0 引言
電風(fēng)扇葉片是電風(fēng)扇的主要組成部分之一，葉片的曲面現(xiàn)狀較為復(fù)雜，同時要求葉片質(zhì)量輕，分布均勻，整個結(jié)構(gòu)的對中性好，因此，對葉片的要求較為嚴(yán)格。一般葉片的材料多選擇為無毒，無臭，無味的高結(jié)晶的聚合物。而Polypropylene AW564具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、電性能等，是目前所有塑料中最輕的品種之一，因此，是制造葉片常選擇的材料之一。由于風(fēng)扇葉片生產(chǎn)批量較大，而模具成型方式具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本等特點，因此塑科葉片都用注塑模生產(chǎn)。傳統(tǒng)的模具設(shè)計與加工主要是依靠工程技術(shù)人員的經(jīng)驗，利用傳統(tǒng)的加工方法，模具要經(jīng)過多次的反復(fù)試驗后才能投入生產(chǎn)，而且制造出來的模具精度低，設(shè)計周期長，成本較高。隨著CAD/CAPP/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，葉片的設(shè)計與制造技術(shù)有了很大的改進。本文利用國產(chǎn)的主流軟件CAXA作為CAD/CAPP/CAM的軟件環(huán)境，對產(chǎn)品進行設(shè)計，注塑模生成，模具加工的工藝設(shè)計以及仿真加工，準(zhǔn)確可靠，實現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM的快速化制造技術(shù)。
1 葉片與模具型腔的CAD過程
風(fēng)扇葉片的產(chǎn)品從設(shè)計到加工過程的基本流程如圖1所示。
圖1 葉片設(shè)計與加工過程的基本流程圖
1.1 葉片的建模 葉片建模的主要問題是葉片的空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，對于空間自由曲面，可利用貝恩斯特(Bernstein)基函數(shù)。
三次Bezier曲線段表示為
利用貝恩斯特基函數(shù)Bi，n(u)，Bj，m(V)，可構(gòu)成一張曲面，該曲面為n×m維Bezier曲面。自由曲面的建模就是按照上述原理將曲面進行劃分為一系列曲面片，利用連接條件生成整體曲面，再利用CAXA制造工程師或CAXA實體設(shè)計軟件(以下的設(shè)計都是以CAXA制造工程師軟件為平臺)，可以很快的把風(fēng)扇的三維曲面與實體進行建模(模型如圖2所示)，建模過程簡單、快捷。
圖2 風(fēng)扇的三維模型
1.2 模具上下型腔的生成 利用曲面與實體造型，根據(jù)要求進行設(shè)計，設(shè)計好的葉片，利用該軟件可以進行模具的自動生產(chǎn)，在生成模具前，由于塑料制品在注入型腔冷卻后有一定的收縮率，因此，在制備型腔時(以下都以模具的左型腔為例)，對設(shè)計好的葉片進行放樣。不同的材科，其收縮率不同，表1給出了部分常用塑料的收縮率。對放樣后的零件與設(shè)計好的毛坯，利用軟件中自帶的布爾運算，可以自動的生成模具的上下型腔，或先生成包含設(shè)計好的零件毛坯，利用軟件中具有的開模功能，自動生成上下型腔，模具的上下型腔如圖3、圖4所示。
表1 常用塑料的收縮率
圖3 模具上型腔
圖4 模具下型腔
2 模具型腔的CAPP
型腔的CAPP過程是根據(jù)設(shè)計出產(chǎn)品的結(jié)果，對產(chǎn)品的加工方法與加工過程的設(shè)計。一般來說，CAPP設(shè)計包含以下的內(nèi)容：毛坯的設(shè)計、加工方法的選擇、工序設(shè)計、工藝路線制定等。其中，工序設(shè)計包含加工設(shè)備和工裝的選用、加工余量、切削用量、機床與刀具的選擇等。
2.1 毛坯的設(shè)計 毛坯形式主要分為原型材、鍛造件、鑄造件、焊接件、沖壓件等，根據(jù)該模具的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)形狀和外廓尺寸以及生產(chǎn)的批量的要求等，該模具要求精度較高，因此，利用8CRMn合金鋼的鍛件為毛坯件，毛坯的現(xiàn)狀與尺寸根據(jù)設(shè)計的產(chǎn)品大小，參照模具設(shè)計手冊確定。在設(shè)計中，利用軟件本身的功能與相關(guān)參數(shù)的改變來完成毛坯的設(shè)計。設(shè)計好的毛坯作為生產(chǎn)毛坯廓形與尺寸的依據(jù)。
2.2 加工方法的選擇 根據(jù)零件的加工性質(zhì)和作用不同，工藝過程一般分為粗加工、半精加工、精加工與光整加工幾個階段，在軟件系統(tǒng)中，有粗加工、精加工等多種加工類型，每種類型中又存在多種加工方法。根據(jù)加工的特點按照加工階段劃分，進行加工方法選擇，加工中需要進行粗加工，再進行精加工。二種加工類型中，按照零件的現(xiàn)狀與特點進行選擇，在粗加工階段選擇等高粗加工，精加工階段選擇等高精加工。
2.3 工序設(shè)計 ①機床的選擇：選擇機床時應(yīng)考慮以下幾方面：1)機床的加工范圍應(yīng)與零件的外廓尺寸相適應(yīng)；2)機床的工作精度要與本工序的加工精度相適應(yīng)：3)機床的生產(chǎn)效率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)；4)選擇機床設(shè)備要以車間的現(xiàn)有設(shè)備為主。加工中選擇的機床是與軟件功能相配套的數(shù)控銑床，機床與CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)之間可通過無線連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化DNC功能。②夾具的選擇：在生產(chǎn)批量不大的情況下，應(yīng)盡量選用通用夾具，如是大批、犬量生產(chǎn)時，應(yīng)按工序要求，設(shè)計相應(yīng)的專用夾具。模具加工屬于單件生產(chǎn)類型，因此選擇通用的夾具。③加工余量：加工余量分工序余量與加工總余量，加工總余量是毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計尺寸之差，用zbo表示，工序余量是相鄰兩工序的尺寸之差，用zbi表示，工序余量與總與量間的關(guān)系為
式中：n-工序或工步的數(shù)目。
工序尺寸、毛坯尺寸及總余量的計算可以參照機械制造工藝設(shè)計簡明手冊。在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中，選擇加工類型與加工方法，先選擇粗加工的等高線粗加工，再選擇精加工的等高線精加工。將加工參數(shù)、切削用量、加工邊界、切入切出、刀具參數(shù)與下刀方式等內(nèi)容按照工藝要求進行確定完成，CAPP的設(shè)計過程也相應(yīng)的完成，相應(yīng)的刀具軌跡可一并生成。
3 仿真與加工
按照以上的過程，可以生成模具零件的加工軌跡，為了更好的展示實際加工出的模具效果，可以進一步進行模擬仿真，圖5為刀具的加工軌跡，圖6為粗加工仿真結(jié)果，圖7為精加工仿真結(jié)果，在加工仿真過程中，可進行刀具加工的干涉檢查，如有干涉，重新選擇CAPP的過程，如不存在干涉，再經(jīng)后置處理，直接生成NC代碼(由于語句太多，故省略)，進行產(chǎn)品加工。
圖5 仿真加工的刀具軌跡
圖6 模具粗加工仿真
圖7 模具精加工仿真
以上是以固定的左型腔為例，對右型腔，可以按照同樣的過程與方法，得出其加工與仿真結(jié)果，圖8加工后模具以及產(chǎn)品的效果圖。
圖8 加工裝配效果圖
4 結(jié)論
通過以國內(nèi)主流的CAXA軟件，利用有關(guān)理論，對機械產(chǎn)品進行設(shè)計，工藝選擇與加工與仿真，實現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM一體化的過程，在新產(chǎn)品開發(fā)中，與實際生產(chǎn)加工以及相比，節(jié)約了時間，同時使設(shè)計結(jié)果更加精確，完美。
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本文標(biāo)題：基于CAXA環(huán)境下電風(fēng)扇葉片CAD/CAPP/CAM技術(shù)研究
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