线、表面粗糙度、重量等具有高度的精确值，满足设计要求，能够提升轴流泵的运行性能。

2轴流泵叶片的数控加工轴流泵叶片数控加工工艺能够提升加工效率，提高加工的精度，与常规的叶片精加工工艺相比，具有很大的优势。

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。

多轴数控加工及工艺（第二版）教案学期：课程名称：授课班级：教学团队：任课教师：．学生工作任务：分组完成项目1后的能力训练内零件的数控加工工艺文件的编写。

．本次教学在计算机房以教师讲授和学生训练共同完成，首先教师通过相关知识的讲解和案例解析，使学生了解如何正确选择车铣复合机床、选择夹具并确定零件的装夹方案、合理选用刀具、确定加工顺序及进给路线、确定切削用量等，然后学生分组讨论项目内零件的工艺过程与切削用量等，最后编写数控加工工艺文件。

．本次教学时间安排3学时，教师讲解相关知识1学时，案例解析1学时，小组讨论时，制定数控加工工艺文件1.5学时（课堂0.5学时，课后1学时）。

．学生工作任务：利用SHOPTURN人机对话编程软件，根据任务1-1编制的工艺文件，编写相应零件的车削加工程序。

．本次教学在计算机房以教师讲授、演示和学生训练共同完成，首先教师通过相关知识的讲解和案例演示，使学生了解SHOPTURN软件的基本原理等，然后教师演示、学生同步训练，分组讨论操作技巧，独立根据任务1-1编制的工艺文件，编写相应零件的车削加工程序。

．本次教学时间安排3学时，教师讲解相关知识0.5学时，案例演示1学时，小组讨论学时，编写数车削加工程序1学时。

．学生工作任务：利用SHOPTURN人机对话编程软件，根据任务1-1编制的工艺文件，编写相应零件的铣削加工和孔加工程序。

．本次教学在计算机房以教师讲授、演示和学生训练共同完成，首先教师通过相关知识的讲解和案例演示，使学生了解SHOPTURN软件的铣削和孔加工原理等，然后教师演示、学生同步训练，分组讨论操作技巧，独立根据任务1-1编制的工艺文件，编写相应零件的铣削加工和．学生工作任务：分组完成项目2后的能力训练内零件的数控加工工艺文件的编写。

．本次教学在计算机房以教师讲授和学生训练共同完成，首先教师通过相关知识的讲解和案例解析，使学生了解如何正确选择多轴数控机床、选择夹具并确定零件的装夹方案、合理选用刀具、确定加工顺序及进给路线、确定切削用量等，然后学生分组讨论项目内零件的工艺过程与切削用量等，最后编写数控加工工艺文件。

水轮机叶片数控加工溪洛渡水电站是金沙江水电站基地下游四个巨型水电站中最大的一个，电站总装机1386万千瓦，多年平均发电量571.2亿千瓦时，是中国第二、世界第三大水电站。

溪洛渡水轮机叶片采用不锈钢整体铸造，全部数控加工。

我公司通过技术上的调研分析、工艺上的充分准备，顺利完成了溪洛渡水轮机叶片的数控加工。

现对叶片的数控加工工艺过程及质量控制要点进行总结，为以后叶片的数控加工积累经验。

1.叶片加工工艺（1）叶片的加工工艺过程溪洛渡叶片的加工工艺充分考虑了大型叶片的加工特点，主要工艺过程如图1所示。

图1 工艺过程（2）加工前工艺准备毛坯质量的控制：叶片为不锈钢铸造结构，材料为0Cr13Ni4Mo，为了保证叶片数控加工，将叶片正、背加工余量控制在50mm之间。

将叶片在铸造分厂进行粗磨，以免有铸造缺陷，损害刀具及浪费台时。

在叶片的正面标有加工找正用的四个定位基准点并附其坐标值。

胎具准备：由于叶片为不规则形状，不能直接在机床上装夹并加工，为便于叶片的加工，提高数控机床的加工效率，提制了叶片数控加工用的正、背面胎具。

鉴于水轮机叶片的形状特点，叶片胎卡具的设计必须遵循下几条原则：（1）由于叶片的重量大，所以胎卡具必需有足够的强度。

（2）胎卡具的支承位置必需保证叶片重心摆放稳定，叶片曲面的各个被加工部位必须在机床的有效行程之内。

（3）必须有足够的支承点以确保加工时叶片不发生大的变形。

把合位置牢靠。

并且在把合时不易引起叶片的变形。

把合位置要避免在加工时和刀具及铣头发生干涉。

（4）采取减振措施尽量减少加工中的振动。

（5）装卡灵活方便。

（3）叶片的找正：将胎具吊到机床平台上，将胎具与平台压牢固；将叶片吊到胎具上。

用数控机床铣头重新测量四个定位基准点的相对坐标值，调整叶片位置保证四个基准点的相对坐标值误差在2mm以内，即视为叶片找正，并在胎具上设定一个机床的基准，即零点坐标。

（4）叶片的加工操作者根据编程人员编出的数控程序加工工件。

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”。

分体式叶片零件的数控加工(1叶片是汽轮机、水轮机压汽机、推进器等装置的关键部件。

叶片的型面的质量那么直截了当阻碍叶片的工作成效，进而直截了当阻碍整机的工作性能。

由于叶片的型面是复杂的空间曲面，因此一直是叶片加工中的难点，高性能CAM软件的显现，使这种复杂型面的加工变得相对容易。

本文通过对某型叶片的造型及数控编程，使大伙儿对叶片类零件的数控加工过程有一个整体的了解。

一、叶片结构特点叶片材料为30CrMnSiA，经热处理后，其强度相当大，且从零件的结构看，后缘的导圆半径仅为0.1mm，属于典型的薄壁件，易产生加工变形，如图1所示。

叶片的曲面部分由7个截面数据确定，各叶片截面之间扭曲比较大，由于在流体中工作，因此曲面的本身和曲面与叶柄之间的过渡面的光顺程度要求较高，对数控加工精度提出了专门高的要求。

图1 叶片实体模型依照笔者的总结，叶片的加工工艺流程如图2所示。

图2 加工工艺流程二、叶片的CAD造型依照不同的需求叶片能够表示为曲面模型、实体模型、特点模型，曲面模型适用于数控加工，实体模型可用于几何参数分析，特点模型可用于设计、加工、产品治理集成。

建立叶片的曲面模型是其在造型最差不多的要求，更进一步那么是建立实体模型，建立特点模型是生产治理上更高层次的需求。

依照设计提供的截面数据不同，叶片曲面能够分为直纹面以及自由曲面，其造型方法也有所不同。

该叶片属于自由曲面叶片，造型过程比较复杂，而且其加工精度要求也较高。

其设计数据是按几个截面给出的，各个截面为以轮毂轴线为轴线的一组同心圆柱面，数据为圆柱面展开平面，沿弦线为水平方向给出。

曲面造型过程分为构造展开平面内的各段曲线、编辑构造空间截面线、构造曲面以及过渡区域R面建立等4个步骤。

1. 构造平面曲线设计给定的数据为各截面的展开平面上的曲线型值，平面线是由叶面曲线、前缘、叶背曲线、后缘四段曲线组成。

其中叶面线和叶背线为自由曲线，前缘、后缘为一段圆弧。

将给定的数据输入软件中，采纳三阶NURBS曲线连成光顺的样条曲线，由于前、后缘处曲线为圆弧，叶面、叶背曲线连接处曲线可能不光顺。

第三十讲轴类零件加工工艺传动轴机械加工工艺实例轴类零件是常见的典型零件之一。

按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。

它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。

台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。

下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。

1．零件图样分析图A-1 传动轴图A-1所示零件是减速器中的传动轴。

它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。

轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。

根据工作性能与条件，该传动轴图样(图A-1)规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。

这些技术要求必须在加工中给予保证。

因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。

2．确定毛坯该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。

本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠60mm的热轧圆钢作毛坯。

3．确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。

由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。

外圆表面的加工方案(参考表A-3)可为：粗车→半精车→磨削。

4．确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。

由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。