数控技术毕业论文
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前言
由于各种机械的用途和性能不同，其零件的材料、结构和技术要求也各不相同。所以，各种零件的加工工艺是不同的，即使是同类型的零件，由于生产条件和批量大小的不同，其工艺也不同，因此，必须制定合理的工艺规程。在数控加工中，加工工艺路线表示刀具刀位点相对于工件运动的轨迹，也称进给路线。它不仅包括加工内容也反映加工顺序，是编程工作的主要依据。
摘要
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控技术专业学生必不可少的。
本次毕业设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。
关键词： 数控技术 加工工艺 编程
NC and NC machine tool technology in today's machine manufacturing industry in an important position and great benefits that its national infrastructure in the industrial modernization of the strategic role and has become a traditional machinery manufacturing industries to transform and enhance automation, flexible, Integrated production and an important means of signs. NC technology and the widespread application of NC machine tools, machinery manufacturing to the industrial structure, product variety and quality and production methods brought about a revolutionary change. NC machine tool processing workshop is the most important modern equipment. It is the development of information technology (1 T) and manufacturing technology (MT) with the result of the development. Modern CAD / CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are built on the technology in the NC. NC master modern technology of modern machinery and electronic knowledge is essential to professional students.
The design of the content on the characteristics of the NC, processing and analysis of the general steps NC programming. And, through a detailed example of the NC on the process of analysis.
Key words: NC programming technology processing technology
1毛坯的选择
一、轴类零件的毛坯和材料
(一)轴类零件的毛坯
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。
(二)轴类零件的材料
轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
2零件图工艺分析
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。对于数控车削加工应考虑以下几方面：
1．构成零件轮廓的几何条件
在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意：
（1） 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；
（2） 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；
（3） 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。
（4） 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。
2．尺寸精度要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。
在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。
3．形状和位置精度的要求
零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。
4．表面粗糙度要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。
5．材料与热处理要求
零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。
2．1零件加工工艺分析
1加工工艺路线的确定原则
加工工艺路线合理与否，关系到零件的加工质量
与生产效率。在确定加工工艺路线时，应综合考虑在保
证加工精度的前提下，应最大限度地缩短加工工艺路
线。所以数控加工工艺路线应遵循以下原则:
(1)保证产品质量，应将保证零件的加工精度和表
面粗糙度要求放在首位。
(2)提高劳动生产率和降低生产成本。在保证零件
加工质量的前提下，应力求加工路线最短，并尽量减少
空行程时间，提高加工效率。
(3)在满足零件加工质量、生产效率等条件下，尽
量简化数学处理的数值计算工作量，以简化编程工作。
此外，确定加工工艺路线中，还要综合考虑零件的形状
与刚度、加工余量、机床与刀具的刚度等，确定一次进
给还是多次进给，以及设计刀具的切人点与切出点、切
入方向与切出方向。在铣削加工中，是采用顺铣还是逆
铣等。
2加工工艺的选择要点
在数控加工编程中，应强化工艺规程，选择合理的
加工路线，优化程序编制。在制定加工工艺路线中应关
注以下事项:
(1)在确定加工路线时，为缩短行程，应考虑尽量
缩短刀具的空行程。通常通过合理选择起刀点，合理安
排回空路线都能使空行程缩短，提高生产效率。
(2)在安排加工工艺路线时，同时也要兼顾工序集
中的原则。零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀
具完成较多的加工表面，以减少换刀次数，简化加工
路线，缩短辅助时间。有条件者可采用复合刀具，当一
把刀具完成加工的所有部位后，尽可能为下道工序作
些预加工，如使用小钻头预钻定位孔或划位置痕.或
者进行粗加工，然后再换刀进行精加工。
(3)要选择工件在加工后变形小的加工路线。如
对于横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分数
次走刀至最终尺寸或应用对称去除余量法安排加工
由于各种机械的用途和性能不同，其零件的材料、结构和技术要求也各不相同。所以，各种零件的加工工艺是不同的，即使是同类型的零件，由于生产条件和批量大小的不同，其工艺也不同，因此，必须制定合理的工艺规程。在数控加工中，加工工艺路线表示刀具刀位点相对于工件运动的轨迹，也称进给路线。它不仅包括加工内容也反映加工顺序，是编程工作的主要依据。
摘要
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控技术专业学生必不可少的。
本次毕业设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。
关键词： 数控技术 加工工艺 编程
NC and NC machine tool technology in today's machine manufacturing industry in an important position and great benefits that its national infrastructure in the industrial modernization of the strategic role and has become a traditional machinery manufacturing industries to transform and enhance automation, flexible, Integrated production and an important means of signs. NC technology and the widespread application of NC machine tools, machinery manufacturing to the industrial structure, product variety and quality and production methods brought about a revolutionary change. NC machine tool processing workshop is the most important modern equipment. It is the development of information technology (1 T) and manufacturing technology (MT) with the result of the development. Modern CAD / CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are built on the technology in the NC. NC master modern technology of modern machinery and electronic knowledge is essential to professional students.
The design of the content on the characteristics of the NC, processing and analysis of the general steps NC programming. And, through a detailed example of the NC on the process of analysis.
Key words: NC programming technology processing technology
1毛坯的选择
一、轴类零件的毛坯和材料
(一)轴类零件的毛坯
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。
(二)轴类零件的材料
轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
2零件图工艺分析
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。对于数控车削加工应考虑以下几方面：
1．构成零件轮廓的几何条件
在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意：
（1） 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；
（2） 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；
（3） 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。
（4） 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。
2．尺寸精度要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。
在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。
3．形状和位置精度的要求
零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。
4．表面粗糙度要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。
5．材料与热处理要求
零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。
2．1零件加工工艺分析
1加工工艺路线的确定原则
加工工艺路线合理与否，关系到零件的加工质量
与生产效率。在确定加工工艺路线时，应综合考虑在保
证加工精度的前提下，应最大限度地缩短加工工艺路
线。所以数控加工工艺路线应遵循以下原则:
(1)保证产品质量，应将保证零件的加工精度和表
面粗糙度要求放在首位。
(2)提高劳动生产率和降低生产成本。在保证零件
加工质量的前提下，应力求加工路线最短，并尽量减少
空行程时间，提高加工效率。
(3)在满足零件加工质量、生产效率等条件下，尽
量简化数学处理的数值计算工作量，以简化编程工作。
此外，确定加工工艺路线中，还要综合考虑零件的形状
与刚度、加工余量、机床与刀具的刚度等，确定一次进
给还是多次进给，以及设计刀具的切人点与切出点、切
入方向与切出方向。在铣削加工中，是采用顺铣还是逆
铣等。
2加工工艺的选择要点
在数控加工编程中，应强化工艺规程，选择合理的
加工路线，优化程序编制。在制定加工工艺路线中应关
注以下事项:
(1)在确定加工路线时，为缩短行程，应考虑尽量
缩短刀具的空行程。通常通过合理选择起刀点，合理安
排回空路线都能使空行程缩短，提高生产效率。
(2)在安排加工工艺路线时，同时也要兼顾工序集
中的原则。零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀
具完成较多的加工表面，以减少换刀次数，简化加工
路线，缩短辅助时间。有条件者可采用复合刀具，当一
把刀具完成加工的所有部位后，尽可能为下道工序作
些预加工，如使用小钻头预钻定位孔或划位置痕.或
者进行粗加工，然后再换刀进行精加工。
(3)要选择工件在加工后变形小的加工路线。如
对于横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分数
次走刀至最终尺寸或应用对称去除余量法安排加工
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数控专业的毕业论文
叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 针对大型混流式叶片各曲面的特点，进行合理的刀位轨迹规划和计算，是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的，因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量 组成，刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制，于是我们可 根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴 矢量。从加工效率、
表面质量和切削工 艺性能来看，选择
沿叶片造型的参数
线作为铣削加工的
方向分多次粗铣和
一次精铣，然后划
分加工区域，定义
与机床有关的参数，
根据以上所选叶片
的加工部位、装夹 图,
混流式叶片的刀轨生成
定 位 方 式 、 机 床 、 刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面
分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于 不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的 余量，精加工采用同一直径的铣刀，根据粗糙度要求给 定残余高度，根据具体情况选择切削类型、切削参数、 刀轴方向、进退刀方式等参数，生成的刀位轨迹如图, 所示。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀 的雕塑曲面零件我们还要根据情况作大量的刀位编辑， 并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和
编辑刀轨。!"#叶片五轴联动数控加工仿真
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径
与材料切除过程来检验并优化加工程序。在计算机上
仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹，辅助进行加工刀
具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查，取代试切削或
试加工过程，可大大地降低制造成本，并缩短研制周
期，避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞，保证加工
过程的安全。加工零件的"!代码在投入实际的加工之
前通常需要进行试切，水轮机叶片是非常复杂的雕塑
曲面体，开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五
轴联动数控加工的关键。在此，我们首先进电子商务资料库,8:'/.%1&'-/:8(行工艺系
统分析，明确机床!"!系统型号、机床结构形式和尺
寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维!,-软件建
立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换
成仿真软件可用的格式，然后建立刀具库，在仿真软
件中新建用户文件，设置所用!"!系统，并建立机床运
动模型，即部件树，添加各部件的几何模型，并准确
定位，最后设置机床参数。 接下来将叶片模型变换到
加工位置计算出刀具轨迹，再以此轨迹进行叶片切削
过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就
可以清楚的监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀
杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具
间的干涉碰撞，从而保证了数控编程的质量，减少了
试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，
缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率。如
在数控加工行业进行推广，可产生巨大的经济和社会
效益。叶片的切削仿真如图.所示，叶片的机床加工仿
真如图/所示。
图. 混流式叶片的切削仿真图/
混流式叶片的机床加工仿真
!"$叶片刀位轨迹的后置处理
后置处理是数控编程的一个重要内容，它将我们前
面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理
最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首
先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床
配备的数控系统，熟悉该系统的"!编程包括功能代码
的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板，根
据以上掌握的知识，开发定制专用后置处理器。然后将
我们已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的
"!代码。
% 结束语
复杂曲面的多轴联动数控编程是一涉及到众多领域
知识的复杂流程，是数字化仿真及优化的过程。本文介
绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术，已用于工程
实际大型叶片的数控编程中，实现了大型转轮叶片的五
轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真，保证了后
续数控加工的质量和效率，已作为大型水轮机叶片五轴
联动数控加工的编程工具用于实际生产中。
雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术摘要：转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。
关键词：数控编程
引言
水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的制造，转轮的优劣，对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造—— —砂轮铲磨——立体样板检测 —的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其 关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五 轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴 控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。 大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体 转轮叶片的多轴数控加工成为可能，这将大大推动我
国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业 向着先进制造技术发展奠定基础。
" 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多，针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点，通过分析加工要求进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹，然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真，反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案，直到仿真结果确无干涉碰撞电子商务资料库:7-1%"(63;63&;-发生，则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理，生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。
图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模 混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面、
大 ， 可 编 写 一 个.*/0程序读入这些三维坐标点，然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型，如图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理，或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型，并缝合成实体。
!"# 叶片加工工艺规划
加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线 走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各
处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直 径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣， 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工，出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑，以寻求合理的加工方案。在满足加工
要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能
叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 针对大型混流式叶片各曲面的特点，进行合理的刀位轨迹规划和计算，是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的，因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量 组成，刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制，于是我们可 根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴 矢量。从加工效率、
表面质量和切削工 艺性能来看，选择
沿叶片造型的参数
线作为铣削加工的
方向分多次粗铣和
一次精铣，然后划
分加工区域，定义
与机床有关的参数，
根据以上所选叶片
的加工部位、装夹 图,
混流式叶片的刀轨生成
定 位 方 式 、 机 床 、 刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面
分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于 不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的 余量，精加工采用同一直径的铣刀，根据粗糙度要求给 定残余高度，根据具体情况选择切削类型、切削参数、 刀轴方向、进退刀方式等参数，生成的刀位轨迹如图, 所示。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀 的雕塑曲面零件我们还要根据情况作大量的刀位编辑， 并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和
编辑刀轨。!"#叶片五轴联动数控加工仿真
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径
与材料切除过程来检验并优化加工程序。在计算机上
仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹，辅助进行加工刀
具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查，取代试切削或
试加工过程，可大大地降低制造成本，并缩短研制周
期，避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞，保证加工
过程的安全。加工零件的"!代码在投入实际的加工之
前通常需要进行试切，水轮机叶片是非常复杂的雕塑
曲面体，开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五
轴联动数控加工的关键。在此，我们首先进电子商务资料库,8:'/.%1&'-/:8(行工艺系
统分析，明确机床!"!系统型号、机床结构形式和尺
寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维!,-软件建
立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换
成仿真软件可用的格式，然后建立刀具库，在仿真软
件中新建用户文件，设置所用!"!系统，并建立机床运
动模型，即部件树，添加各部件的几何模型，并准确
定位，最后设置机床参数。 接下来将叶片模型变换到
加工位置计算出刀具轨迹，再以此轨迹进行叶片切削
过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就
可以清楚的监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀
杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具
间的干涉碰撞，从而保证了数控编程的质量，减少了
试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，
缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率。如
在数控加工行业进行推广，可产生巨大的经济和社会
效益。叶片的切削仿真如图.所示，叶片的机床加工仿
真如图/所示。
图. 混流式叶片的切削仿真图/
混流式叶片的机床加工仿真
!"$叶片刀位轨迹的后置处理
后置处理是数控编程的一个重要内容，它将我们前
面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理
最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首
先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床
配备的数控系统，熟悉该系统的"!编程包括功能代码
的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板，根
据以上掌握的知识，开发定制专用后置处理器。然后将
我们已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的
"!代码。
% 结束语
复杂曲面的多轴联动数控编程是一涉及到众多领域
知识的复杂流程，是数字化仿真及优化的过程。本文介
绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术，已用于工程
实际大型叶片的数控编程中，实现了大型转轮叶片的五
轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真，保证了后
续数控加工的质量和效率，已作为大型水轮机叶片五轴
联动数控加工的编程工具用于实际生产中。
雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术摘要：转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。
关键词：数控编程
引言
水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的制造，转轮的优劣，对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造—— —砂轮铲磨——立体样板检测 —的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其 关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五 轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴 控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。 大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体 转轮叶片的多轴数控加工成为可能，这将大大推动我
国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业 向着先进制造技术发展奠定基础。
" 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多，针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点，通过分析加工要求进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹，然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真，反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案，直到仿真结果确无干涉碰撞电子商务资料库:7-1%"(63;63&;-发生，则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理，生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。
图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模 混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面、
大 ， 可 编 写 一 个.*/0程序读入这些三维坐标点，然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型，如图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理，或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型，并缝合成实体。
!"# 叶片加工工艺规划
加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线 走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各
处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直 径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣， 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工，出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑，以寻求合理的加工方案。在满足加工
要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能
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