【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 身葉片的形狀復(fù)雜, 從外觀上看是簡(jiǎn)單的片狀結(jié)構(gòu), 但實(shí)際上是由多向空間三維扭轉(zhuǎn)曲面組成的螺旋體。（） 繪制葉身在葉片造型的過(guò)程中，我的依據(jù)就是已知的氣動(dòng)數(shù)據(jù)，首先就是要由這些截面線型值點(diǎn)來(lái)擬合葉片的截面線，然后將各截面線在其徑向上進(jìn)行疊加形成葉片型面。對(duì)葉片的造型有以下的要求：（1） 葉片截面線是自由曲線，葉片型面是負(fù)責(zé)的三維自由曲面，幾何精度要求較高；（2） 葉片氣動(dòng)性能要求較高，對(duì)曲面光順性要求較高；（3） 葉片的氣動(dòng)點(diǎn)來(lái)自于氣動(dòng)數(shù)據(jù)，在造型過(guò)程中要盡量保證其氣動(dòng)性；由于在造型時(shí)要求的精度較高，在造型時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：（1） 葉片截面曲線造型結(jié)果不光順，傳統(tǒng)方法通過(guò)插值得到足夠多的數(shù)據(jù)帶點(diǎn)來(lái)構(gòu)成截面線，但插值方法不能完全保證緣頭區(qū)域的截面線的凹凸性不發(fā)生突變（即產(chǎn)生拐點(diǎn)），因此會(huì)導(dǎo)致葉身曲面在加工時(shí)產(chǎn)生啃切或價(jià)格不到位；（2） 葉片型面在緣頭區(qū)域發(fā)生扭曲，嚴(yán)重影響曲面質(zhì)量，由插值方法得到的截面線，在緣頭區(qū)域給出了較密的數(shù)據(jù)點(diǎn)，使得在曲線放樣的過(guò)程中，很難保證在各截面的緣頭處點(diǎn)的參數(shù)對(duì)其，導(dǎo)致緣頭區(qū)域曲面扭曲的狀況。通過(guò)查閱資料可以知道，葉身是有葉背、葉盆、前緣和后緣所構(gòu)成，創(chuàng)建葉身型面時(shí)首先要做出葉背和葉盆的曲線，然后以圓弧的形式分別連接兩端構(gòu)建前緣和后緣，而圓弧的圓心和半徑都是已知的數(shù)據(jù)。而本課題只具備構(gòu)建葉背和葉盆型面曲線的氣動(dòng)數(shù)據(jù)，因此，我選擇用樣條曲線依次連接葉背和葉盆上的所有點(diǎn)，從而構(gòu)建整個(gè)葉身型面去線，解決前緣和后緣的問(wèn)題。 （1）創(chuàng)建“零件”和“實(shí)體”, 進(jìn)入草繪界面單擊“ ”工具下的偏移坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)工具，輸入第一界面葉身型面的坐標(biāo)值，用B樣條曲線連接輸入的基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成型面曲線（）： 選擇B樣條曲線的原因是：B樣條曲線具有很多優(yōu)點(diǎn)，更能夠符合葉身型面復(fù)雜曲線的要求，比如它具有局部調(diào)整性，仿射不變性，分段性，連續(xù)性凸包性，保凸性，變差縮減性，造型靈活性等優(yōu)點(diǎn)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)局部的修改不會(huì)引起樣條形狀變化的遠(yuǎn)距離傳播，也就是說(shuō)修改樣條的某些部分時(shí)，不會(huì)過(guò)多地影響曲線的其它部分。因此在獲得氣動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)后對(duì)葉身曲面進(jìn)行造型，為保證曲面不失真，我們選擇B樣條曲線。（2）以第一截面為基準(zhǔn)創(chuàng)建第二截面：為保證各型面間的距離，必須要?jiǎng)?chuàng)建新的基準(zhǔn)平面，在新的基準(zhǔn)面內(nèi)進(jìn)行草繪。創(chuàng)建新的基準(zhǔn)平面要保證偏移方向和距離。點(diǎn)選基準(zhǔn)平面工具，選擇第一型面草繪平面為基準(zhǔn)，輸入偏移距離，創(chuàng)建新基準(zhǔn)面（所示） 在創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面內(nèi)輸入第二截面曲線的坐標(biāo)，并用樣條曲線連接構(gòu)成第二型面。并以同樣的方法構(gòu)建其他各型面曲線圖（）（3）進(jìn)行邊界混合：各個(gè)型面截面繪制完成后就要構(gòu)成葉身曲面，在構(gòu)成葉身曲面時(shí)，我們首先要保證的就是葉身曲面的光滑度，因?yàn)槿~身的光滑度是葉片造型精度的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。選擇邊界混合工具，依次點(diǎn)選十一個(gè)截面進(jìn)行邊界混合，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混合后的曲面不是理想的葉身曲面，點(diǎn)選預(yù)覽，發(fā)現(xiàn)合并的曲面是扭曲的，不規(guī)則的，即混合失敗。為了混合成功，必須創(chuàng)建第二方向，以限制混合后曲面形狀。于是，采用基準(zhǔn)點(diǎn)工具依次依邊界線兩端圓弧中點(diǎn)為基準(zhǔn)創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)并以基準(zhǔn)曲線連接，構(gòu)成基準(zhǔn)曲線，作為第二方向的限制來(lái)控制曲面造型的方向，促使造型后的曲面是理想而光滑的。（） 再次進(jìn)行邊界混合，點(diǎn)選邊界混合工具，依次點(diǎn)選十一個(gè)截面曲線，然后選擇第二方向，再依次選擇兩條基準(zhǔn)曲線，點(diǎn)選預(yù)覽，曲面符合要求，混合成功。根據(jù)曲面實(shí)體化的要求，將第一截面和第十一截面分別進(jìn)行填充，即將曲面兩端進(jìn)行封閉。合并葉身曲面和兩端填充面并將合并后的曲面實(shí)體化，葉身的造型完畢。（）。 曲面合并并實(shí)體化通過(guò)簡(jiǎn)單的拉伸, 創(chuàng)建葉片安裝板、榫頭等組件, 然后對(duì)成形零件進(jìn)行倒角, 得到最終葉片零件實(shí)體圖。再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后, 得到最終效果（）。 葉片造型圖繪制大頭安裝板，注意選取角度，拉伸出要求厚度。根據(jù)葉片二維工程圖可以知道，該安裝板需要拔模，選擇拔模工具對(duì)其拔模： 大端安裝板拔模繪制大端榫頭：由于安裝板已經(jīng)有了斜度，因此，在對(duì)榫頭拉伸的時(shí)候，為保證榫頭和葉身截面的同軸度，就不可以選擇有斜度的安裝板平面作為拉伸的平面，所以我依然選取拉伸安裝板時(shí)用的基準(zhǔn)平面，在最后確定拉伸長(zhǎng)度時(shí)輸入25，最終保證榫頭長(zhǎng)度為18.（） 繪制大端榫頭繪制小頭安裝板：從二維工程圖中可以知道該板與葉身截面有一定的角度，因此，首先采用曲面拉伸，在適合的位置拉伸出一曲面，在將該曲面進(jìn)行一次偏移，偏移的距離為安裝板的厚度。 構(gòu)建安裝板截面根據(jù)葉片工程圖的主視圖，拉伸一個(gè)矩形的曲面，對(duì)已經(jīng)拉伸的兩個(gè)平行的曲面進(jìn)行相互的修剪，最終就會(huì)得到安裝板的結(jié)構(gòu)，對(duì)得到的安裝板各面進(jìn)行曲面合并，并將合并后的曲面進(jìn)行實(shí)體化。對(duì)于超出該板的葉身部分，以該板的外面為基準(zhǔn)面，采用拉伸，取出材料的方法，將其去除。（） 繪制小端安裝板繪制出小頭榫頭：由于小端的榫頭位置關(guān)系，必須首先創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)面才可以進(jìn)行拉伸等操作，以保證葉片尺寸。以大端的榫頭端面為基準(zhǔn)，向小端方向偏移225建立基準(zhǔn)面，在該基準(zhǔn)面上進(jìn)行拉伸，繪制榫頭，榫頭與安裝板之間的連接，采用投影，邊界混合，曲面合并和實(shí)體化都工具繪制。 繪制小端榫頭發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的造型完畢。4 基于Pro/ E 的模具設(shè)計(jì)對(duì)葉片精鍛來(lái)說(shuō)，毛邊槽的設(shè)計(jì)是重要因素，它控制鍛造時(shí)金屬的流動(dòng)，據(jù)了解國(guó)外高水平的葉片精鍛生產(chǎn)，均采用了良好的毛邊槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。毛邊槽設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，它與鍛壓設(shè)備、鍛件材料、鍛件尺寸等有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況確定具體形式及尺寸。毛邊槽的設(shè)計(jì)包括橋部和倉(cāng)部的設(shè)計(jì)。常見(jiàn)終鍛模葉身進(jìn)排氣邊緣毛邊槽形式有兩種。圖4. 1所示的毛邊槽形式是從葉身進(jìn)排氣邊緣向外以水平方向(與鍛?；鶞?zhǔn)平面平行)延伸余量。，進(jìn)氣邊緣因葉身較厚，金屬流動(dòng)阻力較小，需加寬毛邊橋，一般取寬度為4一7毫米，即使這樣有時(shí)仍然出現(xiàn)進(jìn)氣邊緣毛邊大，而排氣邊緣毛邊小，甚至葉身型面充不滿。遇到這種情況，需要在進(jìn)氣邊毛邊橋的中間增添一道阻尼溝，才能進(jìn)一步增加金屬流動(dòng)阻力，使進(jìn)排氣邊毛邊分配均勻。凡是在終鍛前未經(jīng)預(yù)鍛的毛坯和葉身厚度較大的葉片的終鍛模，一般都采用這種形式的毛邊橋。 圖 毛邊槽形式1 圖 ，從葉身進(jìn)排氣邊緣延伸余量的邊緣圓弧向外是平面，此平面與葉身截面中心線夾角為50，這種毛邊橋?qū)饘僮枇苄。m用于葉身厚度較小的葉片終鍛模。但終鍛前的毛坯必須經(jīng)過(guò)預(yù)鍛，毛坯的形狀、尺寸大致接近終鍛件，否則會(huì)由于金屬分配不均勻，造成毛邊一邊大一邊小，甚至葉身出現(xiàn)充不滿的現(xiàn)象。榫頭和定位凸臺(tái)周圍的毛邊槽與一般鍛件相同。毛邊槽的高度為h，則寬度為b=3h。葉身進(jìn)排氣邊緣與榫頭內(nèi)側(cè)面轉(zhuǎn)接處的毛邊槽高度由小向大過(guò)渡。 圖 ，縱向過(guò)渡到葉身邊緣橋部的。在毛邊槽的外面是毛邊槽倉(cāng)部，上下模倉(cāng)部的深度為5毫米。在毛邊的外圍是平面，樺頭、葉身和葉尖的外圍平面在同一水平面上，與鍛?；鶞?zhǔn)平面平行，低于倉(cāng)部，其寬度不小于25毫米。本文的毛邊槽形式采用了圖4. 1的形式，這部分沒(méi)有程序?qū)崿F(xiàn)，利用件的界面功能手工完成。實(shí)現(xiàn)的毛邊槽形狀如圖。 圖4. 5葉片鍛件毛邊槽形狀示意圖 考慮到模具的使用環(huán)境和強(qiáng)度要求, 校正模具的材料選用K403 鎳基鑄造高溫合金。應(yīng)用Pro/ E 軟件對(duì)校正模上、下模進(jìn)行設(shè)計(jì)。 創(chuàng)建制造—模具型腔，進(jìn)入模具造型模塊 模具造型模塊將參照模型，即發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的實(shí)體圖導(dǎo)入該模塊中，采用缺省約束將其完全約束，并創(chuàng)將工件。 模具工件圖葉身的分模只能確定在進(jìn)、排氣邊緣分模，其分模線的位置就是進(jìn)、排氣邊緣葉型延伸余量的邊緣圓角半徑的圓心。 圖 榫頭的分模主要取決于臨近的葉身型面進(jìn)、排氣邊的分模。為方便加工，榫頭分模面最好是平面，只要能確定組成平面的邊界直線，就確定了樺頭分模面，示。 圖 樺頭分模面的位置由以上分析最終確定分型面： 模具分型面在模具設(shè)計(jì)模塊中點(diǎn)選分模工具，將上下模分離。模具最終造型： 摸 模5 葉片加工工藝分析及模具數(shù)控加工仿真葉片類零件是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件，廣泛應(yīng)用于航空、航天和兵器制造等領(lǐng)域，其制造難度大。葉片加工一直是數(shù)控加工領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的課題。工序復(fù)雜，加工工藝正在不斷的改進(jìn)。該葉片屬于典型的薄壁復(fù)雜曲面零件。葉片主要有葉身、椽板、榫頭三部分組成。葉身的表面是由三維自由曲面生成。葉身部分分為葉盆、葉背、前緣頭(進(jìn)氣邊)、后緣頭(排氣邊)127]。該葉片是最大長(zhǎng)度為225，—，長(zhǎng)寬比例3:1，葉片本身的剛性并不好，在加工中會(huì)產(chǎn)生變形，因此必須在機(jī)床調(diào)整、夾具設(shè)計(jì)和加工參數(shù)等方面做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以減小變形，達(dá)到規(guī)定的加工要求。按設(shè)計(jì)圖紙型面和凸肩的尺寸公差要求，余量控制在2以內(nèi)，并用三坐標(biāo)檢測(cè)，應(yīng)該符合形狀、尺寸和余量要求。從以上分析不難看出，該葉片屬薄壁零件，導(dǎo)致數(shù)控加工工藝復(fù)雜、編程難度明顯增大。 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉片類零件的技術(shù)要求中內(nèi)容像常規(guī)零件一樣，包括尺寸、形狀、位置、粗糙度等幾何方面的技術(shù)要求，也包括機(jī)械、物理、化學(xué)性能等方面的技術(shù)要求，后者主要取決于毛坯的材料，也受工藝方法的影響。葉片的幾何工藝近似于標(biāo)準(zhǔn)件的技術(shù)要求。良好的氣動(dòng)性能要求葉片的表面光順。精度要求一般只要集中在葉身表面、榫頭的表面和兩個(gè)側(cè)面。葉身部分的光順是葉片氣動(dòng)性能的關(guān)鍵，截面間的型面平滑過(guò)渡，葉身表面波紋度和兩個(gè)椽頭按標(biāo)準(zhǔn)件驗(yàn)收，櫞板的邊緣部分上不允許有橫向加工軌跡。葉身的表面紋理力求統(tǒng)一，統(tǒng)一的流水線是最好的表面紋理，限制了走刀方向。截面型面的扭轉(zhuǎn)變形不宜超過(guò)12’。葉片的中心線與榫頭中心線在葉片縱向上按節(jié)可有不同的微量偏移，以榫頭的垂直于中心軸的截面為檢查面。進(jìn)氣邊和排氣邊對(duì)氣流的暢通有重要的影響，其圓度也是按照標(biāo)準(zhǔn)件要求。榫頭部分主要是為了加工時(shí)的定位和裝夾，榫頭的表面有定位螺紋孔。規(guī)定葉片的檢查基準(zhǔn)和檢查各個(gè)面時(shí)的容差，后者各個(gè)面不同。葉片有輪廓度的要求，輪廓度規(guī)定了前后緣頭厚度的變化速度。規(guī)定做一記號(hào)的面，以便后續(xù)檢查和安裝。葉片數(shù)控加工技術(shù)是以鍛造毛坯為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)粗、半精、精加工等多道加工工序，以數(shù)控銑削方式將葉型加工至最終尺寸。與傳統(tǒng)拋光工藝相比，葉片數(shù)控加工技術(shù)要實(shí)現(xiàn)葉身曲面“無(wú)余量”數(shù)控加工，對(duì)數(shù)控加工工藝技術(shù)和編程技術(shù)有更高的要求，首先必須解決葉片的精確定位和變形控制等工藝難題。粗加工:切兩端，鉆兩端中心孔，車葉片兩端軸頸?；鶞?zhǔn)加工:研磨中心孔，銑工藝平面，磨削軸頸平面，磨削兩端軸頸。精加工:銑葉身，拋光和拋修，研磨中心孔，磨兩端軸頸，銑軸頸平面。輔助工序安排:熒光檢查，振動(dòng)光飾，清洗，打磨，工序檢驗(yàn)，最終檢驗(yàn)。數(shù)控加工工藝路線:粗銑進(jìn)、排氣邊一粗銑葉身型面一精銑葉身型面~精銑型面與櫞板轉(zhuǎn)接R。葉片的工藝基準(zhǔn)指葉片在加工、度量和裝配時(shí)所用的基準(zhǔn)。根據(jù)其用途不同，葉片的工藝基準(zhǔn)又分為定位基準(zhǔn)、度量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)決定了毛坯或半成品在機(jī)床或夾具上加工時(shí)工件與刀具的相對(duì)位置。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。(l)在葉片的加工中，粗基準(zhǔn)的作用主要有以下功能:1)保證加工表面和不加工表面之間的位置和尺寸要求。2)保證加工加工表面的加工余量均勻足夠。3)減少裝夾次數(shù)。(2)精基準(zhǔn)的選擇主要考慮以下因素: