叶轮建模及数控加工仿真
叶轮的三维建模与仿真制造
北京工业大学耿丹学院毕业设计（论文）题目：风能驱动物料传送装置中叶轮的三维建模与仿真制造姓名袁帅系名机械系专业机械制造及其自动化学号090101222指导教师黄磊20133年5月9日日期20120133年5月9日201目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1数控加工技术概述 (1)1.2复杂曲面造型技术 (2)1.3复杂曲面零件数控加工技术 (3)1.4论文的主要研究内容和工作 (5)第二章复杂曲面的Pro/E造型方法 (6)2.1引言 (6)2.2本课题研究的目的 (6)2.3本课题研究的意义 (7)2.4叶轮的生产纲领 (7)第三章叶轮零件的三维建模与仿真制造 (8)3.1叶轮Pro/ENGINEER三维模型创建流程图 (8)3.2创建叶轮 (8)3.3CAXA制造工程师2013软件仿真加工 (23)3.3.1转换为CAXA软件 (23)3.3.2叶轮粗加工 (24)3.3.3叶轮精加工 (29)3.3.4定义毛坯 (33)3.3.5进行仿真加工 (33)3.3.6生成G代码 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (47)摘要本文主要是通过利用Pro/ENGINEER 4.0软件独立设计叶轮零件图纸，编制加工工艺、加工程序等各种工艺文件，通过配备CAXA系统的加工中心进行仿真加工制造。
叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范的、典型的通道类复杂零件，其形状特征明显，工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。
故叶轮的设计与制造密不可分。
传统的叶轮加工方法是叶片与轮毂采用不同的毛坯，分别加工成形后将叶片焊接在轮毅上。
此方法不仅费时费力，且叶轮的各种性能难以保证。
近年来，多轴数控技术尤其是五轴数控技术的发展使得叶轮的整体加工成为可能并日益普及。
本文主要进行了风能驱动物料传送装置中叶轮设计制造。
基于UG10.0整体叶轮数控成形仿真研究
基于UG10.0整体叶轮数控成形仿真研究曾念【摘要】由于整体叶轮构造复杂，加工精度要求严格，其叶片的型面为自由型面并有一定的扭曲，同时叶片内流道较窄，为此在加工时很容易出现过切、碰撞、干涉等现象，加工难度大。
结合工程应用，设计了整体叶轮的数控成形整套加工方案，并基于UG 10.0软件的CAD/CAM功能模块，重点研究了叶片成形过程仿真，验证了方法的可行性。
所提出的数控成形加工方案，经仿真验证叶轮能够获得很好的成形，对整体叶轮及类似零件的精密成形加工具有一定的工程实际意义。
%Integral impeller has a complicated structure and has strict precision requirement on processing. The blade is free-profiled and distorted to some degree, and the flow path is narrow. Hence, prone to overcutting, collision, interference and other problems, the processing is rather difficult.A CNC machining forming proposal was put forward for integral impeller based on engineering application. It focused study on the blade forming process simulation based on UG NX10.0 software CAD/CAM modules and verified the feasibility of the method. The CNC forming proposal could get a better form after verifica-tion by simulation. It has a great significance for the precision forming of integral impeller and similar parts.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2016(007)004【总页数】4页(P96-99)【关键词】涡轮叶片;自由型面;数控仿真;CAD/CAM;UGNX【作者】曾念【作者单位】自贡市职业培训学院，四川自贡 643000【正文语种】中文【中图分类】TH164叶轮类零件在矿山、军工、船舶、航空等许多行业领域中应用广泛，如风机和飞机发动机叶轮、水泵叶轮等，也是这些机械设备的核心部件，其制造技术水平和制造质量将直接决定该设备的整体性能和稳定性。
毕业设计_基于UG叶轮的造型加工及数控编程
1 绪论1.1课题的确定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。
因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量。
目前，我国大多数生产叶轮的厂家多采用国外大型CAD/CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等随着航空航天技术的发展，为了满足发动机高速、高推重的要求，在新型中小发动机的设计中大量采用整体结构叶轮。
选择数控加工仿真技术，适合加工种类多、需求少、难加工的整体叶轮，减少整体叶轮加工的成本。
本课题主要研究的是航空发动机上整体叶轮的数控加工工艺、造型、数控加工仿真及数控编程。
而且且本文选用目前流行且功能强大的UG NX4.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。
下图是叶轮零件图1-1，1-2，1-3.前视图1-1俯视图1-2叶片之间的角度以上各图在后面会详细的分析。
1.2国内（外）发展概况及现状的介绍通常在整体叶轮的设计图上给出的是叶片中性面上顶部和根部的两组数据点，包括顶部和根部的一系列离散数据点和对应点的叶片厚度值。
本课题采用B 样条方法对叶轮曲面进行造型。
整体结构叶轮(图1－1)的应用可使航空发动机推重比、工作效率、寿命及可靠性大大提高，因此在各类新型发动机及大推力火箭发动机中应用愈来愈多，其加工质量的优劣对发动机的性能有着决定性的影响，而其叶片的形状又是机械中最难加工的曲面构成的。
因此，整体叶轮的加工一直是机械加工中长期困扰工程技术人员的难题。
为了加工出合格的叶轮，人们想出了很多的办法。
由最初的铸造成型后修光，到后来的石蜡精密铸造，还有电火花加工等方法。
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验与后置处理
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验与后置处理4.4.1 整体叶轮数控加工路径规划叶轮整体数控铣削加工是指轮廓与叶片在同一毛坯上铣削加工成形。
其加工过程大致包括以下几个主要工序：1.粗加工叶轮流道曲面；2.粗加工叶片曲面；3.叶片精加工；加工。
下面对其路径规划方法分别讨论。
1)创建整体叶轮数控加工父级组。
打开已经建构的整体叶轮三维CAD文件，进入UG加工界面，选择“mill_muti-axis(多轴铣削)”CAM加工配置模板，先后创建程序组、几何组、刀具组和方法组，为下面的加工仿真做准备，具体如下：a.创建程序组。
程序组是用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。
由于在单个叶片的多轴加工程序编制后，要使用旋转复制功能生成其余叶片的加工程序，因此这里先采用UG 缺省的程序组，待全部叶片加工程序完成后再统一修改、管理。
b.创建几何组。
在“导航器”中选择“几何视图”功能，进入几何视图工作界面，设置叶轮的圆柱圆心点为加工坐标系位置（双击MCS_MILL 在CSYS 状态下单击点对话框将捕捉类型设置为“圆弧中心/椭圆中心/球心”并将加工坐标系移至到圆心点），如图4.11所示；在铣削几何体中选择已经车削完成的回转体作为毛坯几何体，如图4.12所示c.创建刀具组根据前面已经确定的刀具类型和相关刀具参数，利用“创建刀具”功能，分别创建粗、精加工刀具，并且从内定库中检索刀具夹持器，创建刀具夹持器，本文中选取了库代号为“HLD001_00041”的刀具夹持器。
由于上一节中对刀具选择已作了比较详细的论述，这里不再重复，且此步的操作比较简单。
e.创建方法组由于叶片及流道曲面加工采用了表面积驱动方法，不便设置统一的加工余量、几何体的内外公差、切削步距和进行速度等参数，先选用内定的“METHOD ”加工方法，可根据需要再设置上述加工参数。
2)粗加工叶轮流道曲面通过可变轮廓铣程序控制驱动方法和刀具轴，根据叶轮流道曲面的加工要求创建多轴联动粗加工程序。
根据UG的整体叶轮加工编程和Vericut的五轴加工仿真
整体叶轮UG 数控编程和Vericut 加工仿真1 前言2 UG 五轴后处理创建2.1 A-C 双转台五轴联动数控机床运动学变换针对实验室自主开发的AC 双转台五轴数控机床进行运动学分析，建立坐标系以描述机床的运动，如图1 所示。
其中A 轴和C 轴为两个回转轴，C 轴随A 轴运动；Csys_W 为与工件固联的工件坐标系（且与C 轴固联）；Csys_T 为与刀具固联的刀具坐标系，其原点设在刀位点上，其坐标轴方向与机床坐标系一致；Csys_A 为与定轴A 固联的坐标系，其原点m O 为两回转轴的交点，其坐标轴方向与机床坐标系一致。
则其运动关系即是刀具坐标系Csys_T 相对于工件坐标系Csys_W 的变换关系，它可进一步分解为Csys_T 相对于Csys_A 的平动和Csys_A 相对于Csys_W 的转动。
初始状态下，转动轴C 的轴线平行于刀具坐标系的Z 轴；此时，工作台与Z 轴垂直，工件坐标系的方向与机床坐标系一致，刀具坐标系原点t O 与工件坐标系原点w O 重合，记交点m O 的位置向量记为),,(z y x m m m m r →。
在刀具坐标系中，刀具的位置和刀轴向量分别为T ]000[ 和T]100[。
记机床平动轴相对于初始状态的位置为),,(Z Y X r s →，回转轴A 和轴C 相对于初始状态的角度为A 和C ，此时，工件坐标系中刀轴方向和刀位向量分别为),,(k j i u →和),,(z y x r p →。
Y X mm图1 A-C 双转台坐标系通过机床坐标系变换，可得：T m s x z m T r r T A R C R r T kj i ]0100[)()()()(]0[⨯-⨯⨯⨯= （1.1）T m s x z m T r r T A R C R r T z y x]1000[)()()()(]1[⨯-⨯⨯⨯= （2.2）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000100010001)(z y x m m m m r T （2.3） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=-100010001001)(z y x m s m Z m Y m X r r T （2.4）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1000010000cos sin 00sin cos )(C CC C C R z （2.5） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10000cos sin 00sin cos 00001)(A A AA A R x （2.6） 将式（2.3）到（2.6）分别代人式（2.1）、（2.2）得：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯-⨯=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0cos cos sin sin sin 0A C A C A k j i （2.7）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯-+⨯-+⨯⨯--⨯⨯-+⨯--⨯⨯-+⨯⨯--⨯-+=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡1cos )(sin )(cos sin )(cos cos )(sin )(sin sin )(sin cos )(cos )(1A m Z A m Y m C A m Z C A m Y C m X m C A m Z C A m Y C m X m z y x z y z z y x x z y x x （2.8）由（2.7）和（2.8）得：1,1),arccos(-=⨯=A A k k k A （2.9） 1,0,)/arctan(=⨯-=C C k k j i C π （2.10） x y x m C m y C m x X +⨯-+⨯-=sin )(cos )( （2.11）y z y x m A m z C A m y C A m x Y +⨯-+⨯⨯-+⨯⨯--=sin )(cos cos )(sin cos )( （2.12） z z y x m A m z C A m y C A m x Z +⨯-+⨯⨯--⨯⨯-=cos )(cos sin )(sin sin )( （2.13）2.2 UG Post/Builder 创建五轴后处理使用UG NX 模块生成刀轨后，其中会包含GOTO 点和其它机床控制的指令信息。
基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究
基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究冷家融（长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122）【摘要】应用UG软件编程，在发动机叶轮的数控仿真加工过程中，辅以动画演示功能，使学生更好地了解编程的步骤、命令的选用以及相关参数的设置。
通过虚拟工作环境，调整参数设置，生动地演示其加工效果与差异，教授学生掌握5轴数控加工的编程要领，以此提高课堂教学效果与教学质量。
关键词：UG；叶轮；5轴仿真加工；机械专业教学中图分类号：TG659 文献标识码：BDOI：10.13596/ki.44-1542/th.2024.01.022Teaching Case Study on Impeller Five Axis Numerical ControlSimulation Processing Based on UG ProgrammingLeng Jiarong（College of Humanities & Information Changchun University of Technology，Changchun，Jilin 130122，CHN）【Abstract】Using UG software programming, in the numerical control simulation machining process ofengine impellers, animation demonstration functions are supplemented to help students betterunderstand the programming steps, command selection, and related parameter settings. By using avirtual working environment, adjusting parameter settings, and vividly demonstrating the processingeffects and differences, students can better grasp the programming essentials of five axis CNCmachining, thereby improving classroom teaching effectiveness and quality.Key words：UG; impeller; five axis simulation machining; mechanical teaching1 引言UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术
叶轮数控加工仿真研究【 Ｊ 】 ． 陕 西 国防 工
业 职 业技 术学 院 学 报 ， ２ ０ １ ｌ ， ２ １ （ ２ ） ： ４ ５ －
４７．
工程序都应经过分 度和旋转 ， 且 在 轮 毂 和
可 能存在 一些不需 要的拐点 ， 即 出 现 不 光 叶 片 没 有 全 部 加 工 完 时 ， 不应 进 入 下 一 个 【 ４ 】阎长 罡 ， 贾 国高 ． 基于 ＵＧ Ｎ Ｘ ４ ． Ｏ 的整体
行 于 气 流 通 道 的 方 向进 行 走 刀 。 具 体 加 工
比较 完 美 地 完 成 对 整 体 叶 轮 的 三 维 造 型 。 应 用 ｕＧ软 件 对 整 体 叶 轮 进 行 五 轴 加 工 的
／Ｃ ＡＭ 软 件 ， 在 的 中间位置设 置开槽加 工槽 ， 铣 刀应 沿 平 但 它 作 为 一 款 通 用 的 ＣＡＤ
迹 生 成研 究 【 Ｄ 】 ． 哈 尔 滨 工程 大 学 硕士 学 位论文 ， ２ ０ ｌ ２ ．
【 ３ 】李俊 涛 ， 吴 让利 ． 基于 ＵＧ Ｎ Ｘ ６ ． ０ 的 整体
．
维造 型工作（ 如 图２ 所示） 。 ２ ． ５ 光顺 曲线 实 际工作 中 ， 生 成 叶 片 的 曲线 和 曲 面
工 业 技 术
建议采用 第二种方式 。 ２ ． ４ 建立 整体 叶轮 在 完成 单个叶 片和 轮毂的 造型后 ， 我
们 要 建 立 整 个 叶轮 的 ＣＡＤ 模型 ， 建 立 步 骤 如下： （ １ ） 因 为 叶片 是 沿 圆周 均布 的 ， 所以 需 要 根 据 叶 片 的 数 量 确 定 叶 片 沿 圆 周分 布 的
３ 叶轮 的五 轴数控加工流程
（ １ ） 锻压毛坯 ： 毛 坯 采 用 高 强度 的锻 压
整体叶轮5轴数控加工工艺仿真技术研究
整体叶轮5轴数控加工工艺仿真技术研究*夏雨（浙江工商职业技术学院机电工程学院，浙江宁波315012）【摘要】分析了整体叶轮的造型轮廓和加工特点，依据叶轮的整体形状和加工工艺技术要求，确定了基于UG NX 软件的5轴加工策略，生成刀路轨迹，并完成整体叶轮零件的数控仿真的加工。
结果表明：经过加工工艺的优化，通过在5轴加工中心加工整体叶轮，零件的表面质量和加工效率得到全面提升，对叶轮类零件的加工有一定借鉴的意义。
关键词：整体叶轮；5轴加工；UG NX ；加工工艺；仿真技术中图分类号：TG659文献标识码：BDOI ：10.12147/ki.1671-3508.2023.02.014Study on the Simulation Technology of5-Axis CNC Machining Process of Integral ImpellerXia Yu（College of Mechanical and Electrical Engineering,Zhejiang Bussiness and Technology Institute,Ningbo ，Zhejiang 315012，CHN ）【Abstract 】The modeling contour and processing characteristics of the integral impeller are analyzed.Based on the overall shape of the impeller and the technical requirements of the machining process,the 5-axis machining strategy based on UG NX software is determined,the toolpath trajectory is generated,and the machining of the integral impeller part with CNC simulation is completed.The results show that after the optimization of the machining process,the surface quality and machining efficiency of the parts are comprehensively improved by machining the integral impeller in the 5-axis machining center,which has certain significance for the machining of impeller-type parts.Key words ：integral impeller ；5-axis machining ；UG NX ；machining process ；simulationtechnology*基金项目：浙江省教育厅访问工程师项目：手机马达整盘治具数控加工技术研究（编号：FG2022085）；浙江工商职业技术学院2021年学校科研年度项目“整体叶轮叶片多轴铣削加工技术研究”（编号：KYND202108）1引言整体叶轮零件在航空航天、汽车工业、冶金石油工业里有广泛的应用，作为机械结构零件的核心部件之一，其特点是结构复杂，加工困难和应用范围广，同时对整体叶轮的加工质量和加工精度要求较高，整体叶轮的曲面形状复杂，优化的加工工艺一直是制造业重要研究方向，因此，本文主要讨论经过优化的加工工艺能提升整体叶轮的加工质量，提高加工效率，并能广泛应用到各个场合[1]。
整体叶轮零件机械加工工艺设计与仿真加工毕业设计
品的更新率加快，特别是高新科技产品，它们的设计周期已经从过去的几年缩短到现在 的几个月，有时甚至只有十几天。那么，传统的手工制图设计方法已经远远不能适应现 代产品的快节奏了，而且人们追求产品的新颖、美观，有很多产品都是具有复杂曲面的， 这对于传统设计来说，很难把握设计的精确度，因此，使用先进的三维制图软件进行设 计刻不容缓。UG 系统是一款集 CAD/CAM 的专业软件，在世界上享有极高的声誉，因其功 能十分强大，在世界上比较大型的公司大都是采用 UG 为主要软件。UG 的优点在于：相比
粗加工选择轮毂加工；叶片和轮毂的精加工选择叶片加工和轮毂加工。 整体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毂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。采用五轴数 控加工整体叶轮的 CAD/CAM 主模块加工流程如图 4-9 所示。
根据任务书的要求，主要完成整体叶轮的数控加工工艺、零件造型、仿真加工和数 控编程。为顺利做好零件的三维造型、仿真加工及数控编程等任务，在软件方面选用目 前流行且功能强大的 UG NX8.5 软件对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划与仿真。整体 叶轮零件三维实体模型如图 1-1 所示。
图 1-1 整体叶轮三维图形
5.3 切削参数 ............................................... 30 5.4 数控程序编制 ........................................... 31 5.4 后处理程序 ............................................. 37 总 结 ...................................................... 38 参考文献 .................................................... 39
基于PowerMILL的叶轮工艺优化与虚拟仿真
基于PowerMILL的叶轮工艺优化与虚拟仿真本文首先简单介绍叶轮加工变形分析有关内容，然后通过对整体叶轮模型进行简化，分析某关键采样点变形，提出了控制约束变形的条件，也多目标优化的实现提供条件，通过构建多目标函数，为高速铣削提供一套优化的整体叶轮高速加工技术方案，最后针对高速铣削加工，对高速铣削时的刀轨优化进行简单的介绍。
标签：叶轮；实体造型；PowerMILL软件；刀具路径叶轮被广泛地应用于航天航空、汽车、船舶、电力、核工业等方面，叶轮是发动机、汽轮机、泵、风机、压缩机等产品上的重要零件，目前需求量相当地大，其形状和精度的误差对发动机的空气动力性能和机械效率有较大影响。
所以说在设备和加工任务都满足的情况下，如何确定最佳的加工工艺、提高生产效率、减少经济成本、关键是怎样提高经济效益的问题所在。
目前，人们已经开始考虑改变切削的量，但有时效果达不到预期的要求。
文章待加工叶轮是典型薄壁部件，刚度相对比较低，工艺性能差，受影响因素较多，因此，通过变形的控制，对于研究预防和控制叶轮变形在高速加工过程中具有十分重要的意义。
1 叶轮的结构本文研究的叶轮是使用Delcam的PowerSHAPE软件对叶轮轴进行实体建模，采用PowerMILL软件对叶轮轴进行CAM加工，产生出叶轮流道、叶片、叶轮轴上槽等刀具路径。
根据实际情况，加工需采用五轴联动数控机床加工，叶轮加工分粗、半精及精加工。
粗加工主要用于快速有效去除每两个叶片区间的材料。
精加工主要用于叶片和叶轮流道的成型。
（图1）由于切削机理的复杂性，目前大部分航空企业实际生产中广泛采用经验公式计算切削力。
利用测力仪测出切削力，再将实验数据加以适当处理，就可以有效地减少一些变形。
常用控制叶轮加工变形的方法有：1.1 改进切削工艺可以通过高速切削刀片的措施来进行，以防止减少塑性变形，增加切削速度VC，降低它的温度，改变结构，减小切削力，从而减小变形。
1.2 改进工艺方案采用辅助机械。
基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真研究
工做好技术准备。另外对于整体叶轮这样复杂的三
维 曲面手工编程根本无 法实现 ， 须借助于 Ｃ Ｍ 必 Ａ
２２ 五坐标数控机床结构与选择 ．
软件实现 自动编程 。因此 ， 研究整体叶轮 的数控仿 真加工具有较高的工程应用价值。
叶轮 的毛坯外形可通过数控 车床车削成型， 而 流道和叶片的成型加工则必须在五轴联动数控机床
第 ２ 卷第 ２ １ 期
２０１１ ６月 年
陕 西 国 防工 业职 业 技 术 学 院学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｈ ａ ｘ ｎ ｔ ｕｅｏ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｎ ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ Ｓ Ｉ ｔ Ｔ
Ｖ０ ．２１Ｎｏ．２ １
Ｊ ｎ．２０１ １ ｕ
摆动， 刀具才不会与叶片发生干涉 。 根据叶轮的几何结构特征和使用要求 ， 其基本 加工工艺流程为 ：． １在数控车床上车削加工毛坯 的
基本 形状 ， 图 １所示 ；． 如 ２ 粗加 工 叶轮 流道 曲面 ；． ３ 粗加 工 叶 片 曲 面 ； ． 片 精 加 工 ； ． 轮 流 道 精 ４叶 ５叶 加工 。
基 于 ＵＧ ＮＸ６ ０的整体 叶轮 数 控 加 工仿 真 研 究 ．
李俊涛 ， 吴让利
（ 陕西 国防工业职业技术学院 ， 陕西 西安 ７００） １３０
摘
要： 针对整体叶轮数控加 工的特 点和难 点， 系统地提 出了基 于 ＵＧＮＸ ． ６ ０的数控加 工仿真方案和步骤 ， 用 ＵＧ 应
２； 。切削参数设置中“ 部件余量偏置” ｍ “ ２ ｍ，刀路数” ４ ， ０２ 条 留 ． ｍｍ 的精加 工余量 ， 内外公 差均 为 ０ ． ０ ｍ 非切削移动参数设置中“ ２ ｍ； 进刀类 型” 为线性 ，
整体叶轮曲面造型及数控加工仿真研究
整体叶轮曲面造型及数控加工仿真研究作者：范蓉来源：《中国机械》2013年第06期摘要：以整体叶轮的造型和数控加工仿真为研究目的，通过对数据进行建模的前处理，将给定的数据变成UG系统能识别的文件，在UG Modeling环境中自动生成桨叶切面线及桨叶轮廓线。
并以此为基础，完成螺旋桨三维实体建模。
对整体叶轮在五坐标数控加工工艺规划进行分析，采用等参数线法分别对叶片的背、腹面和流道面生成无干涉刀具路径，并确定刀轴倾角、切削行距，并最终完成了叶片的数控加工仿真。
关键词：整体叶轮；UG；数控加工；工艺规划；0引言叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范的、典型的通道类复杂零件，其形状特征明显，工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。
故叶轮的设计与制造密不可分。
传统的叶轮加工方法是叶片与轮毂采用不同的毛坯，分别加工成形后将叶片焊接在轮毅上。
此方法不仅费时费力，且叶轮的各种性能难以保证。
近年来，多轴数控技术尤其是五轴数控技术的发展使得叶轮的整体加工成为可能并日益普及。
数控加工是CAD/CAM技术中的重要环节之一，刀位轨迹规划又是数控加工技术的关键。
坯的制备、定位基准及加工路线的拟定、刀具类型和切削参数的选择，零件粗加工阶段的刀轨规划以及精加工刀轨等，是刀位轨迹规划的重要内容。
由于叶片类零件的空间重叠区域大，在加工过程中需要对刀轴矢量等进行控制。
数控加工刀位规划问题同所采用的刀具以及加工过程中曲面的成形原理密不可分。
在不干涉的条件下加工任意复杂曲面，由于球面的点对称性，仅需确定球心相对于设计曲面的位置，一般勿须考虑刀具的姿态，这就给刀位确定带来了很大的方便。
但是，球头铣刀的切削速度随着趋近刀底部而趋近于零，这时球头铣刀相当于挤压被加工面，导致工件表面质量恶化，而且在一次走刀下加工的带宽较窄，严重制约了其加工的精度或效率。
本文以整体叶轮曲面造型及数控加工工艺研究等为核心内容，结合数控加工过程中的外延内容如几何建模等技术，对整体叶轮的五轴数控加工进行了较为全面的研究，借助UG完成了直纹面形式的整体叶轮几何造型，并通过对整体叶轮在五坐标数控加工工艺规划进行分析，采用等参数线法分别对叶片的背、腹面和流道面生成无干涉刀具路径，并确定刀轴倾角、切削行距，并最终完成了叶片的数控加工仿真。
UG NX叶轮多轴数控编程与仿真
机电信息工程UG NX叶轮多轴数控编程与仿真曹旺萍（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡214121）摘要：本文介绍了涡轮式叶轮零件的多轴加工工艺，应用UG NX软件对叶轮零件多轴数控编程，以及应用VERICUT软件对叶轮进行加工仿真及程序优化,避免了碰撞和干涉，提高了叶轮零件的加工效率和表面质量。
关键词：叶轮零件；多轴加工；VERICUT；仿真1叶轮零件工艺分析涡轮式指高压气体沿着轴向流动的一种叶轮，是发动机的重要，一般情况下其整体锻合进工的零件。
图1为涡轮式,，零件尺寸公差为士0.02mm。
零件的毛坯材料为*85X 40的铝棒，为减少在五轴联动数控机床的开粗加工时间,用车多的余，然机床数控铳。
2叶轮零件加工编程过程的多程要设定加工坐标系、毛坯几何体、应用UG NX的程的叶毂面、包裹曲面、叶片曲面、叶根圆角曲面、分流叶曲面等参数。
2.1叶轮零件开粗经过车削后的毛坯还有较大的余料需要去除，粗加工采用粗铳加工。
置为包容圆先创建型腔铳粗加工刀路，设置*12mm的平底刀，余 量为1mm,层深为0.8mm，进给率500mm/min,主轴基金项目：无锡职业技术学院机械技术学院江苏省智能设计与生产产教融合集成平台（苏教职函〔201956号）。
作者简介：曹旺萍（1973-）,,江苏南京人,本科，实验师，高级技师，研究方向：智能制造、逆向技术。
统和平台进行完善与改进，使之与市场发展相结合，实需求相结合，进而使汽更加完善，也为人们更好的服务，促进整个汽业的发展。
参考文献：[1]打造汽车配件交易平台深耕汽车后市场生态圈——专访邦邦汽服ECO龚托先生*+汽车维护与修理，2020（05）69.转速2500r/min，创建型腔铳粗加工刀路，图2为叶轮零件粗加工刀路。
图1式叶轮零件模型2叶轮零件开粗刀路2.2叶精加工2.2.1创建叶形顶部精加工刀路采用平面铳叶形顶部，采用*12mm的平底刀，部件侧面余量为1.2mm,，余量为0,主轴转速2500r/min,进给率800mm/min。
叶轮的四轴数控编程及仿真
叶轮的四轴数控编程及仿真摘要本次设计是进行一个具有复杂形状的叶轮的仿真加工，叶轮加工的复杂性主要在于其叶片是复杂的曲面造型。
需要用四轴以上联动的机床进行其叶轮的加工，根据叶轮的一些特性，需采用球头铣刀。
通过对课题任务的分析，先用UG把零件图画出来，对零件图进行分析，确定零件的加工工艺。
然后生成实体模型，,再对模型进行分析，然后用CAM软件对模型进行仿真，仿真过后，进行后置处理，生成G代码，最后把程序反读，效验G代码，检查程序是否正确，然后定稿。
关键词：UG；CAM；数控编程；后置处理；虚拟仿真AbstractThis design is a complex shape, the simulation of impeller complexity of the machining process of impeller blade is mainly lies in the complex surface modeling. With the four shafts above linkage to the machine according to the processing, impeller, some characteristics of the impeller, using flat cutters.Based on the analysis, the first task subject using UG out of the parts and parts drawing pictures, the paper analyzes the parts processing. Then generate entity model, and then the model analysis, then use the CAM software simulation model for simulation and postprocessing after, G code, finally the program, the program code, check; G correctly, then finalized.The application of computer numerical control machine tool is comprehensive, automatic control, automatic detection and precision machinery products of high technology, the development of nc machine tools appropriate technical transformation of China before machinery manufacturing, is the way of the future factory automation.Keywords: UG; CAM; CNC Programming; Post-processing; Virtual Simulating目录前言 (1)第一章数控的概况 (2)1.1 国内外数控系统发展概况 (2)1.2 数控技术发展趋势 (3)1.2.1性能发展方向 (3)1.2.2功能发展方向 (3)1.2.3体系结构的发展 (4)第二章关于叶轮 (6)2.1 叶轮的发展状况 (6)2.2 叶轮的分类 (6)2.3 叶轮的材料 (6)2.4 叶轮的原理 (6)第三章零件图及工艺分析 (9)3.1 叶轮的三维造型 (9)3.2 刀具的选择 (9)3.3 工艺分析 (10)3.4 叶轮加工的最佳方案 (11)第四章零件编程概述 (13)4.1 仿真技术的发展与应用 (13)4.2 数控车自动编程软件CAM介绍 (13)4.3 叶片的加工 (14)4.4 叶片的加工程序及其备注 (17)第五章结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)前言课题主要是研究数控技工技术在加工叶轮时的具体应用，为了适应生产的需要，人们越来越多的使用数控技术来生产这些以前难以加工的产品零件。
[数控加工,合金,叶片]钦合金风扇叶片的数控加工工艺及模拟仿真分析
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钦合金风扇叶片的数控加工工艺及模拟仿真分析1引言随着当代科技发展，在大型飞机制造过程中钦合金风扇叶片的应用越来越多，但是其切削加工时仍存在效率低下、曲面复杂、厚度很薄等问题。
整体叶盘式结构的应用可使航空发动机推重比、工作效率、寿命及可靠性大大提高，在航空发动机上获得了日益广泛的应用，但是对加工技术和装备却有很高的要求。
本文主要针对钦合金叶轮叶片的造型方式，数控加工工艺、仿真以及后置处理等方面。
2钦合金加工特性2. 1切削力大在切削加工过程中，金属材料的强度和硬度越高，切削时所需切削力越大。
然而当切削力越大，刀具的磨损也就越快，因此，钦合金材料的可加工性特别差。
2. 2切削温度高由于钦合金材料切削加工过程中，切削位置的温度非常高，可达到1100-1 200℃之间，切削区域的超高温度容易把刀尖快速熔化或粘结，从而加速刀具的磨损。
3曲面造型方法3. 1中性面叶顶曲线和叶根曲线的构造方法通过曲线反算法构造样条曲线。
一般有3个步骤:曲线两端的边界条件确定;对插值曲线的控制点进行反算;插值曲线节点矢量的确定。
4数控加工关键工艺控制4. 1工艺解决叶片难加工、易变形途径4.1.1填充辅料粗加工结束后，回填辅料，以克服精加工过程中叶片产生的形变。
经常用的填充材料主要有树脂、石蜡、低熔点合金等，由于石蜡收缩率大、低熔点合金容易造成污染，所以它们的使用会受到限制。
4. 1. 2加工余量确定根据经验，粗加工余量一般在2-4 mm之间。
其次，粗开槽后的余量一定要均匀，避免叶片上的余量有突然变化，否则精加工时在余量突变处由于叶片变形不一致，产生过渡痕迹，影响表面质量。
4. 1. 3应用高速切削方式加工时运用高转速(10 000 r/min)、慢进给(0. 05 mm)、多行程的切削方式，进而降低切削力对零件加工产生的影响。
为了让加工精度和表面质量更高，我们采用高速切削的加工方式。
4. 2铣削方式加工时采用型腔铣，但用顺铣的走刀方式进行。
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一、UG/Modeling模块进行三维造型（一）建立叶轮基体1．新建文件进入UG程序后，首先点击图标，系统显示新零件对话框，在此框中的文件名称栏里键入impeller_modle并点击为单位，最后点击，即新建叶轮文件。
2．建立叶轮基体（1）新建文件后，首先选择→选项。
（2）点击按钮按钮，选择，在对话框中点击，点击弹出圆锥尺寸对话框，按右图所示尺寸填入，点击完成（二）建立叶片形状（1）建立基准轴a.点击，依次选择，，在下拉菜点中选择XC，点击完成b.点击，选择，，打开下拉菜单点击，在图形区点选叶轮基体顶圆相对的四分点，点击完成（2）绘制叶片草图轮廓点击进入草图模式，选择XC－YC作为基准平面，建立如下所示草图点击退出草图模式，点击，在弹出对话框中选择对上一步绘制的曲线进行修剪，得到如下所示曲线（3）拉伸叶片点击，选择，用鼠标分别选取上图中曲线的四根线段，点击弹出对话框，选择，在弹出对话框中点击沿Z轴方向拉伸，点击，在对话框的end distance栏中填入300，点击，选择，点击完成叶片拉伸操作。
（4）修剪叶片a.建立修剪用曲面点击，以（420，0，260），（-10，0，300）为坐标绘制直线，点击，鼠标选取图形区中刚绘制的直线，点击，选择，在弹出对话框中点击，两次点击，确保基点坐标为零，start angle和end angle 分别填入-50和50。
点击完成b.用曲面修剪叶片点击，在图形区点选叶片，点击，在图形区点选上一步完成的曲面，选择完成修剪叶片操作。
（5）建立圆阵列点击，选择，在界面图形区中点击上一步完成的叶片，点击，阵列数为5，转角72°。
（6）建立倒圆角特征a．在叶片底部建立12.5倒圆角点击，在default radius处填入12.5，用鼠标分别选取图形区中叶片和叶轮基体的交界线，点击完成。
b．建立叶片顶部变半径倒圆角点击，在前打勾，在图形区分别点选下图所示三点，每点的圆角半径值为1：31.25；2：12.5；3：1.5625，点击完成c.建立叶轮基体倒角点击，选择，在图形区点选叶轮基体的顶圆和底圆，点击，在offset处填入6.25，点击完成（三）建立叶轮基体键槽等其他特征a．建立孔特征1．点击，选择，在弹出对话框中点击，点击，尺寸如右图，点击，基点坐标为（0，0，0），点击，选择，在图形区点选叶轮基体，点击完成。
2．点击，选择，在弹出对话框中点击，点击，尺寸如右图，点击，基点坐标为（300，0，0），点击，选择，在图形区点选叶轮基体，点击完成。
3．点击，选择，在弹出对话框中点击，点击，尺寸如右图，点击，基点坐标为（375，0，0），点击，选择，在图形区点选叶轮基体，点击完成。
b.建立倒角1.点击，选择，在图形区点选一号孔靠近叶轮基体底部的圆，点击，在offset处填入18.75，点击完成。
2.点击，选择，在图形区点选三号孔靠近叶轮基体顶部的圆，点击，在offset处填入2，点击完成。
c.建立键槽点击，尺寸按左图所示填入，在处点击打开下拉菜点，选择，基点坐标输入零，点击返回，在点击打开下拉菜点，选择，在图形区点选叶轮基体，点击完成。
d.建立键槽倒圆角点击，在default radius处填入0.15625，用鼠标选取图形区中键槽顶面，点击完成。
至此，叶轮的建模部分的工作已全部完成，下面是模型效果截图二、用UG/Manufacturing模块进行刀轨生成及加工仿真（一）构建毛坯1．打开文件进入UG程序后，首先点击图标，系统显示打开零件对话框，在此框中的文件栏里选择叶轮零件，最后点击，即打开之前建模好的叶轮文件。
2．构建毛坯实体（1）打开文件后，首先选择→选项。
（2）根据零件基本几何形状，确定毛坯为与单个叶片相似的几何体，点击，在图形区点选建模时绘制的叶片轮廓曲线，点击弹出曲线偏值对话框，在处填入25，点击完成。
点击拉伸叶片毛坯，在图形区点选上一步完成的叶片毛坯轮廓曲线，点击，选择，点击沿Z轴方向拉伸，点击弹出拉伸参数对话框，按右图所示填入，单击，选择完成（3）修剪毛坯a.点击，在处打开下拉菜单，选择打开点控制对话框，点击，在图形区按右图所示点选两点b.点击，鼠标选取图形区中刚绘制的直线，点击，选择，在弹出对话框中点击，两次点击，确保基点坐标为零，start angle和end angle分别填入-90和50。
点击完成c. 点击，在图形区点选叶片毛坯，点击，在图形区点选上一步完成的面，选择完成修剪叶片毛坯操作，如右图红色部分所示。
（二）刀轨生成1.选择→选项。
2.首先建立四个父节点组：点击工具栏上图标，将鼠标移至界面右方处弹出程序对话框，在处点击右键，选择，在弹出菜单中点选进入创建程序父节点组对话框，在选项中选择，然后在栏里输入PROGRAM_1，点击完成程序父节点组的创建。
点击工具栏上图标，将鼠标移至界面右方处弹出刀具对话框，在点击右键进入创建刀具父节点组对话框，在选项中选择，然后在栏里输入MILL_1，点击进入对话框，刀具尺寸如右图所示，刀号为T01，单击完成刀具父节点组的创建点击工具栏上图标，将鼠标移至界面右方处弹出刀具对话框，在点击右键进入创建刀具父节点组对话框，在选项中选择，然后在栏里输入MILL_1，点击进入对话框，刀具尺寸如右图所示，刀号为T02，单击完成刀具父节点组的创建在点击右键进入创建零件几何体父节点组对话框，在选项中选择（MCS），在栏填入MCS_MILL_1点击进入对话框，点击完成几何体父节点组的创建。
点击工具栏上图标，将鼠标移至界面右方处弹出几何体父节点对话框，在处点击右键进入创建零件几何体父节点组对话框，在选项中选择（WORKPIECE），然后在栏里输入WORKPIECE_1，点击进入对话框，在→→，在图形区点选叶轮零件实体，点击返回，在→→，在图形区点选选毛坯实体，点击完成几何体父节点组的创建。
点击工具栏上图标，，将鼠标移至界面右方处弹出加工方法父节点对话框，在处点击右键进入创建加工方法父节点组对话框，在选项中选择，然后在栏里输入MILL_METHOD_1，点击进入对话框，在栏里输入加工余量1.0，点击完成粗加工父节点组的创建。
将鼠标移至界面右方处弹出加工方法父节点对话框，在处点击右键进入创建加工方法父节点组对话框，在选项中选择，然后在栏里输MILL_METHOD_2，点击进入对话框，在栏里加工余量为0，点击完成精加工父节点组的创建。
3.生成粗加工刀轨操作点击工具栏上图标，进入创建刀轨对话框，在处打开下拉菜单，选择，在选项中选择（Z_LEVEL_FOLLOW_CA VITY），按右图选择和输入刀轨名称。
点击进入对话框，在→→，在图形区点选叶轮零件实体，点击返回，在→→，在图形区点选选毛坯实体，在处打开下拉菜单，选择，在处打开下拉菜单，选择，在栏输入75.0，在处点击进入切削层参数对话框，在处打开下拉菜单，选择，在栏输入0，在处单击，在栏输入-300.0，点击。
在叶轮加工中，叶片顶部和底部是曲面，要求每刀切削深度小些以保证轮廓精度，在叶片中部是90°陡壁，每刀切削深度可适当大些以提高加工速度。
单击（add ranges），在处打开下拉菜单，选择，在和栏均输入15.0；在处单击，单击（add ranges），在处打开下拉菜单，选择，在栏输入52.0，在栏输入1.0；在处单击，单击（add ranges），在处打开下拉菜单，选择，在栏输入122.0，在栏输入17.5，在处单击，单击（add ranges），在处打开下拉菜单，选择，在栏输入250.0，在栏输入1.0，切削层如右图所示点击返回对话框，在处点击进入对话框，在选项中选择，使刀具抬出毛坯，保证快速移动时刀具不会碰撞毛坯件而造成事故，点击返回对话框，点击进入对话框，点击，UG系统根据提供的数据自动生成最佳主轴转速和进给速度，点击返回对话框，点击图标，形成刀具轨迹，点击完成。
刀轨如下图所示。
4.生成叶片顶部精加工刀轨操作点击工具栏上图标，进入创建刀轨对话框，在处打开下拉菜单，选择，在选项中选择（contourarea），按右图选择和输入刀轨名称：点击进入对话框，在→→，在图形区点选叶轮零件实体，点击返回，在→→，在图形区点选叶片顶部曲面，点击返回，在打开下拉菜单，选择，弹出对话框，在打开下拉菜单，选择，在打开下拉菜单，选择，在栏输入0.10，点击返回对话框，点击进入对话框，在打开下拉菜单，选择，在栏输入0.10，点击返回对话框，点击图标，形成刀具轨迹，点击完成。
刀轨如下图所示5.生成叶片底部及基体精加工刀轨操作点击进入对话框，在→→，在图形区点选叶轮零件实体，点击返回，在→→，在图形区点选叶片与基体交界处倒圆角曲面和基体圆锥面，点击返回，在打开下拉菜单，选择，弹出对话框，在打开下拉菜单，选择，在打开下拉菜单，选择，在栏输入0.10，点击返回对话框，点击进入对话框，在打开下拉菜单，选择，在栏输入0.10，点击返回对话框，点击图标，形成刀具轨迹，点击完成。
另存为impeller_cam.prt刀轨如右图所示（三）加工过程的仿真点击工具栏上图标，然后在界面右侧选择操作导航键，在下点击，选中叶轮的粗加工操作，右击鼠标选择→或者点击工具栏里的图标，进入对话框，点击其中的选项，系统进入动态仿真模式，可以在栏里拖动滑块选择合适的仿真速度，最后点击开始进行动态仿真，我们可以通过加工过程的动态仿真看清楚实际加工时刀具的走刀路线以及其中可能出现的碰撞和干涉问题。
同理，可进行精加工操作的加工过程的动态仿真。
下图是粗加工仿真时加工开始，过程及完毕的截图下图是叶片顶部精加工仿真时加工开始，过程及完毕的截图下图是叶片底部及基体精加工仿真时加工开始，过程及完毕的截图三、 后置处理及产生数控加工代码（一）生成叶轮的数控加工代码点击工具栏上图标，然后在界面右侧选择操作导航键，在下点击，选中叶片的粗加工操作，然后在菜点栏里点击图标，系统进入对话框，在栏里选择，点击完成后置处理，并在相应的文件夹里产生数控加工代码，文件名为impeller_cam_rough.ptp 。
同理，可以生成叶片顶部、底部和基体圆锥的精加工数控代码，分别命名为impeller_up_cam_finish.php 、impeller_low_cam_finish.php（二）根据四轴联动加工中心修改叶轮的数控加工代码将粗加工和精加工设为子程序，程序号分别为0003、0004、0005，编制辅助子程序如下：O0002N1 G80 G90 G40N2 T01 M06N3 G54 G43 M08N4 S2500 M03N5 M98 P0003N6 M09 M01N7 T02 M06N8 M98 P0004N9 M98 P0005N10 M09N11 M99编制主程序如下：O0001N1 G40 G17 G94 G90 G70N2 M98 P0002N3 A72.0N4 M98 P0002N5 A72.0N6 M98 P0002N7 A72.0N8 M98 P0002N9 A72.0N10 M98 P0002N11 M05N12 M30O0003部分程序%N0010 G40 G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T01 M06N0040 G0 G90 X421.8013 Y-.1826 S2000 M03 N0050 G43 Z303.N0060 Z288.N0070 G1 Z285. F250. M08N0080 X405.2267 Y-11.5582N0090 G2 X388.0168 Y-44.1771 I-61.3846 J11.5372 …….N231890 G3 X106.363 Y172.7354 I1.5706 J6.8215 N231900 G0 Z53.N231910 Z306.N231920 X416.5438 Y33.3297N231930 Z54.N231940 Z53.N231950 G1 Z50.N231960 G3 X413.5438 Y27.5851 I4. J-5.7446N231970 G1 Y-27.6022N231980 G3 X416.5438 Y-33.3468 I7. J0.0N231990 M02N232000 M99%O0004部分程序%N0010 G40 G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T02 M06N0040 G0 G90 X47.7375 Y174.8328 S2000 M03N0050 G43 Z299.3095N0060 Z259.4001N0070 G1 Z234.4716 F250. M08N0080 X47.9472 Z234.6697N0090 X48.1569 Z234.8337……N2056940 X341.2053 Z227.6636N2056950 X340.8032 Z227.2979N2056960 X340.351 Z226.8206N2056970 X340.3007 Z226.756N2056980 X340.2504 Z226.6802N2056990 G0 Z286.2226N2057000 Z299.3095N2057010 M02N2057020 M99%O0005部分程序%N0010 G40 G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T02 M06N0040 G0 G90 X82.4032 Y70.2483 S1000 M03 N0050 G43 Z299.3095N0060 Z158.9756N0070 Z155.6922N0080 Z156.0421N0090 X84.3826 Y68.2603N0100 Z156.391……N6745000 X47.4648 Y35.5781N6745010 X47.4658 Y35.7486N6745020 Z174.0011N6745030 X47.6088 Y35.605N6745040 Z173.998N6745050 Z177.1241N6745060 Z299.3095 N6745070 M02N6745070 M99%。