CAD\CAE\CAM四轴加工叶轮的研究与实践

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[摘 要] 实现应用四轴数控加工中心加工叶轮，标志着高职院校“生产型”数控加工基地的校企合作及教学实训达到了一个更高的水准。cad\CAM\cae制造必须从单轴加工向多轴加工等高难度加工、自动测量的跃进。学生实习实训的产品工艺更复杂、精度要求更高。培养学生攻坚克难的能力。

[关键词] 叶轮 多轴 NX加工

CAD\CAE\cam技术具有高智力、高效益、知识密集、更新速度快、综合性强等特点，是科技领域中的重要研究项目，也是现代先进、高端技术――计算机集成制造系统的核心技术基础，某种程度代表着制造业的发展实力和竞争力。

现代的汽车、飞机、船舶、玩具、用具等产品的外观、型线越来越漂亮，具有运动感觉。设计者的奇思妙想更是层出不穷，都来源于计算机的高度发展、CAD\CAE\CAM软件的智能化、人性化、高端化，所以数控加工、模具制造更是离不开软件的支持，我们广泛地采用CAD\CAE\CAM技术，提高设计和制造环节中的形状的准确度和外观，高质量、高效率地完成产品的模型加工。例如我院校企合作项目中的一个实习实训产品“叶轮”，就是我们常见的典型曲面类产品。现在应用NX软件建立三维数据模型，对其进行分析、加工。

一、叶轮

毛坯为铸造件，材料为45号钢，铸件线形周边加工余量2mm左右，叶长度为78mm，轮毂半径为50mm，叶盆到叶背的距离为38mm，叶根圆角为R0.1，型面扭曲程度较大。加工前，需要对毛坯工件进行铸造性能检测，例如尺寸、气孔等缺陷。加工时要分析好产品加工工艺，考虑加工成本，生产效率等。加工后，需要对工件进行质检，检测叶轮性能是否合格，如果可以到达要求，就可以按照要求生产。

二、工艺特性分析

先应用UGNX6.0软件CAD模块建立三维数据模型，然后应用CAE分析模块进行模型分析，例如叶轮曲面的最大螺旋角、曲率、圆角等。模型分析完成后，应用UGNX6.0软件CAM模块辅助编程，进而根据XH716四轴数控加工中心的程序格式等要求，后置处理生成数控加工G代码。应用XH716四轴数控加工中心对叶轮实践加工，再经过抛光处理、质量检测，最终完成叶轮加工。

三、数模分析、光顺

叶轮的设计，因为设计者使用的软件不同、数据在转换时软件公差不同、不同公司的软件的曲面算法也不同、建模的几何关系不同等因素，对加工者的加工结果可能造成不同的加工效果。同时由于软件的“后处理”参数的设置不同，软件的模拟加工结果将与实际的加工结果稍有差别，而且工件的加工结果将永远不能达到理想完美的效果。

为了减少数控加工中的缺陷和抛光时间，采用高速加工，数据后处理采用样条插补计算，以减少数据量，实现CAD-CAM-CNC之间进行数据良好传递，生成光顺的刀具轨迹 。

通过数据分析，经NX6.0软件对三维数据模型进行验证，测量的数据结果，曲面较为光顺，角度公差0.5°，边公差为50μm ，最小半径70.634mm，最大半径78.371mm，叶根圆角0.1mm。

根据以上数据选择如下刀具：直径20mm镶片硬质合金立铣刀，刀尖圆角0.2mm的粗加工刀具，选择加长型直径为10R5mm球头硬质合金刀具进行半精加工，选择直径为4R2mm加长球头进行精加工，选择设备：XH716四轴数控加工中心。

四、加工流程

表 加工流程

五、结论

虽然叶轮加工较为复杂，但在合理的选择刀具、CAM软件、后处理器，认真分析三维数据模型，C轴的加工速度参数等加工条件，我们可以高速、高质的加工出合格的产品。

在学生的实习实训中，学生以真实的工厂产品贯穿于整个学习过程，学生从中学到了对于此类典型的叶轮加工、叶轮分析、数据模型优化、数控编程优化、刀具、量具、工具选择、机床的使用等实践技能，深刻体会到加工操作规程，文明生产制度、高质高效理念的重要性，学生系统的详细的了解了整个加工工艺制定及实践加工过程，提高了学生实际加工生产应用的综合能力。

校企合作产品，提高了高职院校学生实际加工能力，企业的生产理念。保产生效益，降低废品率。保证学生无缝隙上岗，提高就业率，同时提高了实验教师的实践教学能力和理论水平，提高了高职院校的社会服务能力，更进一步深化校企合作。

参考文献：

赵 波.模具加工前沿技术―高速加工[J].模具技术,2000(2)75-79