1.叶轮叶片曲面加工方法 叶轮是涡轮式发动机的核心部件，被广泛应用于航天、航空及其它工业领域，其加工质量对发动机性能有决定性地影响。由于叶轮叶片的形状是机械中最难加工的复杂曲面，所以，叶轮的加工长期以来一直是一个技术难题，倍受各国工业界的关注。 各工业发达国家曾先后研制出多种加工方法，如：最初的采用铸造成型后修光法、石蜡精密铸造法、电火花加工法、三坐标仿形铣削法等。但这些早期的加工方法，不仅加工效率较低，而且叶轮质量也较差。直到数控技术被应用到叶轮的加工中，才使叶轮的加工技术得到了跨越性发展。当前国内外叶轮数控加工方法主要有：点铣法和侧铣法。点铣法质量容易保证，但加工效率极低，而侧铣法较点铣法效率高许多，但涉及的关键技术较多，目前，国外侧铣法应用较普遍。 叶轮加工的复杂性主要在于其叶片是复杂的曲面造型。而且能否精确的加工出形状复杂的叶轮己成为衡量数控机床性能的一项重要标准。曲面根据形成原理可以分为直纹曲面和非直纹曲面。直纹面又可以分为可展直纹面和非可展直纹面，对于可展直纹面，完全可以使用非数控机床加工。而对于非可展直纹面和自由曲面叶片的整体叶轮来说，则必须用四轴以上联动的数控机床才可以准确地加工出来。由于数控机床具有四轴联动或五轴联动的功能，则利用它进行叶片加工时，既可以保证刀具的球头部分对工件进行准确地切削，又可以利用其转动轴工作使刀具的刀体或刀杆部分避让开工件其他部分，避免发生干涉。 按叶轮的曲面形状的不同，可以采取点铣法或侧铣法，下面分别介绍： 第一类：点铣法，即用球头刀按叶片的流线方向逐行走刀（加工一个叶片一般需50~200次走刀），逐渐加工出叶片曲面。这种方法在自由曲面型叶片上普遍采用，在一小部分直母线型叶片上也采用。我国航天用的转子、风扇都采用这种点铣法。以航天部某机器厂加工某型号叶轮为例，叶轮材料为TC6钛合金。其加工方法即是在四轴联动的机床上利用圆柱球头铣刀进行点铣加工。即从叶片顶部开始，沿叶片的流线方向，用球头刀的刀头部分对其进行切削，当其走刀行程加工完一侧的一条流线后，经过退刀及进刀后，刀具即向轮毂方向移动0.3mm，进行下一次切削，直到叶片的一面加工完毕，再对另一面进行切削。如图1。
GH696 叶片型面高效加工技术 发表时间：2020-01-15T13:55:05.090Z 来源：《科学与技术》2019年17期作者：陈伟周敏[导读] 针对GH696叶片切削性能差、加工过程中零件变形大、型面波纹度大、一致性差、零件抛光易烧伤等问题摘要：针对GH696叶片切削性能差、加工过程中零件变形大、型面波纹度大、一致性差、零件抛光易烧伤等问题，制定出合理的分段加工工艺方案，通过工艺试验，选取合适的加工刀具，确定最优的铣削加工工艺参数，能够有效提高零件加工效率和质量。 关键词：GH696；分段加工；叶片型面0 引言 高温合金具有优异的热强性能，热稳定性能及热疲劳性能。现已广泛应用于航空发动机和燃气轮机。本文通过对GH696材料性能及某型燃气轮机零级可转静叶叶身结构的研究和试验，确定出合理的数控加工方法和数控加工程序，减少零件加工中的变形量，选择适用于高温合金材料加工的刀具，提高零件的加工效率，同时降低刀具的损耗。 1零件结构及工艺难点1.1 零件结构 以某型燃气轮机零级可转静叶为例，该类叶片由上轴颈、下轴颈和叶身组成。其叶片叶型为复杂空间曲面，叶型最大厚度为4.3mm、长度为390.5 mm，最大弦宽为118.328mm，属于薄壁零件，进排气边由多段变化曲率较大的空间曲线组成，毛料为大余量模锻件，叶身余量为3mm～4.5mm之间，轴颈单边余量为2.5mm～3.5mm之间。某型燃气轮机零级可转静叶三维模型见图1。 叶身型面是气流流经表面，位置尺寸及表面粗糙度要求很高。装配时，由叶片上轴颈的定位扁确定叶型角向，通过调整曲柄的位置来调整气流大小和方向，叶片几何形状复杂，型面扭曲度大，叶型弦宽长，尺寸精度要求高，其主要结构尺寸和精度见表1。 1.2 GH696机械加工性能 零件材料牌号为GH696，该材料在常温下的抗拉强度为900 MPa。在加工时，有以下几个特点： 1）高温强度高，加工硬化倾向大，切削塑性变形抗力大，切削负荷大； 2）导热性差，为45钢的1/2～1/5，切削温度高，热量不易散出； 3）强化元素含量高，形成金属化合物硬点，对刀具摩损强烈。 1.3 工艺难点分析 1）加工变形 该叶片的结构特点是叶片长，弦宽大，从叶尖到叶根的扭转角度大，零件整体壁厚偏薄，特别是边缘厚度最小处只有0.64mm，数控铣削加工时以上轴颈端面定位夹紧，下轴颈处用顶尖顶紧，叶身型面处于悬空状态，铣削时刚性差，导致加工变形及颤震问题严重。数控铣削加工完成后叶身变形量波动在0.3mm～0.5mm。 2）波纹度差、一致性差因数控加工完成后叶身变形波动大，叶身需留有至少0.5mm余量以保证抛光时叶身不会由于数控加工变形而局部缺肉。然而余量过大，会导致抛光后叶身波纹度差，一致性差、部分零件抛光烧伤，上下圆台与叶身转接处质量不高及产品合格率低等问题。 3）刀具磨损 粗铣时采用Φ16球头铣刀去除余量，因叶片毛坯余量大，粗铣需为精铣去除绝大部分余量，刀具磨损快，通常一把刀具仅加工叶盆型面或叶背型面后就需要进行修磨。铣削加工中刀具逐渐磨损，导致加工过程中余量逐渐变大，即粗铣完成后叶身型面各部位余量不均匀。精加工中同样存在刀具磨损严重的问题。 2 工艺设计及试验
多叶片复杂曲面零件的设计与五轴模拟加工 1.1 加工任务 整体叶轮的零件视图如图1所示 图1 叶轮零件 针对本零件，本例中将进行叶轮底部圆弧面的加工。此工件的毛坯为圆棒料，材料牌号为钛合金TC4.采用专用的夹具将其底面固定安装在机床C轴上。本例中我们将完成叶轮圆弧底面的精加工。 1.2 加工工艺方案 通常情况下，在大部分制造场合，单片叶轮的叶片多采用锻造方式做成毛坯，整体式叶轮类零件的毛坯多采用铸造的方式形成，然后采用3～5轴数控机床进行半精加工或精加工，特殊情况下可能还采用人工抛光的方法，形成最后的精加工。本例中，我们就介绍整体式叶轮在5轴数控机床上的精加工工作。 （1）刀具选择：R4的球头棒铣刀（或选用锥度球头铣刀） （2）加工坐标原点的设置：工件零点取在叶轮圆弧底面大圆140的圆心点上。 （3）加工设备：五轴联动数控机床。 1.3 编程操作(设置零件加工程序) 在UG NX4软件系统中对此零件进行编程的操作步骤如下： 1.建立刀具路径文件夹 （1）单击菜单栏中的“文件”→“打开”命令，从UG NX4文件浏览器窗口选择“train11.prt”文件并单击“确定”按钮将其打开，如图2所示。
图2 在UG NX4 中进入造型文件的NX加工界面 （2）选择加工环境 1)单击（起始）图标，单击“加工”命令，弹出“加工环境”对话框。如图3所示。 2）在“CAM进程配置”列表框中选择“mill→multi→axis”，结果如图4所示。 图3“加工环境”对话框图4选择多轴铣加工配制 3）在“CAM设置”列表框中选择“mill→multi→axis”，单击“初始化”按钮，进入加工过程的创建界面，弹出如图5所示的“加工创建”工具栏。 2. 创建加工方法 （1）单击“加工创建”工具栏中的（创建方法）工具，弹出“创建方法”对话框，如图11→6所示。 图5“加工创建”工具栏图 6“创建方法”对话框 （2）在“类型”下拉列表框中选择“mill→multi→axis” （3）在“父级组”下拉列表框中选择“MILL→FINISH”。 （4）单击“确定”按钮，弹出“MILL→METHOD(铣削方法)”对话框，如图7所示 （5）单击“确定”按钮，系统又回到图5所示的“加工创建”工具栏。 3. 创建几何体 （1）单击“加工创建”工具栏中的（创建几何体）工具，弹出“创建集合体”对话框，如图8所示。
汽轮机叶片曲面加工铣削力预测模型研究 发表时间：2018-11-13T20:10:30.447Z 来源：《电力设备》2018年第20期作者：王昌军 [导读] 摘要：汽轮机叶片是透平机械中起导流和能量转化作用的重要叶片类零件，文章针对汽轮机叶片曲面的加工特点,建立了铣削力模型,并从瞬时切削厚度的角度分析了数控工艺参数对铣削力模型的影响。 （哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046） 摘要：汽轮机叶片是透平机械中起导流和能量转化作用的重要叶片类零件，文章针对汽轮机叶片曲面的加工特点,建立了铣削力模型,并从瞬时切削厚度的角度分析了数控工艺参数对铣削力模型的影响。运用汽轮机叶片铣削加工实验进一步验证了铣削力模型和金属切削有限元模拟模型的有效性。 关键词：叶片曲面；铣削力模型；数控工艺 一、汽轮机叶片曲面加工变形预测 直接分析复杂的铣削过程有一定的难度，简化处理过程更容易实现对加工变形有限元模拟，假设铣削过程是单齿切削，也就是说，在加工过程中的任意时刻，刀具齿与工件接触的次数始终是一颗齿轮。铣削加工的过程中，刀具和工件从刀具切削力在叶片加工过程的接触面之间模拟这种情况，通过螺旋力的应用和材料的去除，可以更好地模拟铣削过程，获得叶片的加工变形。 球头铣刀加工瞬态芯片厚度在不断变化，许多学者为了有效模拟切削力加载，把芯片厚度简化为固定值，为了能够建立一个更精确的切削过程有限元模型，仍把切削过程看作瞬时芯片厚度不断改变的材料去除过程，刀具去除工件材料是沿着路径轨迹进行去除工作的。切削力沿滚珠铣刀的螺旋边缘加载，实现叶片表面的更精确变形分析。有限元模型中材料的去除过程，在加工仿真过程中使用一样的球头铣刀直径筒和叶片工件的布尔运算，刀具沿进给方向移动，每次进行移动时就进行一次布尔运算，一直循环直到完整的材料去除。 二、汽轮机叶片曲面加工特点 汽轮机叶片汽道由复杂的NURBS曲线拟合而成,加工过程中使用的是广泛用于加工自由曲面的球头铣刀。叶片曲面加工过程中,沿着刀具轴向刀刃,瞬时切削厚度不断变化。瞬时切削厚度对切削力的大小起着决定性的作用。 三、汽轮机叶片的加工过程 1、叶片加工时的变形问题 由于汽轮机叶片边缘较薄，在铣削过程中切削力的作用下，产生较大的加工变形，加工变形是不可避免的，会使得加工精度和表面质量受到严重影响，造成较高的废品率。在叶片的受力变形和研究过程中，大量的试验要求引起了高成本的研究，增加了实验研究的昂贵的制造加工费用，所以有必要探索一种新的方法来实现铣削过程的真正再现。建立接近实际加工状态的切削力预测模型，能够较有效地预测叶片曲面的变形量，进而优化切削参数以对其加工变形进行控制。 建立接近实际加工状态的切削力预测模型,能够较有效地预测叶片曲面的变形量,进而优化切削参数以对其加工变形进行控制。谢小正就汽轮机叶片铣削加工中存在的变形不易控制的问题,借助最小二乘支持向量机原理,建立了被加工不锈钢叶片表面的粗糙度预测模型。目前,国内外对于汽轮机叶片曲面的加工人为因素占较大比重,还不存在一个较为全面、可供参照的工艺参数设置来调节铣削力,建立它们之间相互关系的铣削力模型,实现从过程描述向过程预测发展,从静态预测向动态预测发展。 2、叶片加工中人为因素的影响 目前，国内外对于汽轮机叶片曲面的加工人为因素占较大比重，还不存在一个较为全面、可供参照的工艺参数设置来调节铣削力，建立它们之间相互关系的铣削力模型，实现从过程汽轮机叶片汽道由复杂的NURBS曲线拟合而成，加工过程中使用的是广泛用于加工自由曲面的球头铣刀。叶片曲面加工过程中，沿着刀具轴向刀刃，瞬时切削厚度不断变化。瞬时切削厚度对切削力的大小起着决定性的作用。同时，随着刀具的运动，刀具主轴与叶片法向之间的夹角发生变化，研究汽轮机叶片汽道型线曲率的变化，考虑刀具加工倾角对切削力的影响是必需的。切屑的形成是三维塑性变形过程，过去很多学者也做了不少研究，但都没有把影响瞬时切削厚度的各因素考虑周全。不同刀具不同切削加工方法，切削力计算模型也就不同。 3、叶片曲面加工铣削力模型困难 汽轮机叶片曲面在加工过程中，随着走刀的进行，每齿进给量的水平投影发生了变化，同时当前切削刃微元段切除的不是上一微元段留下的材料置的切削半径发生了变化，汽轮机叶片在铣削过程中，铣刀沿着叶片式蒸汽路进行插补，汽轮机叶片型线是由复杂的有理b样条曲线拟合。但是在走刀过程中，切割的刀工具走的是一条直线，也就是步长。切割面积大小对切削力有极其重要的影响，为了更准确地计算切削力，在微元的总切削面积范围内，然后得到单位微力的力，可以得到力的空间分布。 4、利用金属切削有限元技术解决仿真技术 切削过程的仿真技术非常复杂，一些关键的技术环节对切割仿真的成功有着至关重要的影响。针对汽轮机薄叶片加工变形的问题，在有限元分析的基础上，显示解决方案模块，并提出了薄叶片涡轮铣削过程仿真模型，同时在进行仿真模型的过程中，提出了材料的摩擦模型，芯片分离标准，删除单元技术，任意拉格朗日欧拉法研究的关键技术进行分析研究，得到了更合理的仿真结果。球头铣刀切削微元的瞬时切削厚度是决定铣削力大小和方向的另一关键参数。瞬时切削厚度实际上是当前刀齿的切削路径和前一刀齿的切削路径在切削位置角的径向距离。 四、汽轮机叶片的材料选择 汽轮机叶片材质利用ICrl3、ZCrz3等，含有Mo、W、Nb、B、Ni等强化元素的12%一13%Cr钢，有良好的抗振性能和抗腐化性能，成为汽轮机叶片的重要材质，在某些工作温度400℃和需求抗腐化性不高的过热区工作的叶片，能用一些高合金钢制造叶片以高落造价，比如说是ZoerMo、ZsMnZv及15MnMoVCu等。在湿蒸汽区工作的叶片用抗腐化性高的不锈钢，利用温度的进步及叶片尺寸的利用有更高高温强度或者强度的叶片用钢材质。Icr13、2Cr13等用于工作温度簇45℃叶片。温度跨越500℃，需在ICr13型的基础上，参加多元合金元素Mo、W、Nb、B、Ni等强化的钢。 汽轮机叶片表面处理材料选择模型的热弹塑性本构模型、摩擦模型点球摩擦模型、切削过程有限元模拟的有限元软件ABAQUS显式支持ALE方法，在结合物理分离准则来实现仿真的过程中，汽轮机叶片薄处理芯片分离关闭。对材料失败状态初始定义，采用J-Cdamage层
复杂曲面精密加工的发展现状和趋势 摘要：随着高新技术的发展，人们对外观美学效果的需要，复杂曲面的应用也越来越广泛。但是复杂曲面的应用在应用方面仍然需要取决于力学特性和功能的需要和满足人们对产品外形的需求。复杂曲面的发展和实现，又取决于复杂曲面的设计技术和制造技术。所以我们从3个方面分别阐述它们的研究现状与发展趋势：复杂曲面设计技术，复杂曲面加工技术，复杂曲面加工设备。指出复杂曲面设计技术、加工技术及加工设备发展存在的主要问题，对其发展趋势进行科学预测。 关键词：复杂曲面精密加工装备现状趋势 一前言 随着全球经济的发展，市场竞争日趋激烈，具有复杂曲面的产品越来越多，广泛应用于模具、工具、能源、交通、航空航天、航海等领域。复杂曲面的复杂性主要体现在：许多边缘学科、高科技产品领域对产品涉及的曲面造型有很高的精度要求，以达到某些数学特征的高精度为目的；现代社会中，人们在注重产品功能的同时，对产品的外观造型提出了越来越高的要求，以追求美学效果或功能要求为目的。因此，进一步提高复杂曲面的设计和加工水平成了国内外竞相研究的焦点。 二主题 1 复杂曲面设计与加工技术的发展 1.1 复杂曲面造型技术的发展及现状 复杂曲面造型技术是计算机辅助设计和计算机图形学中最为活跃、同时也是最为关键的学科分支之一，它随着CAD/CAM技术的发展而不断完善，渐趋成熟。它主要研究在计算机图像系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析，肇源于飞机、船舶的外形放样工艺。从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面等距性。此外，随着工业生产的发展和需要，其他学科的技术方法被引进到计算机图形学中来，形成一种融合的趋势，出现了许多新造型方法的研究：如基于物理模型优化的曲面造型方法、基于力密度方法的曲线曲面的造型方法等。 1.2复杂曲面反求技术的发展和现状 反求技术,也称逆向技术、反向技术,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。 随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，反求技术不再是对己有产品进行简单的“复制”，其内涵与外延都发生了深刻变化，成为家电、汽车、玩具、轻工、
复杂曲面高效加工的关键技术方法分析复杂曲面的高效加工在多个工业领域都有重要的应用价值，是一项值得深入研究的技术。因此,如何实现复杂曲面的高效加工(即高效率、高效益、高质量的加工)是一个迫切需要解决的重要课题。研究者采用各种不同的方法针对目前复杂曲面加工现状，以高效加工为目标，对提高复杂曲面加工高效性问题进行了深入研究，设计了许多科学的技术方法。本文针对复杂曲面高效加工中的关键技术方法进行分析，方便更好地将复杂曲面高效加工技术技术应用到专业领域中，直接服务于社会经济，实现其最基本的社会价值。 当今工业领域对高新技术的发展越来越重视，复杂曲面的应用也随之推广，复杂曲面主要用于满足两个方面的需求，一方面是力学特性和功能方面的需要，用于满足设备特定的性能要求，对产品形面的数学特征有高精度的要求；另一方面则为了满足美学效果的需要，和人们对产品外形的需求。针对复杂曲面加工的现状及发展趋势，提高复杂曲面加工的质量、效率及效益已成为主流方向，这对复杂曲面加工中各环节的技术方法都有很高的要求。 复杂曲面加工技术的发展概况 1.1复杂曲面加工技术的发展历程 复杂曲面以前主要通过手工放样，手工打磨或辅助于电脉冲的加工方法来完成，即单纯的手工制造。在制造工程中需要进行检测，和大量型线样板的制作，导致制作周期长，工时、材料消耗量大，从而使加工精度降低，难以满足实际生产的需要。在数控机床出现后，在工具和模具制造中得到了广泛的应用，随着新技术（计算机、激光、电子、新材料）的发展，在复杂曲面加工方面的许多新技术应运而
生，如激光开槽(LaserCaving)、快速原型制造(RapidPrototyping)和快速工装(RapidTooling)等。这些技术的优点在于所需的设备结构简单、灵活性很高，特别适合于加工单件或小批量的工具和模具。 1.2复杂曲面高效加工技术的理论体系 数控加工是复杂曲面加工的一种广泛应用的技术，也是目前复杂曲面加工的主要方法，包括机床数控技术、数控自动编程技术。机床数控系统是硬件也是控制机床运动的执行单元，；而数控编程则是软件，负责产生加工用的零件程序。二者相互作用，构成自动化的加工手段。 数控编程解决了数控加工中程序的编制问题，目前复杂曲面的加工主要包括：曲面造型、数控编程、数控机床加工等。同时在复杂曲面造型方面、数控编程方面、机床数控技术方面、综合效益方面还存在诸多问题，我们的目的是通过对这些问题的研究来完善高效加工技术的理论体系，提高复杂曲面加工水平。 复杂曲面高效加工的技术方法 2.1复杂曲面加工方法分析 从两个方面分析复杂曲面的加工方法：一是在造型方面，复杂曲面造型可以从数学的角度和加工的可行性上进行综合考虑，可以有效地避免复杂曲面加工中重迭现象的产生，增强企业的市场竞争力，实现更大的经济效益。二是在数控程序设计方面，复杂曲面的数控程序设计技术正飞速发展，要对基于特征的刀具轨迹生成方法进行研究，并且重视发展高速加工的数控程序设计技术，尤其是对NURBS加工的使用和有效的NURBS刀具轨迹的研究。 2.2复杂曲面加工设备技术
基于UG的叶片加工 由于叶片型面是由复杂的三维自由曲面组成，几何精度要求较高、技术难度大，传统的加工方法无法满足叶片的精度要求。本文旨在应用U G对叶片进行实体建模，得到一个理想的三维叶片实体，再根据加工叶片的材料特点，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、走刀路径和进退刀方式。将U G强大的功能应用于叶片的五轴铣削加工，较好地解决了叶片批量生产中的质量和效率问题，能够取得良好的经济效益。 一、UG软件介绍 在当前流行的CAD/CAM软件中，UG为用户提供了一个较完善的企业级C A D/ C A E/C A M/P D M集成系统。在U G中，先进的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在一起，而这一结合被实践证明是强有力的。 1.UG的CAD功能 UG Hybrid Modeler复合建模模块无缝地集成了基于约束的特征建模和传统的几何建模(实体、曲面和线框)到单一的建模环境内，在设计过程中提供更多的灵活性，用户可以选择最自然地支持设计意图的方法。 2.UG的CAM功能 U G C A M提供了一整套从钻孔、线切割到5轴铣削的单一加工解决方案。在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理，都可以与主模型设计相联接，始终保持最高的生产效率。 二、五轴加工介绍 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，
这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械以及高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。现在大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子以及大型柴油机曲轴等加工的惟一手段。 五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。五轴机床的种类分为：摇篮式、立式、卧式、N C工作台+N C分度头、N C工作台+90°B轴、N C工作台+45°B轴、N C工作台+A轴°以及二轴NC主轴等。 三、叶片结构分析 从叶片的结构( 如图1 所示) 来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，就对零件本身的精度和质量提出了很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能，还可能影响整机性能。叶片的材料要求有很高的质量-强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂，对数控加工提出了很高的要求。在实际加工中，多采用如图2所示的加工流程。 图1 叶片结构
Mastercam曲面加工策略及应用经验分享 By ssg 模具数控加工刀具的选择和铣削曲面时要留意的问题 1. 刀具的选择 数控机床在加工模具时所采用的刀具多数与通用刀具相同。经常也使用机夹不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。由于模具中有许多是由曲面构成的型腔，所以经常需要采用球头刀以及环形刀（即立铣刀刀尖呈圆弧倒角状）。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 2．铣削曲面时应注意的问题 (1) 粗铣粗铣时应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，这种粗铣效率高。粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田。台阶的高度视粗铣精度而定。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 (2) 半精铣半精铣的目的是铣掉“梯田”的台阶，使被加工表面更接近于理论曲面，采用球头铣刀一般为精加工工序留出0.5㎜左右的加工余量。半精加工的行距和步距可比精加工大。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
(3) 精加工最终加工出理论曲面。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对于开敞性比较好的零件而言，行切的折返点应选在曲表的外面，即在编程时，应把曲面向外延伸一些。对开敞性不好的零件表面，由于折返时，切削速度的变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕。所以在加工和编程时，一是要在折返时降低进给速度，二是在编程时，被加工曲面折返点应稍离开阻挡面。对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接，而不致产生很大的刀痕。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 (4) 球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，球刀刀尖切出的表面质量比较差，所以应适当地提高主轴转速，另外还应避免用刀尖切削。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 (5) 避免垂直下刀。平底圆柱铣刀有两种，一种是端面有顶尖孔，其端刃不过中心。另一种是端面无顶尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有顶尖孔的端铣刀绝对不能像钻头似的向下垂直进刀，除非预先钻有工艺孔。否则会把铣刀顶断。如果用无顶尖孔的端刀时可以垂直向下进刀，但由于刀刃角度太小，轴向力很大，所以也应尽量避免。最好的办法是向斜下方进刀，进到一定深度后再用侧刃横向切削。在铣削凹槽面时，可以预钻出工艺孔以便下刀。用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀要好，但也因轴向力过大、影响切削效果的缘故，最好不使用这种下刀方式。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 (6) 铣削曲面零件中，如果发现零件材料热处理不好、有裂纹、组织不均匀等现象时，应及时停止加工，以免浪费工时。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 (7) 在铣削模具型腔比较复杂的曲面时，一般需要较长的周期，因此，在每次开机铣削前应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免在中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 (8) 在模具型腔铣削时，应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量。对于铣削比较困难的部位，如果加工表面粗糙度较差，应适当多留些修锉余量；而对于平面、直角沟槽等容易加工的部位，应尽量降低加工表面粗糙度值，减少修锉工作量，避免因大面积修锉而影响型腔曲面的精度。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 Mastercam的编程路径 第一,Mastercam9.1的二维铣削加工方式有四种:外型铣削、挖槽、钻孔、面铣等(见图1)。Contour:二维外型铣削。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 Drill:钻孔。 Pocket:二维挖槽。 Face:铣面。 这四个命令都不太复杂,但是在实际加工中却很管用。只需要把各个命令的参数选项的意思弄清楚就很容易编写出合理的程序。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 第二,Mastercam9.1的三维铣削,加工方式分为粗加工和精加工。粗加工中共有八个刀具路径(见图2)。精加工共有十个刀具路径(见图3)。在粗加工刀路和精加工刀路中,有五个刀路是一样的名称,Parallel、Radial、Project、Flowline、Contour,但是在编程的路径并不是一样,这是很多初学者很容易混淆的地方。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 Parallel(平行铣削):主要是对斜率比较小的平面进行加工,一般45度平行铣削加工出来的效果最佳。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 Radial(径向铣削):这个刀具的路径通过制定的原点成360度辐射状生成刀具路径,这个路径最适合加工球面或类球面。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 Project(投影加工):将已经生成的2D刀具路径投影到曲面上。Flowline(流线加工):对于一
各种加工方法的加工精度 一：车削 车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。 车削加工精度一般为IT8—IT7，表面粗糙度为6.3—1.6μm。精车时，可达 IT6—IT5，粗糙度可达0.4—0.1μm。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。 二：铣削 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在切离工件的一般时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。 顺铣 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。
逆铣 可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。 铣削的加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为6.3—1.6μm。 普通铣削一般只能加工平面，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件，具有特别重要的意义。 三：刨削刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动。因此，刨削速度不可能太高，生产率较低。 刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为Ra6.3—1.6μm，精刨平面度可达0.02/1000，表面粗糙度为0.8—0.4μm。 四：磨削 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，其主运动是砂轮的旋转。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。
SurfMill曲面精加工 SurfMill中的曲面精加工有以下几种：平行截线、等高外线、径向放射、曲面流线、环绕等距、角度分区。 1. 平行截线 平行截线加工在曲面精加工中使用最为广泛，适用于陡峭面不太多的情况。 加工模式 ●所有面：加工所有选择的面，如图1-1所示。 图1-1 ●只加工平坦面：斜度大于指定值的曲面将被过滤，如图1-2所示。 图1-2 ●双向混合加工：该模式能均化路径的空间间距，从而弱化由于路径空间间距 变化太大而造成的加工残留余量不均现象，如图1-3所示。
图1-3 2.等高外形 等高外形主要用于曲面较为复杂、侧壁陡峭的情况。该加工方法常和平行截线加工中的只加工平坦面配合使用。等高外形加工过程中高度保持不变，不会出现扎刀现象，而且可以大大提高机床稳定性，提高工件加工质量。 加工模式 ●所有面：加工所有选择的面，如图2-1所示。 图2-1 ●只加工陡峭面：斜度小于指定值的曲面将被过滤，如图2-2所示。
图2-2 3. 径向放射 径向放射加工适用于俯视图类似于圆形、圆环状模型的加工，路径呈扇形分布，如图3-1所示。 图3-1 4.曲面流线 曲面流线加工适用于曲面数量较少、曲面相对较为简单的场合。加工过程中刀具沿着曲面的流线运动，运动较为平稳，路径间距疏密适度，加工的零件表面质量较高。当曲面较小、较多时，不适合用曲面流线加工。因为此时各面可能分别加工，路径走向较乱。但如果曲面边界依次连接组成，也可以使用曲面流线加工。如图4-1所示：
图4-1 5.环绕等距 环绕等距加工方式可以生成环绕状的刀具路径。 加工模式：分为所有面、只加工平坦面和只加工陡峭面。 等距方式 a.沿外轮廓等距： 图5-1 b.沿所有边界等距：
轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺简述 摘要：介绍了汽轮机等截面直叶片、自由成型叶片、有成型规律叶片汽道加工的毛坯制造、型面加工工艺过程，并介绍了五联动加工中心的基本特点，简单说明了汽轮机叶片几种特种加工方法的基本原理。 关键字：汽轮机动叶片毛坯制造加工工艺特种加工 一：汽轮机简介 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机是一种高温高压高速旋转的机械，尤其对于发电用汽轮机来说，又是大功率输出地原动力机械，所以设计要求汽轮机具有高效率，高安全可靠性，而且可调性要好。 目前我国发电用汽轮机以300～600MW居多，体积庞大，结构精细复杂。由于多级轴流式汽轮机绝热焓降大，能够充分利用蒸汽的热能，因此绝大多数为发电用汽轮机均为多级轴流式汽轮机。 汽轮机本体主要由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。因此汽轮机的制造工艺主要为上述部件的制造工艺。汽轮机制造工艺的特点为：属单件生产，生产期长，材料品种多，材料性能要求高，零件种类多，加工精度高，设备要求高，操作技能要
求高，机械加工工种齐全，设计冷热工艺且面广，检测手段齐备要求高，计量设备、测量工具齐全而且要求高采用专门工装多。 二：轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺 1：叶片的结构 静叶片一般由工作部分和安装部分组成 动叶片一般由叶根、叶型部分和叶顶三部分组成 2：叶片的工作条件及材料选择 叶片的工作条件复杂，除因高速旋转和气流作用而承受较高的静应力和动应力外，还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区、和湿蒸汽区段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用。因此叶片的材料要满足以下要求： 良好的常温和高温机械性能、良好的抗蚀性、良好的减震性、和一定的耐磨性良好的冷热加工性能。 叶片的常用材料有： （1）：铬不锈钢 1Cr13和2Cr13属于马氏体耐热钢，它们除了在室温和工作温度下具有足够的强度外，还具有高的耐蚀性和减振性，是世界上使用最广泛的汽轮机材料。 （2）：强化型铬不锈钢弥补了1Cr13型铬不锈钢热强性较低的缺点，在其中加入钼、钨、钒、铌、硼等。 （3）：低合金珠光体耐热钢用于制造工作温度在450℃以下中压汽轮机各级动叶片和静叶片。 （4）：铝合金和钛合金其密度小、耐蚀性高，用于制造大功率汽轮
第５期（总第１７４期） ２０１２年１０月机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５ Ｏｃｔ． 文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１９５－０ ２涡轮增压器叶片加工方法的比较 张占贵 （太原安吉尔机械工业有限公司，山西 太原 ０３００２４ ）摘要：通过对两种涡轮增压器叶片加工方法的比较，确定了线切割加工叶片的新方法，并取得了满意的生产效果。 关键词：涡轮增压器叶片；榫齿；线切割加工 中图分类号：ＴＧ４８∶ＴＫ４７４．７＋ １ 文献标识码：Ｂ 收稿日期：２０１２－０７－１６；修回日期：２０１２－０７－２ ３作者简介：张占贵（１９７６－） ，男，山西应县人，助理工程师，本科。１ 概述 叶片是涡轮增压器涡轮驱动组件中极为重要的零件，发动机工作时高速旋转产生的离心力和高温工作条件使涡轮叶片承受较大的拉应力和热应力，因此，涡轮增压器叶片须具有足够的屈服强度、抗拉强度以及高的抗高温蠕变、高温氧化及燃气腐蚀性能。 叶片主要由叶身和榫头两个部分组成。叶身具有复杂的空间形状，由许多不同截面的型面组成。各截面间扭成一定的角度，最后形成扭转的叶身。榫头通过榫齿使叶片安全可靠、准确合理地固定在涡轮盘上，以保证涡轮驱动组件的正常工作。榫齿形状有Ｔ形、圆柱形、叉形、枞树形等。 叶片的加工难度很大。其一是材质为耐热合金钢， 强度、硬度、韧性都很高，对加工刀具要求很高，生产效率低；其二是叶身形状复杂，为变扭截面，一般机械加工难以胜任； 其三是精度要求高，特别是榫齿，采用成形铣削加工达不到要求的精度，目前广泛采用蠕动进给磨削加工。 太原安吉尔机械工业有限公司使用美标牌号 ７１３ＬＣ、７１３Ｃ、７１３等低碳镍基合金， 采用无余量真空精铸成形涡轮叶片毛坯，叶身型面不需要进行机械加工，主要加工枞树形榫齿部分。由于榫齿的尺寸精度及形位公差要求很高，其材料又是难切削的耐热合金，加工榫齿时的定位基准只能用叶片曲线型面，而加工榫头其他部位时又是以榫齿 作为定位基准的， 依据工艺的特殊性，必须有一系列的工艺保证措施，故需要有专用的叶片机械加工生产线。２ 传统加工方法 传统加工方法是蠕动进给磨削加工，此方法又称 强力成形磨削加工，此工艺采用大切削深度、缓进给速 度，一个工作循环即可磨削成形。它的优点是：①生产效率高，不仅比普通磨削高，而且胜过了铣削；②简化了加工工艺，不受工件表面状况的影响，因此可直接由精铸毛坯磨削成形；③改善工件表面质量，表面粗糙度可达Ｒａ０．８μｍ～Ｒａ０．４μｍ；④可加工难以切削的高强度合金。 ２．１ 加工设备 主要加工设备为缓进成形强力磨床（含两套滚轮 支架及砂轮反靠装置），配套加工设备为光学曲线磨 床、平面磨床等。 该缓进成形强力磨床，系统刚性好，精度高，操作方便，加工效率高。机床上配有高压冲洗和冷却系统，以保证磨削过程中工件、砂轮的冷却，且冷却液通过过滤系统充分过滤之后，可重新输送到冷却和冲洗喷嘴循环使用。２．２ 工装 工装包括磨榫齿大夹具、磨榫齿小夹具、磨榫齿端（底）面夹具、磨榫齿侧面夹具、磨榫凸缘夹具、榫齿标准检具等。２．３ 加工工艺 磨削加工时，以叶身型面为定位基准，叶片在专用夹具上安装、定位并夹紧之后直接在蠕动磨床上磨削成形。 为了验证缓进磨用砂轮几何尺寸的正确性及加工 工艺参数的可行性， 先试加工样件。样件加工后用光学投影仪检测榫齿型面几何尺寸，用荧光渗透法检测磨削表层状况，在确定合格后方可批量加工。２．４ 砂轮
关于复杂曲面加工方法的研究 摘要随着社会的快速发展，数控自动化机械已逐渐成为社会工业发展的需要，数控编程作为数控加工的关键技术之一，其编制效率、加工零件的时间、加工零件的精度在很大程度上决定了其适应度。 关键词数控；编程；效率；精度 1 手工编程与自动编程的介绍 手工编程是指编制零件加工程序的各个步骤，即从零件图样分析及工艺处理、数值计算、编写程序单直至程序检验，均由人工完成，故称为“手工程序编制”。其优点是方便快捷，并且可以省略很多走空刀的地方，可以最大地优化加工路径。其缺点是无法编制复杂工件比如非常规曲面的程序，同时手工编程对编程人员有较高的要求，又要水平高，又要细心。 自动编程是使用计算机进行数控机床程序编制工作，即由计算机自动进行数值计算编制零件加工程序单。在这里程序编制工作的大部分或全部由计算机来完成。其优点是由软件生成，可信度高，数据准确，可以加工用软件模拟出来的任意可加工曲面。其缺点是前期准备时间长，需要用软件建立模型，再设置刀具和毛坯等等，不适于简单工件的加工。程序冗长，一个复杂曲面的加工程序可能达到几十兆大小，需要在线加工，机床内存无法大量存储这么大的程序。加工路径不灵活，可能會有很多空运行的路径。 2 手工编程中宏程序和自动编程的特点 从编程手段上来说，用户宏程序算是比较高级的手工编程，但仍属手工编程，其次，从实现方法上来说，宏程序是通过变量来实现用直线对一些不规则线条的拟合。 宏程序编程之前要经过仔细的加工工艺分析，根据不同的零件和生产要求进行计算，然后据此编制加工程序，并且前提要求操作员比较熟悉宏程序的编程。宏程序天生就短小精悍，只要合理适当地应用宏程序，一个常规零件的加工程序不会超过60行，换算成字节，至多会有2KB，而常规的机床存储空间大体都在128～256KB之间，一个机床里一般可以存储上百个宏程序。宏程序结合了机床功能和数控指令系统的特点，编程人员根据零件的几何信息建立相应的数学模型，采用模块化的程序设计思想进行编程，除了便于调用外，还使编程人员从烦琐的、大量的重复性工作中解脱出来。 为了对复杂的加工运动进行描述，宏程序必然会最大限度地使用数控系统内部的各种指令代码，例如直线插补G01指令、圆弧（螺旋）插补G02/G03指令等，因此机床在执行宏程序时，数控系统的计算机可以直接进行插补运算，运算速度极快，伺服电动机响应快，机床反应迅速，加工效率极高。
武汉职业技术学院 《数控技术》专业 课业工作小结 学习领域：综合数控加工及工艺应用 学习情境：零件的多面综合数控加工 课业名称： 《单叶片曲面零件的综合 数控加工工艺设计及实践》 班级： 设计者： 合作者： 训练时间： 指导教师： 年月日目录
工作任务书 一、明确课业工作的任务…………………………………………...... 1．任务书………………………………………………….…...... 2．产品加工工艺性分析……………………………………..… 二、课业工作的规划……………………………………………............ 1．工作任务的分配……………………………………………. 2．工作计划表………………………………………………..... 3．工艺规程草案………………………………….…................ 三、课业工作的内容…………………………………………….......... 1．刀路规划与设计……………………………………………. 2．工艺规程修订方案………………………………………… 3．程序编制与管理……………………………………………. 4．仿真加工验证……………………………………………..... 四、课业工作总结……………………………………………............. 1．疑惑与感悟…………………………………………............ 2．工作结果及其评价…………………………………………
工 作 任 务 书 专业： 班级： 学号： 姓名： . 同组者： 一、工作主题：《单叶片曲面零件的综合数控加工工艺设计与实践》 二、主要内容： 1、 解读产品数学模型图，了解其结构特征，分析加工工艺性，签订合同。 2、 分配设计任务，制定各自的工作计划，确立方案，编制工艺规程文件。 3、 利用CAM 软件进行刀路规划、构建刀路边界，选用合适的刀具、工艺参数、设计加工刀路； 按加工面和加工顺序自动生成加工程序并进行程序优化，实施程序文档的管理；使用数控加工仿真软件进行数控加工仿真、验证加工工艺和程序。 4、 整理技术资料，编写工作小结。 5、 展示自己的工作成果。 三、考核及评分标准： 1、 加工面数学模型数据的整理占10％ 2、 加工工艺与刀路设计占40％ 3、 仿真或切削加工占20％ 4、 工作小结及成果展示占 30% 四、任务期限： 20 年 月 日 至 20 年 月 日。 指导教师： 教研室主任： 年 月 日