学生姓名：刘金东

班  级：机械2019-03班

指导教师：马术文

毕设题目：涡轮叶片五轴加工工艺设计及仿真 

    

 

一、概况

1.选题意义

涡轮叶片是一种特殊的零件,它的数量多,形状复杂,要求高,加工难度大,而且是故障多发的零件,是增压器中非常重要的核心部件，一直以来各发动机厂的生产的关键。

涡轮叶片的精度将直接影响增压器的压比和效率，叶片传统加工方式一般是将叶片铸造成型后打磨抛光，这种方法加工的叶片精度较低，模具复杂，加工成本也偏高，叶片组装后动平衡差，并且生产周期比较长，在新产品研发过程中无法及时调整叶片的叶形等问题，而且新型增压器的压比、效率、转速都有了更高的要求，传统的加工方法已经无法满足新型增压器的技术要求。

国际上新型增压器都采用了五轴加工中心铣削加工的涡轮叶片。这种方法可以有效解决以上问题。

而五轴加工最重要最核心的工艺就是加工程序的编制，数控程序的编制，直接影响到被加工产品的精度、效率，其中包含程序切削方式、刀具轨迹的选择，

对产品批量生产的稳定和可靠，具有非常重要的影响。

同时选择零件各表面的加工方法，不但影响零件的加工质量，而且对零件制造的生产率和经济性有很大的影响。在设计工艺路线时，各表面由于精度和表面质量的要求，一般不可能只用一种方法一次加工就能达到要求。

故我将对涡轮叶片五轴加工的工艺进行设计，进行复杂曲面零件五轴数控程序设计，并利用数控加工仿真软件以及VERICUT几何仿真软件，进行五轴数控加工的几何仿真等工作，以完成涡轮叶片的五轴加工工艺设计及仿真任务。

2.任务分解

总体目标：完成涡轮叶片的五轴机床加工工艺规程设计并运用VERICUT仿真软件对其进行几何仿真。

任务细分：

一、阅读相关文献并完成外文文献翻译

通过搜索相关文献了解涡轮叶片的结构特点、工业加工过程及其五轴机床加工工艺，确保五轴数控加工涡轮叶片的工艺流程正确，并参考外文文献，了解国外涡轮叶片数控加工的发展及使用。

二、进行涡轮叶片加工的工艺分析

通过查阅文献所获得的相关知识，分析涡轮叶片的加工工艺流程，并对涡轮

叶片的加工工序进行分析。

三、确定涡轮叶片的尺寸并完成其三维建模

对查阅到的涡轮叶片进行尺寸分析，并确定加工的涡轮叶片尺寸，并按照确

定的尺寸通过Solidworks软件进行三维建模。

  四、利用UG软件进行五轴机床数控程序编制

针对对五轴数控铣削加工的某两个工序用UG软件进行数控程序编制，确定加工刀具尺寸，导入涡轮叶片模型与五轴数控加工机床模型，并设计加工的刀具路线，最终导出数控程序。

五、对加工过程进行几何仿真

学习并使用VERICUT仿真软件进行几何仿真。在运用VERICUT仿真软件时导入五轴数控机床刀具模型与涡轮叶片模型以更准确的进行几何仿真。

  六、毕业论文的撰写

二、已完成工作

本文已完成情况如下：

1.通过搜索相关文献了解涡轮叶片的结构特点、工业加工过程及其五轴机床加工工艺，确保五轴数控加工涡轮叶片的工艺流程正确，并参考外文文献，了解国外涡轮叶片数控加工的发展及使用，并完成外文论文的翻译工作。

2.确定了涡轮叶片的结构尺寸，并利用Solidworks软件进行了三维模型的建立，并对结构进行了优化，涡轮叶片的叶身部分更具有连贯性。

3.选定五轴数控加工机床，并利用Solidworks软件建立其三维模型。

选定的数控机床为五轴立式加工中心 GREE-VMC31-5，其可完成铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多种工序的加工。并建立其三维模型如下图所示。

内部结构

 

4. 确定涡轮叶片五轴加工的工艺流程：叶片叶身型面通过精密锻造成型，但在叶片的进出气边位置会留有锻造飞边，需要去除。叶片主要加工工序是先铣削加工叶片进出气边的锻造飞边，然后用加工后的叶片片身曲面定位夹持，通过缓进磨床工序完成叶片根部榫齿加工，再以榫齿定位夹持，夹紧齿块夹紧叶根端的榫齿，叶根端面贴紧夹具定位面，钻叶顶端的中心孔，支撑叶顶中心孔,采用高速铣削方式铣出叶身曲面。

5. 利用UG软件确定五轴数控加工的道具参数:因叶片进出气边为圆形曲面加工，并考虑到工装干涉问题，采用8mm球头铣刀，通过刀具试加工对比，采用两支蓝帜LC630T 45A球头铣刀完成粗、精加工。

6. 到东方电气风电股份有限公司进行实地参观，近距离观察涡轮叶片的加工过程，使从文献上阅读到的知识有了更直观更深刻的认识。

 

三、下一步工作计划

结合存在问题，本文未来工作方向安排如下：

1. 利用UG软件完成五轴数控加工程序的编制  （2周）

将已建立好的五轴数控加工中心以及涡轮叶片模型导入UG软件当中，并用已经确定的道具参数，设计刀具路线，并完成一个工序的具体工艺设计，最终完成程序编制并导出数控程序。

2. 加工过程进行几何仿真  （3周）

学习并使用VERICUT仿真软件进行几何仿真。在运用VERICUT仿真软件时导

入五轴数控机床刀具模型与涡轮叶片模型以更准确的进行几何仿真。避免出现撞刀等现象的发生。

3.毕业论文的撰写  (2周)

要求：注意格式规范。

 

问题一：涡轮叶片毛胚件加工方法及其选用的依据是什么？

回答：  涡轮叶片的毛配件成型方法主要是锻造成型以及铸造成型两种。随着高温合金材料精锻技术的发展，目前叶片叶身型面已经能精密锻造成型。而铸造成型则有着工序复杂成本较高等问题，故选用精密锻造成型技术。

问题二： 后续仿真的主要内容与方向。

回答：   主要利用VERICUT仿真软件对五轴加工工艺过程中的一两个工序进行几何仿真，避免出现刀具的碰撞等物理干涉现象的发生。

在进行我的毕业设计从开始到半期答辩的这个过程中，最直观的收获是软件的使用。首先，我运用Solidworks建模软件进行三维模型的构建与数控机床的搭建，这提高了我建模软件的使用熟练度。同时，学习并使用了UG数控加工编程软件，在本科学习的过程中学到的是平面铣削加工的简单数控，但在毕业论文的编写过程中，要运用软件，进行五轴数控机床的三维数控铣削编程，这对我来说是一种挑战，同时也是一个深入学习数控编程知识的机会。后续也将会学习使用VERICUT仿真软件进行几何仿真，使我的专业软件使用能力得到完善与提高。

同时这对我的科研思维进行了培养。从一开始对涡轮叶片结构都不甚了解，到后面的查阅资料，翻阅文献，针对涡轮叶片结构尺寸进行设计与建模，再到后面结合本科所学知识，设计并完善工艺流程。这个过程让我为以后的科研学习打下了基础。

最后我对后续的工作也充满信心，相信本科所学的知识，结合软件的学习会给毕业设计提交一份满意的答卷。