摘 要

整体叶轮作为涡轮式发动机、螺旋推进器的关键部件，是一类具有代表性且造型较规范的自由曲面零件，广泛应用于航空航天、冶金、化工、国防、汽车等领域，其设计和加工质量的好坏直接影响了叶轮的性能和工作效率。五轴机床比三轴机床多两个旋转轴，故多采用五轴机床加工叶轮，工作效率得到大大提高。一条规划良好的刀具路径，如果由于存在不合理的后置处理，那么，在加工过程中有可能出现碰撞、过切、干扰或其他质量问题，甚至对机器造成损坏，对操作人员构成危险。

传统的叶轮加工方法是叶片和轮毂采用不同的坯件，将加工成型后的叶片焊接在已加工轮毂上。这种方法不仅时间长,而且叶轮的最终性能是很难保证的。提高加工质量和工作效率，充分满足生产需求是制造业技术发展的三大主题。高速铣削技术、多轴数控机床，特别是五轴数控机床、CAD\CAM的快速发展恰好满足了集成制造这一需求。高速切削有三个突出的优势，分别是：产生的热量少,切削力不大和零件有轻微变形，特别适合轻金属(如铝)生产。五轴数控加工主要解决复杂形状零件的加工问题,尤其是曲面加工,大大提高加工表面质量和效率。CAM技术能够缩短制造周期,提高产品质量。因此,研究整体叶轮的多轴高速铣削技术,可以显著提高复杂造型曲面类零件的制造水平。

本文研究的主要内容是利用UG进行叶轮实体建模，刀具轨迹可视化，并以此为基础，在CAD\CAM仿真软件中进行加工仿真、后置处理及NC程序的生成。

关键词：整体叶轮 数控加工 自动编程 MasterCAM

MasterCAM integral impeller based NC machining simulation verification and post-processing

Abstract

As a key component of the overall impeller turbine engines, propellers, and is a class representative and a free-form surface modeling more standardized parts, widely used in aerospace, metallurgy, chemical, defense, automotive and other fields, the design and processing quality a direct impact on the performance and efficiency of the impeller. Five-axis machine tool more than two-axis rotation axis, so the use of five-axis machining impellers, work efficiency is greatly improved. A well-planned tool path, if the presence of irrational post-processing, then there may be collisions, gouges, interference or other quality problems, and even damage to the machine, the operator danger in the process.

Traditional processing methods impeller blades and hub are different blanks, it has been working on the blade hub welding process after molding. This method is not only a long time, and the final performance of the impeller is difficult to ensure. Improve processing quality and efficiency； fully meet the production needs of the three themes of manufacturing technology. High-speed milling technology, multi-axis CNC machine tools, especially five-axis CNC machine tools, the rapid development of CAD \ CAM integrated manufacturing just to meet this demand. High-speed cutting has three outstanding advantages are: less heat generated, less cutting force and a slight deformation of parts, especially for light metals (such as aluminum) production. The main axis CNC machining complex shapes solve processing problems, especially surface processing, greatly improve the surface quality and efficiency. CAM technology can shorten the manufacturing cycle, improve product quality. Therefore, the study of integral impeller speed multi-axis milling technology, can significantly improve the level of manufacturing complex surface modeling - parts.

        The main content of this paper is to use solid modeling UG impeller, tool path visualization, and as a basis for a machining simulation in CAD /CAM simulation software to generate post processing and NC program.

Keywords: Integral Impeller NC automatic programming MasterCAM.

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1研究背景 - 1 -

1.2国内外数控仿真软件简介 - 1 -

1.3复杂造型曲面技术发展概况 - 3 -

2 整体叶轮五轴联动数控加工技术 - 5 -

2.1原理 - 5 -

2.2整体叶轮加工国内外发展现状 - 7 -

3 数控编程技术 - 10 -

3.1 数控编程技术概述 - 10 -

3.2 数控编程技术现状和发展趋势 - 12 -

3.3国内外发展现状 - 16 -

4 整体叶轮参数化建模 - 19 -

4.1建模工艺分析 - 19 -

4.1.1叶轮基体建模 - 19 -

4.1.2 叶轮叶片建模 - 22 -

4.2 叶轮加工轨迹创建 - 25 -

4.2.1叶轮加工工艺分析 - 25 -

4.2.2 加工步骤 - 26 -

5 整体叶轮的CAM仿真 - 37 -

5.1 整体叶轮仿真技术的现状 - 37 -

5.2 整体叶轮仿真加工过程 - 38 -

5.2.1 机床建模 - 38 -

5.2.2 加工工序 - 40 -

6 总结与展望 - 55 -

6.1 总结 - 55 -

6.2 展望 - 55 -

致 谢 - 56 -

参考文献 - 57 -

附录 叶轮仿真数控加工程序（部分） - 58 -

1 绪论

1.1研究背景

随着现代科学信息技术的发展,特别是计算机和自动化技术,高性能、高效的数控加工技术已成为现代机械制造最重要的组成部分和发展方向之一，并成为一个国家提升产品国际竞争力的关键技术。由于我国数控加工技术起步晚，不仅在高端数控加工设备制造方面基础薄弱，在多轴加工软件平台和数据库开发以及其理论研究、软件开发、工艺优化、数控编程、加工仿真等关键技术也落后世界先进水平。多轴数控加工技术是制造具有复杂曲面造型零件的关键技术，如压气机、涡轮燃气机等产品中具有复杂曲面而且多为空间曲面叶片或螺旋桨叶片的结构。实现复杂曲面零件的高效、精密多轴加工是增强我国航空航天自主研发能力,提高产品工作属性的核心技术。目前,高性能复杂多轴曲面的数控加工领域,由于刀具、技术、编程及机床动态特性等其他方面的问题导致的加工质量差、加工效率低已经成为影响加工效果的一个关键问题，同时这些问题也导致同一加工过程的稳定性和完整性不好,没有充分发挥多轴机械加工效果,这在国内多轴数控机床尤为多见。

图1.1 整体叶轮

1.2国内外数控仿真软件简介

数控仿真系统应该具有以下三个功能:(1)验证刀具轨迹的正确性；(2)检测加工过程中机器的各运动部件之间可能发生的干涉；(3)验证实际的表面加工和理论加工表面之间的误差。大多数商业仿真软件是由按功能划分的模块组成,其中显示模块是是仿真软件模块化的核心。目前数控仿真显示模块有三种类型,即分别给予图形象素、对象和实体的仿真内核。为了动态地显示工件材料去除过程,也要确保计算速度,数控加工仿真系统现在主要使用z-buffer算法对加工过程进行二维显示。目前一些国外商业化的数控五轴数控加工仿真软件已经具备一定的仿真能力,典型的代表: