典型零件叶片的仿真加工

基于CATIA的叶片五轴高速铣削是高速切削技术的典型应用。本文利用CATIA对叶片进行建模，并根据叶片的材料特性，选择合理的刀具进行加工。根据叶片的形状特点，选择合理的编程策略、刀具路径和进退刀方式，最后应用PowerMill软件进行加工仿真。关键词：典型零件叶片的仿真加工随着科学技术的飞速发展，机械制造中像叶片这种复杂曲面零件的加工量日益增加，在实际的产品设计制造中经常会遇到这种自由曲面。这些曲面无法用明确的数学表达式表示，图纸上只给出一些离散的信息。本文利用CATIA对叶片进行建模，得到理想的三维叶片实体，然后用PowerMILL进行仿真处理。1.叶片建模：对一台风机的叶片进行实际映射，根据映射结果使用CATIA对风机的三维实体进行建模。为了保证后续加工的顺利进行，保证CATIA建模的质量是一个非常重要的环节。如果叶片曲面的曲率不连续，在造型过程中出现尖点，在加工过程中会出现掉刀或跳刀现象，影响叶片曲面的加工精度。在叶片造型中，如果叶片曲面的曲率发生剧烈变化，刀具轨迹也会发生剧烈变化，这会增加刀具对工件的冲击，降低叶片曲面的加工质量。以下是叶片建模的基本流程。首先，在叶片中间创建圆盘部分，并在YOZ平面上创建一个草图，如图1所示。然后，以图1中的草图为母线，绕Z轴旋转，使其成为一个圆柱实体，如图2所示。然后用样条曲线来描述叶片的进排气边，样条曲线的曲率由三条样条曲线的控制点来控制，如图3和图4所示。叶片的两条边建立后，以叶片的一点和基面为参考建立一个参考面。在参考平面上制作第三条参考边，如图5所示。通过这三条曲线创建一个曲面，并加厚这个曲面，如图6所示。然后进行倒角和修整，如图7所示。为已建立的刀片制作三个120度阵列，如图8所示。对叶片根部进行倒角，以避免应力集中点，如图9所示。此时得到的叶片表面最大法曲率为0.875，如图10所示。第二页。刀具的选择与比较五坐标数控加工是指对数控机床的主轴和工作台的五个坐标同时进行直线插补，使刀具按要求的空间轨迹运动，完成相应复杂曲面的加工。与球头立铣刀的三坐标数控加工相比，平头立铣刀的五坐标端铣数控加工具有以下主要优点。1.加工效率的比较在剩余高度和刀具半径相同的情况下，五轴端铣数控加工进给步长大，加工效率高，对于叶片等自由曲面零件的加工具有重要意义。粗加工过程中应尽量使用平头铣刀。粗略计算，五轴端铣的效率是球头立铣刀三轴加工的三倍以上。因此，在五轴联动的前提下，加工曲面应尽量使用平头铣刀。2.加工表面质量的比较因为用球头铣刀加工叶片表面时，球头铣刀是靠球面运动接近叶片表面的。用端铣刀加工叶片型面，是用平面包络运动来逼近待加工的叶片型面，还能保证所有加工点都被高速切削，因此具有良好的、一致的表面质量。同时，叶片加工中刀具的选择是严格的。选择刀具时，要考虑毛坯材料、机床、允许切削参数、刚性和耐用度、精度要求、加工阶段等因素。叶片数控铣削中常用的刀具有球头立铣刀和立铣刀。3.刀具寿命在叶片加工过程中，当t

考虑到几种走道模式，螺旋切割是刀片切割的最佳模式，如表1所示。其优点是：(1)减少了夹紧次数，节省了由于重复定位和对准程序而浪费的大量工时；(2)连续加工轨迹，适合高速加工；加工质量好，加工效率高。PowerMill用于叶片的螺旋精加工，根据毛坯的中心位置计算中心位置。螺旋半径的设置用于确定叶片切削时螺旋纹的起始半径和终止半径，起始半径和终止半径用于控制叶片铣削时螺旋纹的形状和刀具的运动方式。当起始半径小于终止半径时，叶片加工螺旋线由内向外加工；当起始半径大于终止半径时，叶片加工螺旋线由外向内加工。因为要先加工叶片的延伸部分，再加工叶片的根部，以减少叶片的变形，所以在加工过程中要选择后一种加工方式，即由外向内加工。多边形公差是叶片加工中用来确定螺旋图样精度的参数，所以多边形公差越小，螺旋图样越接近阿基米德螺旋线。方向选项用于确定刀具的移动方向。为了保证顺利铣削，选择顺时针加工。下一页IV。叶片加工的铣削力、铣削温度和表面粗糙度本文以LF5和6063T6铝合金为例，对叶片的高速铣削进行了分析。1.旋转速度。从图12可以看出，LF5铝合金刀片用于刀片加工时，转速在12000 ~ 18000 r/min和24000 ~ 30000 r/min时切削力最小，而6063T6铝合金刀片用于刀片加工时，转速在12000 ~ 18000 r/min和30000 ~

　　2.切深和进给量

　　如图13和图14所示，当应用FT5材料进行叶片加工时，切深分别选用0.5mm或2.5mm，则进给量在0.2mm/z时切削力最小，当应用6063T6材料进行叶片加工时，切深分别选用0.5mm或2.5mm，则进给量选择0.05mm/z或0.2mm/z时切削力最小。

　　3.步距

　　在叶片加工过程中，由于是对铝合金材料进行加工，所以步距对切削温度的影响并不显著，如图15。在加工叶片时，大的步距有利于降低切削温度，也有利于提高生产效率。

　　4.切削深度

　　如图16所示，在应用FT5进行叶片加工时，切深选择2.5mm较好。在应用6063T6进行叶片加工时，切深选择1.5mm表面粗糙度最好。

　　五、应用powerMill进行仿真加工

　　根据以上的分析，首先读入CATIA中建立好的叶片模型，如图17所示。然后定义叶片的毛坯，通过PowerMill进行最佳毛坯计算，如图18所示。再根据前面的分析制作工艺卡片(以LF5为例)，如表2所示。图19所示为粗加工的仿真，半精加工应用螺旋加工的仿真如图20所示，精加工的走刀路径如图21所示。

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　　本文主要介绍在叶片加工过程中的工艺问题和在加工过程中所遇到问题的解决方法。根据叶片零件的典型性，应用高速五轴加工等方法解决了叶片加工中的变形问题、定位问题和加工质量问题，主要探讨了高速加工在叶片加工中的实际应用。本文加工叶片选用的材料为LF5和6063T6两种铝合金材料，借鉴了其他高速加工材料中对铝合金的试验参数和结论，针对铝合金的叶片形状零件加工进行了深入的探讨和研究。通过选定的两种铝合金材料制作叶片，从切削力、切削热和切削的表面质量方面考虑，优化了切削参数，使叶片达到切削质量的同时，提高叶片的生产效率。