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整体叶轮是典型的五轴加工零件，整体叶轮作为透平(Turbine)机械的关键部件应用于航空、汽车、能源等 多种领域，其结构特点是曲面复杂且相邻叶片间气流通道狭小，叶轮叶片较薄，且叶片为非可扩展扭曲直纹面， 叶片之间的表面 干涉状况明显。由于其刀轴矢量变化频繁，在试切加工中极易出现撞刀，干涉现象。因此，在实际加工前采取仿真的方法对加工程序VERICUT 是专用的数控加工仿真软件，进行检验是十分必要的。可以同时进行刀具轨迹和机床运动仿真，模拟零件装夹与加工过程中机床的真实运动情况，以避免机床部件与夹具和零件的碰撞。利用 VERICUT 软件实现整体叶轮的五轴数控加工仿真VERICUT是切削仿真及机床仿真软件, 主要用于模拟2~ 5 轴铣、钻、车等加工操作, 采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序, 是一套世界领先的NC校验软件。利用VERICUT实现整体叶轮的加工和仿真。
图1.1加工的叶轮件模型
目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件,主要有美国NREC公司的 MAX -5,MAX-AB 叶轮加工专用软件,瑞士 Starrag 数控机床所带的整体叶轮的加工模块,还有 Hypermill 等专用的叶轮加工软件.此外,一些通用的软件如:UG,CATIA,PRO/E 等也可 用于整体叶轮加工.目前,国内只有少数几家企业(如:西北工业大学等院校和航空航天系 统一些发动机专业厂,专业所)可以加工整体叶轮,而且工艺水平距国际先进水平尚有很大 差距. 总体上我国叶轮加工领域的研究与应用同发达国家相比还有很大差距, 很多企业的软, 硬件都依靠进口,自主版权的软件在生产中未见推广应用,在窄槽道,小轮毂比等高性能叶轮制造技术方面尚未过关,因此研究高性能叶轮的加工技术势在必行。
图1.2加工叶轮的侧视图
1.2 选课背景
一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%—80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，文护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。
叶轮是航天器材与电动机的核心部件，被广泛应用于机械工业等领域，其加工质量对产品的工作性能有决定性影响。由于叶轮叶片的形状是由机械中最难加工的复杂曲面构成的，因此，叶轮的加工长期以来一直是工艺人员研究的主要对象。随着CAD／CAM、仿真软件与多轴数控技术的出现和不断发展，叶轮的加工精度和效率，正逐步得到提高。而本文是采用vericut软件进行仿真。
VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统，由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行NC程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误;具有真实的三文实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能实现与UG. CATIA及MasterCAM等软件的嵌套运行。VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。此外，Vericut能够生成过程模型，是生成探头程式的理想工具。利用Vericut类比过程中留下的几何特征，来创建探头程式使得在机床上即时检测成为可能。另外，Vericut 7.0版本还可以创建HTML或PDF格式的检测文件，供机床操作工和质量控制人员使用。