航空航天叶片资料整理

航空航天叶片资料整理曲面加工方法目前，曲面加工的方法主要是铣削，根据零件的形状、尺寸、生产类型、精度要求及具体设备等条件不同主要有以下加工方法：手动靠模铣削。铣削时铣刀柄部靠紧靠模板，并采用逆铣方式。为微调工件尺寸和补偿洗刀重磨后的直径减小量，将铣刀柄部和靠模板都做成具有20°〜30°锥度的形状，并使铣刀能够上下移动，适用于小批量加工。重锤靠模铣削。在立式铣床上加工曲线槽时可采用重锤靠模铣削，适合于成批生产。在圆工作台上铣削圆弧表面。把工件上要铣削的圆弧的中心调到与圆工作台轴线位置，就可以进行加工。成形铣刀和组合铣刀铣削。这是一种高效加工方法，适合用于各种长、厚工作曲面的成批生产，加工质量好。直角坐标铣削。这种方法的特点就是把零件曲面在各个断面内的曲线，用一定数量的坐标点表示，并按点的坐标调整刀具与工件的位置，逐点进行铣削。用小直径刀盘铣削大直径球面。从三维模型到生产加工所采用的方法美国UGS公司的UG系统是一个著名的CAD/CAM/CAE软件包，它提供了一个从三维造型、图形化数控编程、刀具轨迹生成、实时加工仿真到后置处理生成NC代码等整合环境。用UG系统进行叶片的辅助加工，数控加工编程一般可按下列步骤来完成。(1)叶片三维模型的建立叶片汽道的原始数据是若干个横截面的离散点或分段圆弧的数据，这就需要用曲面拟合的方法生成光滑连续的曲面。常用的曲面拟合方法是NUBRS(非均匀有理B一样条曲面)万法。在UG/建模中，用】throughcurves］命令脓次选择各截面型线，可以生成NUBRS曲面，生成的曲面如图2所示。 门)刀具选择和刀具库的建立加工叶片汽道的过程要用三种刀：端铣刀(粗加工用)、带角圆的圆柱铣刀(半精加工和精加工用)和球头锥铣刀(清根用)。在UG/制造中建立用户自己的刀具库，可根据叶片尺寸大小选用不同直径的刀具。门)加工方式的选择在UG/CAM中选择合适的加工方式(如表1),其中半精加工和精加工的加工方式是相同的。刀具轨迹生成在设置好切削行距、步长、表面允差、进给率等加工参数后，用】Generate帅令生成刀具轨迹。图5是生成精加工的刀具轨迹。加工过程仿真UG/CAM集成了加工仿真的功能，可以模拟实际切削过程，并巳可以储存模拟加工后的毛坯留待下一道工序使用。图6为加工过程的仿真。刀位源文件的生成生成刀具轨迹并进行加工仿真后府加工信息输出到刀位源文件(CLSF)中。CLSF包括刀具信息、加工坐标系信息、刀具位置和姿态信息川及各种辅助命令信息。4面向并联机床的数控后置处理技术CLSF需要经过后置处理卡变成并联机床能够接受的数控程序。并联机床加工的后置处理有两种方法：①在UG/POST的基础上开发UG环境下并联机床的专用后置处理器；②直接编程从CLSF文件中读取刀具位姿数据，加上并联机构己有的求逆解模块、插补模块和干涉校验模块，计算出并联机床六根驱动杆的长度变化、转台转角、进给速度等数据，并和其他加工信息一起输出为并联机床能够接受的数控程序。4.1在UGPffiT的基础上开发并联机床专用 后置处理器UOPOST是UG提供的两种后置处理器之一，可直接读取刀具轨迹数据进行后置处理，生成机床能够接受的数控程序。 UG/POST是事件驱动的启包括事件生成器(e、ntgenerator)库件解释器(eventhandler)和定义又件(definitionfile)。事件生成器读取刀具轨迹信息府它解释为・。事件，，，并触发这个“事件”；UQPOST根据事件解释器中的函数指令来处理这个“事件”定义文件中包括特定机床的信息和数控代码的输出格式，UQPOST按照定义文件规定的格式，把后置处理结果输出，成为机床可接受的数控程序。叶片的三维造型水轮机叶片的型线和型面必须严格按设计的要求模拟，因为这是要影响其流体动力性能以致于整个机组的性能，在造型时要考虑如下工程要求。将叶片曲面体合理分成多张曲面的组合，以便准确模拟叶片曲面体；各张曲面的造型方法选择，要能准确定义和反映实际工程的要求；曲面造型的误差控制，曲面的裁剪与延拓等曲面运算；根据仿真加工时的工艺方案，按各张曲面的加工方法，来划分叶片各张曲面。轴流式水轮机叶片是由带球面的法兰和多张雕塑曲面组成的曲面零件，不能用解析方程来定义这些曲面。如何准确地采用数值方法来模拟叶片每张曲面，尤其对大型叶片，这是极为重要的。采用NURBS曲面逼近方法能准确地数值模拟出叶片上的每张曲面，也便于多轴联动数控加工刀位轨迹计算轴流式叶片由具有雕塑曲面的正、背面，进水边变圆弧半径曲面，出水边曲面，轮缘球面，轮毂和法兰球面，轮缘的裙边曲面，轮毂和法兰与正、背面的过渡曲面等构成。叶片正背面是按在圆柱坐标系下给出的型值点，编写一个程序将型值点按圆柱截面读入，并转换到直角坐标下，转换成CAMAND的REVPOST格式，沿圆柱截面线作LOFTED的SPLINE曲线，再按过曲线方法作出LOFT曲面，这样作出正、背面，并向轮缘和轮毂延拓曲面。按图纸作轮缘和轮毂的球面，再用圆柱面作出法兰轴，用轮毂球面去TRIM法兰轴。按图纸要求作法兰与正背面的等半径FILLET面，法兰向进、出水边的变半径FILLET面，并TRIM轮毂球面，延拓叶片轮缘的正背面按图纸作出轮缘处背面的裙边，用裙边和叶片正、背面TRIM轮缘球面，再用轮缘球面TRIM正背面多余延拓的部分，按图纸上的进水边放大图作出头部曲面，出水边曲面因厚度很薄，般近似作一直纹面即可，这样就在CAMAND上完成了轴流式叶片造型，应注意的是，造型的目的是为了加工，在造型时必须考虑加工方法，轴流式叶片的三维造型如图5所示。图5轴流式叶片及转轮的三维造型图刀位计算和刀具干涉检查计算及切削仿真首先，根据叶片的结构特点，初定加工方案(MACHININGSTRATEGY)，划分加工区域，按CAMAND软件定义所用刀具的几何参数，包括刀片的几何形状，刀盘的几何形状，切削刃长，刀杆及连接系统几何形状等，再定义与机床有关的参数，包括一些机床特征和限制，可加工的空间范围，铣头转角和摆角限制及方向等，完成构造机床配置文件。接下来各加工区域曲面特点，选择不同的加工走刀控制方法计算出各区域刀位，结合后述的碰撞干涉检查，检查区域划分是否合理。在加工叶片型面时，选择合理的加工走刀方向，直接关系到加工效率的高低。经过分析后，决定选择沿叶片造型的参数线作为FLOWLINE铣削加工的方向，此方向叶片型面的曲率变化较小，有利于切削工艺性能改善。对于轴流式叶片，应根据叶片法兰和裙边等结构特点，对叶片进行分区加工。在不同的区域采用不同的刀具和刀轴控制方式，以尽量提高加工效率。CAMAND软件的曲面加工有多种灵活的刀轴控制算法，在大过流面可采用TILT方式，在叶片进出水边采用TANTO方式，在轮毂的过渡曲面采用ADVANCEDPROJECTION方式，在轮缘处采用CURVE/VECTORPOINTSET方式加工。寻找到较为合理的区域划分后，进一步调整加工方法中的刀轴控制方式的参数，进出刀控制等主要有可能导致碰撞的因素再进行刀位计算和后述的仿真检查，修调各参数。在进行叶片刀位计算过程中值得注意的是，为了改善刀具切削条件，视其加工面的曲率变化情况及刀具长度，在TILT方式计算五轴联动刀位时，给定一个2~4°左右的LEADANGLE和1~5。左右的TILTANGLE。在不碰撞的条件下，对刀具(刀盘和切削刃)及刀杆进行干涉检查。刀具干涉用VERICUT进行图形仿真检查，如有任何干涉，则反复前述各步修改可能影响的多个因素，直至生成仿真时没有干涉和碰撞的刀位，并将其作为可用刀位，在此刀位和有关加工参数基础上加上刀具的切削参数等再计算刀位，其刀位为最终加工用刀位，供后处理生成加工代码。机床仿真及碰撞检查对于大型叶片加工，为了机床和工件的安全，进行机床仿真以防铣头碰撞和刀具干涉等是非常必须的，加工仿真流程如图6所示。在前已述，如仿真中发现碰撞和干涉，必须修改加工方案和加工方法。利用SDRC/CAMAND构造出加工叶片所用NC铣头〔如图7〕，根据铣头结构和运动关系，按CAMAND软件的Simulation功能的要求定义出铣头上的主动轴几何(PrimaryGeometry)和从动轴几何(SecondaryGeometry)，并规定第4轴和第5轴的关系。在Simulation中可采用连续或单步控制模拟加工过程中铣头和刀杆的空间运动，检查铣头和刀杆与工件和夹具是否有碰撞和干涉(如图8所示)。值得注意的是,5FZG机床的NC铣头的B轴在机械上是有限制(±360°),在机床的配置文件中设置(±358°)较为安全。在连续加工时，B角积累到358°时，用CAMAND的Windup功能使之抬刀至一安全平面，反转并后退一步再进刀，以免损坏刀具和划伤已加工表面。在Simulation的仿真过程中可观察到和真实加工时一致的铣头的运动，对于可能碰撞的部位，可单步向前和向后控制便于仔细观察，并可查询各坐标轴的值，便于分析，以修改工艺方案和加工方法。机床仿真和前面已述的刀位计算及刀具干涉检查须互相配合，经过反复修改，才可计算出合理而又”放心”的刀位。图6叶片数控加工仿真流程图7机床的五轴铣头 图8轴流式叶片五轴刀位及仿真图9后置处理流程后置处理及加工程序后置处理是将前述计算出的合理刀位转换成特定机床数控系统格式代码，后处理流程如图9所示。后处理软件必须针对特定机床开发，包括机床配置模块(CFG)和将刀位轨迹翻译成特定机床代码的模块(PPR)。对于五轴联动后处理要特别注意各坐标之间的运动关系。利用CAMAND/UPP5模块，用其定义的命令语言开发出专用于5FZG机床的后处理器，再