[學(xué)習(xí)]高速鋼刀具使用壽命的研究

1、姓名：李鵬學(xué)號：2220150098導(dǎo)師：張旭研究所：數(shù)字化制造研究所,針對葉片類零件加工的三維軟件二次開發(fā),?數(shù)控加工技術(shù)?五軸數(shù)控機(jī)床介紹?葉片加工技術(shù)的現(xiàn)狀?葉片 CAD/CAM 系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù)發(fā)展?葉片自動造型模塊開發(fā)?葉片加工軌跡生成模塊的開發(fā)?刀位文件的后置處理?葉片虛擬數(shù)控加工,數(shù)控加工技術(shù),數(shù)控加工技術(shù)簡單的來講就是利用數(shù)字化控制系統(tǒng)在加工機(jī)床上完成整個零件加工的一種現(xiàn)代化加工手段。 數(shù)控

2、加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用有著非常鮮明的時代特點(diǎn)，那就是伴隨著我國的機(jī)械加工和制造的技術(shù)接軌世界之后，我國的數(shù)控加工技術(shù)就已經(jīng)非常廣泛的進(jìn)行推廣和使用。,數(shù)控加工技術(shù),五軸數(shù)控機(jī)床介紹,五軸機(jī)床主要要有三種類型：,雙擺頭型,雙轉(zhuǎn)臺型,擺頭轉(zhuǎn)臺型,隨著葉片零件在航空、能源等領(lǐng)域的作用越來越大，市場需求日益增加，并且葉片形狀也越來越復(fù)雜，三坐標(biāo)、四坐標(biāo)機(jī)床已經(jīng)難以加工 。五軸聯(lián)動機(jī)床加工中心的加工效率可以達(dá)到四坐標(biāo)機(jī)床的一倍以上，加工葉片零件一次下

3、來可比四軸機(jī)床少了十幾道工序，比三軸機(jī)床加工的方法的工序數(shù)更是節(jié)省了二十多道，所以五軸聯(lián)動葉片加工中心越來越受到重視。,葉片加工技術(shù)的現(xiàn)狀,在數(shù)控技術(shù)發(fā)展方面，西方發(fā)達(dá)國家一直走在前列，從上世紀(jì)八十年代起葉片加工就采用數(shù)控加工中心。下圖為法拉利五軸機(jī)床：,法拉利機(jī)床A175型五軸機(jī)床,法拉利機(jī)床A軸和C軸的旋轉(zhuǎn)方式,法拉利機(jī)床B軸的旋轉(zhuǎn)方式,葉片加工技術(shù)的現(xiàn)狀,我國五軸聯(lián)動葉片加工機(jī)床與西方發(fā)達(dá)國家相比發(fā)展較慢，而且生產(chǎn)廠家較少。

4、下圖為北京機(jī)電院機(jī)床有限公司（國內(nèi)五軸葉片聯(lián)動加工中心研發(fā)的先驅(qū)者）生產(chǎn)的XKH 400A五軸聯(lián)動葉片加工中心。,XKH 400A以加工航空發(fā)動機(jī)葉片為主要對象的五軸聯(lián)動葉片加工中心。該機(jī)床具備高精度、高效率，機(jī)床A軸采用力矩電機(jī)驅(qū)動，主軸箱根據(jù)葉片加工工藝特點(diǎn)，進(jìn)行了全新優(yōu)化設(shè)計。其尾架設(shè)計采用了新的設(shè)計理念，具備頂尖夾持及夾具夾持雙模式，使之適應(yīng)更多葉根或葉冠形式的葉片加工。,圖：XKH400A 加工中心參數(shù),葉片 CAD/CAM

5、 系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù)發(fā)展,對葉片 CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，就是以 UG、CATIA 等商業(yè)化軟件為平臺，利用軟件自身所提供的二次開發(fā)工具，開發(fā)集葉片造型設(shè)計和數(shù)控編程于一體的專用系統(tǒng)。使操作者可以依據(jù)測量或計算得到的型值點(diǎn)數(shù)據(jù)自動實現(xiàn)葉片的三維建模，然后依據(jù)所創(chuàng)建的葉片三維實體和數(shù)控加工工藝參數(shù)自動生成刀位源文件，并對其進(jìn)行后置處理轉(zhuǎn)化為 G 代碼。,葉片自動造型模塊開發(fā),傳統(tǒng)的葉片造型方法，如圖所示的某航空發(fā)動機(jī)葉片造型時，

6、利用 UG 通過從文件取點(diǎn)的方式擬合葉身型線，然后利用“通過曲線組”命令，依次通過所有的型線生成葉身。,葉片模型,采用傳統(tǒng)方法操作時，存在以下問題：（1）過程繁瑣，操作量大。（2）進(jìn)出氣邊圓弧與葉盆弧線和葉背弧線不相切。（3）對操作者的軟件繪圖水平要求較高。,葉片自動造型模塊開發(fā),一、UG 二次開發(fā)工具和交互式應(yīng)用程序界面開發(fā)UG 提供的主要二次開發(fā)工具有四種:UG/Open Menu Script、UG/Open UISt

7、yler、UG/Open API 和 UG/Open Grip。以 UG 為操作平臺，我們可以利用 UG/Open Menu Script 來制作程序界面，它可以生成用戶化的菜單，并把用戶編寫的二次開發(fā)程序嵌入到菜單實現(xiàn)用戶的特殊應(yīng)用。葉片 CAD/CAM 系統(tǒng)就是利用 UG/Open Menu Script 創(chuàng)建專門的菜單條。葉片 CAD/CAM 系統(tǒng)包括葉片造型，數(shù)控編程和后置處理三個模塊。,葉片自動造型模塊開發(fā),二、葉片自動造型

8、模塊以渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的高壓壓氣機(jī)葉片為例進(jìn)行研究，葉片由葉身，櫞板和榫頭三部分組成，把這三部分的數(shù)據(jù)分別存在不同文件中，下圖 為葉片自動造型流程示圖。葉身型面建模是重點(diǎn)，采用 Grip 語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)入，然后生成截面線和葉身型面。,自動造型流程圖,葉片模型,葉片加工軌跡生成模塊的開發(fā),葉片造型完成后，就應(yīng)對其數(shù)控編程生成葉片加工的刀位源文件，它包括刀具信息，刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)，主軸轉(zhuǎn)速以及加工輔助命令等。 UG 的 CAM 模塊提供了加

9、工曲面的方法，但是它是通用化模塊，對于葉身加工的加工工藝、可變軸曲面輪廓銑的驅(qū)動方法及刀軸控制的選擇等，現(xiàn)在主要依賴于編程人員的經(jīng)驗。葉片加工的通用參數(shù)設(shè)置，比如驅(qū)動方式設(shè)定，刀軸控制方式等鑲嵌在專用模塊中，用戶只需通過操作CAD/CAM 模塊界面，采用默認(rèn)或者修改加工參數(shù)，就可以獲取葉片加工的刀位源文件。,刀位文件的后置處理,生成了葉片加工的刀位源文件，但是機(jī)床并不識別，為了順利實現(xiàn)加工，還需要對刀位文件進(jìn)行后處理轉(zhuǎn)換成 NC 代碼

10、，是產(chǎn)品順利生產(chǎn)的重要保證，是CAD/CAM 系統(tǒng)與機(jī)床直接連接的紐帶。在后處理技術(shù)上，發(fā)展到現(xiàn)在，主要有以下兩種模式：一是利用 UG、Pro/E 等軟件的通用后置處理模塊，二是利用 VB 等計算機(jī)語言編制專用的后置處理程序。由于現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的種類較多、程序格式不統(tǒng)一，并且通用后置處理器沒有對實時進(jìn)給速度控制的算法，因此很難滿足葉片加工后處理要求。,葉片虛擬數(shù)控加工,刀位文件經(jīng)過后置處理得到的數(shù)控程序能夠被機(jī)床識別，但是數(shù)控加工應(yīng)該考

11、慮到機(jī)床的行程限制，碰撞干涉等諸多因素，因此為了確保機(jī)床安全運(yùn)行，葉片正確加工，應(yīng)該對 NC (Numerical Control） 程序進(jìn)行驗證。我們使用 VERICUT 軟件對葉片虛擬加工，如果數(shù)控程序安全正確的執(zhí)行，就可以驗證開發(fā)的葉片自動造型模塊和加工軌跡生成模塊是正確的。,葉片虛擬數(shù)控加工,在 VERICUT 中進(jìn)行葉片的虛擬加工的流程如圖所示。步驟如下：1、創(chuàng)建項目樹，確定機(jī)床組件的依附關(guān)系。2、創(chuàng)建各種加工資源。