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这篇不知道合你不 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$曲面造型，并缝合成实体。 !"# 叶片加工工艺规划 加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线 走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各 处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直 径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣， 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工，出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑，以寻求合理的加工方案。在满足加工 要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能 的提高加工效率。 !"$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。
科工类核心期刊《煤炭技术》主管单位：黑龙江煤矿安全监察局，主办单位：黑龙江科技学院 哈尔滨煤矿机械研究所，国内统一刊号：23-1393/TD国际标准刊号：1008-8725《煤矿机械》主管单位：国家煤矿安全监察局，主办单位：黑龙江科技学院 哈尔滨煤矿机械研究所 黑龙江科技学院，国《中州煤炭》主管单位：河南省煤炭工业管理局，主办单位：河南省煤炭科学研究所 河南省煤炭学会ISSN：1003-0506 CN：41-1087/TD科工类普通期刊《陕西煤炭》主管：陕西省煤炭工业局 陕西煤矿安全监察局，主办：陕西省煤炭工业协会 ISSN 1671-749X CN 61-1382/TD内统一刊号：23-1280/TD国际标准刊号：1003-0794《煤》主管单位：国家煤矿安全监察局，主办单位：山西潞安矿业（集团）有限责任公司，国内刊号：CN 14-1171/TD 国际刊号：ISSN 1005-2798 《煤炭经济研究》主管单位：国家矿山安全监督局，主办单位：中国煤炭经济研究会 煤科总院经济与信息所ISSN：1002-9605 CN：11-1038/F
机械类最容易中的核心期刊有哪些?《食品与机械》杂志是中国食品科学技术学会会刊，系统地介绍我国食品工业、食品机械、包装机械、包装材料等领域的新研究成果和发展动态。是一本机械领域的核心期刊，期刊收录机械类论文有“影响鲜莲子机械去心定位精度的几何参数测量”、“无氧磨浆工艺对腐竹品质的影响”等。《机械科学与技术》由西北工业大学主办。本刊为专业技术性刊物。反映机械科学与技术的研究成果及其在生产实践中的应用成果，刊登理论研究、设计计算、机构分析、成果报道及评述，介绍新方法、新工艺、新材料、新设备。是一本机械领域的北大核心期刊。以上两本机械类核心期刊，对于论文的收稿方向是不同的，一个是食品领域、一个是科学领域，面向不同各行业的作者征稿。想要更加容易的发表核心论文，可以通过树人论文网这种平台投稿，提高论文收录率。
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CA 化学文摘(美)(2014)
JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)(2013)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2014)
EI 工程索引(美)(2016)
CSCD 中国科学引文数据库来源期刊（2017-2018年度）（含扩展版）
北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊：
1992年(第一版),1996年(第二版),2000年版,2004年版,2008年版,2011年版,2014年版;
期刊荣誉：
中科双高期刊;第三届(2005)国家期刊奖获奖期刊;
《机械工业信息与网络》、《机械工业标准化与质量》、《工程机械与维修》等。举例：1.《机械工业信息与网络》(双月刊)杂志以"推进企业信息化，服务机械制造业"为宗旨，扎根于现代制造业，沟通IT技术厂商，搭建畅通信息之桥，筑起合作与交流平台。杂志栏目设置：本刊报道、专家访谈、信息化论坛、调研、方案推介、应用与分析、网络·安全、电子商务、企业采风、政策、动态资讯等。杂志精心选题策划，深度报道解析，形成内容优势与特色;诠释机械制造业信息化建设的方方面面，以价值回馈读者。2.《机械工业标准化与质量》(月刊)创刊于1976年，由机械科学研究总院、中国机械工业标准化技术协会主办。本刊是机械行业唯一的在全国公开发行的标准化与质量方面的宣传媒体。办刊宗旨：宣传报导国家关于机械工业标准化与质量工作的方针政策及相关法规，介绍国内外标准化与质量管理的先进方法和经验，介绍最新标准，引导企业加强标准化，促进技术进步，提高产品质量，获取最佳经济效益，是深受标准化和质量工作者欢迎的科技期刊。
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2.农业机械学报同时还将及时提供中国农业机械学会举办的国内外学术活动信息。《农业机械学报》可供农机乃至机械行业中、高级技术人员、大专院校师生及科研单位的有关人员阅读参考。多年来《农业机械学报》形成了自己的办刊风格.主管主办：中国科学技术协会 中国农业机械学会;中国农业机械化科学研究院快捷分类：农业农业工程 农业科技出版发行：北京 月刊 A4期刊刊号：1000-1298,11-1964/S创刊时间：1957年 影响因子 1.580审稿时间：1-3个月期刊级别：CSCD核心期刊 北大核心期刊 统计源期刊
3.机械工程学报两刊的正文均采用双栏排版（可到《机械工程学报》工作平台首页的“下载中心”下载《机械工程学报》论文投稿模板、《中国机械工程学报》论文投稿模板）。2.1题名题名应概括文章主题、简单明了。必要时可加副标题。主管主办：中国科学技术协会 中国机械工程学会快捷分类：机械机械工业 工程科技II出版发行：北京 半月刊 A4期刊刊号：0577-6686,11-2187/TH创刊时间：1953 影响因子 1.069审稿时间：1-3个月期刊级别：CSCD核心期刊 北大核心期刊 统计源期刊
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