多轴数控加工工艺实验.doc

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1、多轴数控加工工艺实验第1章叶轮的加工工艺设计1.1概述叶轮零件造型应考虑到流体力学，空气动力学等多个学科领域的专业知识，其造型之复杂，叶片加工精度要求之高，轮毂要求与所对应的轴配合等等导致叶轮零件加工困难，传统的叶轮加工是将叶片与轮毂单独加工，最后进行装配或是焊接在一起，然而这样会导致更多的工序，既耗费时间，也可能需要更多的装备来实现叶轮的加工，随着科学技术的进步，数控机床应运而生，尤其是五轴数控机床的诞生是机械加工行业的一次跨越性的发展，五轴数控机床可运用于加工以前所不能加工的整体式叶轮零件，极大的缩短了加工时间，极大的提高了加工精度，提高了机械加工效率，目前五轴数控机床加工

2、整体式叶轮零件普遍流行，五轴数控机床解决了叶片薄难以加工，精度要求较高难以实现，产品更新速度快难以追赶等问题。1.2叶轮工艺分析1.2.1叶轮的几何参数从叶轮的三个视图中可以看到，整体叶轮可分为轮毂曲面（Hub）及叶片曲面(Blade)两个部分，叶片又包含覆盖曲面(ShroudSurface)、压力曲面(PressureSurface)及吸力曲面(SuctionSurface)和圆角曲面四个部分，并且叶轮的出口直径为491.2mm，出口叶片高度为50.6mm，进口直径为278.7mm，进口叶片高度为142.9mm，叶片和轮毂曲面间的交接处即倒圆角R为3mm，叶轮顶部的直径为19

3、1.4mm，底部厚度为26mm，叶轮的其他详细尺寸参数如图2.1中所示。图2-1叶轮零件的前视图与顶视图1.1.1叶轮的结构与加工难点在本文中得整体式叶轮当中，叶轮的出口直径为491.2mm，由叶轮的两个视图（图2.1）可知该叶轮含有12个叶片，出口叶片高度为50.6mm，进口直径为278.7mm，进口叶片高度为142.9mm。对叶轮的基本要求是：(1)能给出较大的能量源；(2)气体流过叶轮的损失要小，即气体流经过叶轮的效率要高；(3)气体流出叶轮时各参数合宜，使气体流过后面固定元件时的流动损失较小；(4)叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。综合以上信息，本文

4、叶轮的加工难点主要有一下几点：(1)叶轮尺寸较小，又含有12个叶片，这就使得叶片间的相邻距离很近，这样的加工槽道非常窄，很大程度上加大了加工难度；(2)叶片的厚度非常薄，高度大，不利于刀具的加工；(3)叶片面为自由曲面，弯曲程度大，后仰趋势很严重；(4)同一叶片面弯曲的方向也不一致，一端后仰，一端前倾，加工时极易产生干涉现象，有的曲面还要进行分段加工，虽然解决了干涉现象，却很难保证加工免得一致性；(5)由于叶轮强度要求较高，在叶轮的轮毂与流道连接处需要采用圆角连接。综上所述叶轮的技术要求如下：任何机械加工所得到的零件表面，实际上都不是完全理想表面。实践证明，机械零件的破坏，一般

5、都是从表面层开始的，这说明零件的机械加工表面质量是至关重要的它对产品的质量有很大影响。表面质量的好坏对零件耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性以及零件配和质量都有一定影响。由于整体式叶轮是转子的重要部分，其叶片表面经常与流体发生周期性的摩擦，需要较高的表面质量来提高叶轮零件叶片的耐磨性以及耐蚀性以及耐疲劳性，这使得对叶片的表面粗糙度要求较高表，设定叶片表面粗糙度为Ra1.6。两端面表面粗糙度Ra12.5[13]。整体式叶轮内孔表面作为配合表面需要较高的表面质量，取表面粗糙度为Ra1.6,，叶轮底部外圆用于定位作用，需要较高的表面粗糙度以及加工精度，表面粗糙度需要到达Ra3.2。底端面也用于

6、定位，表面粗糙度要求达到Ra1.6。由于叶轮零件叶片绕中心线列阵排列，在加工时可以将零件旋转一定角度来进行加工，这样可以减少UG编程负担，提高工作效率。1.1叶轮工艺规划设计1.1.1叶轮毛坯的确定选择毛坯材料毛坯材料的选择时零件设计中的重要一环。合理选择毛坯类型会使零件制造工艺简单、生产率高、质量稳定、成本降低。由于锻件毛坯适应性较广，力学性能好，强度高、冲击性好、抗疲劳性高、合金组织较细、内部缺陷较少以及精度较高等优点符合毛坯选择三大原则（使用要求原则、经济性原则以及实际生产条件原则）。故选择锻件材料作为毛坯。整体式叶轮叶片材料需要较高的抗疲劳性、抗腐蚀性、高强度以及耐磨性

7、。而铝合金具有较高的强度，锻造性能好，同时具有良好的耐热性、塑性和高的韧性等。故选择铝合金作为加工材料[14]/[15]。(1)确定锻件的公差等级由于该零件的技术要求和功用，确定该锻件的精度等级为F级。(2)确定毛坯的机械加工余量和公差叶轮零件的直径为D=491.2mm，高度为H=142.9mm，内孔直径为d=130mm，因为0.1D