0 引言
電風扇葉片是電風扇的主要組成部分之一，葉片的曲面現狀較為復雜，同時要求葉片質量輕，分布均勻，整個結構的對中性好，因此，對葉片的要求較為嚴格。一般葉片的材料多選擇為無毒，無臭，無味的高結晶的聚合物。而Polypropylene AW564具有良好的耐熱性、化學穩定性、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。由于風扇葉片生產批量較大，而模具成型方式具有生產效率高，產品質量穩定，可節約材料及生產成本等特點，因此塑科葉片都用注塑模生產。傳統的模具設計與加工主要是依靠工程技術人員的經驗，利用傳統的加工方法，模具要經過多次的反復試驗后才能投入生產，而且制造出來的模具精度低，設計周期長，成本較高。隨著CAD/CAPP/CAM技術的不斷發展，葉片的設計與制造技術有了很大的改進。本文利用國產的主流軟件CAXA作為CAD/CAPP/CAM的軟件環境，對產品進行設計，注塑模生成，模具加工的工藝設計以及仿真加工，準確可靠，實現了CAD/CAPP/CAM的快速化制造技術。
1 葉片與模具型腔的CAD過程
風扇葉片的產品從設計到加工過程的基本流程如圖1所示。
圖1 葉片設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構現狀，對于空間自由曲面，可利用貝恩斯特(Bernstein)基函數。
三次Bezier曲線段表示為
利用貝恩斯特基函數Bi，n(u)，Bj，m(V)，可構成一張曲面，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實體設計軟件(以下的設計都是以CAXA制造工程師軟件為平臺)，可以很快的把風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，根據要求進行設計，設計好的葉片，利用該軟件可以進行模具的自動生產，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過程是根據設計出產品的結果，對產品的加工方法與加工過程的設計。一般來說，CAPP設計包含以下的內容：毛坯的設計、加工方法的選擇、工序設計、工藝路線制定等。其中，工序設計包含加工設備和工裝的選用、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，根據該模具的力學性能、結構形狀和外廓尺寸以及生產的批量的要求等，該模具要求精度較高，因此，利用8CRMn合金鋼的鍛件為毛坯件，毛坯的現狀與尺寸根據設計的產品大小，參照模具設計手冊確定。在設計中，利用軟件本身的功能與相關參數的改變來完成毛坯的設計。設計好的毛坯作為生產毛坯廓形與尺寸的依據。
2.2 加工方法的選擇 根據零件的加工性質和作用不同，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 工序設計 ①機床的選擇：選擇機床時應考慮以下幾方面：1)機床的加工范圍應與零件的外廓尺寸相適應；2)機床的工作精度要與本工序的加工精度相適應：3)機床的生產效率應與零件的生產類型相適應；4)選擇機床設備要以車間的現有設備為主。加工中選擇的機床是與軟件功能相配套的數控銑床，機床與CAD/CAPP/CAM系統之間可通過無線連接，實現網絡化DNC功能。②夾具的選擇：在生產批量不大的情況下，應盡量選用通用夾具，如是大批、犬量生產時，應按工序要求，設計相應的專用夾具。模具加工屬于單件生產類型，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系為
式中：n-工序或工步的數目。
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計簡明手冊。在CAD/CAPP/CAM系統中，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、切削用量、加工邊界、切入切出、刀具參數與下刀方式等內容按照工藝要求進行確定完成，CAPP的設計過程也相應的完成，相應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為粗加工仿真結果，圖7為精加工仿真結果，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，再經后置處理，直接生成NC代碼(由于語句太多，故省略)，進行產品加工。
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果，圖8加工后模具以及產品的效果圖。
圖8 加工裝配效果圖
4 結論
通過以國內主流的CAXA軟件，利用有關理論，對機械產品進行設計，工藝選擇與加工與仿真，實現了CAD/CAPP/CAM一體化的過程，在新產品開發中，與實際生產加工以及相比，節約了時間，同時使設計結果更加精確，完美。
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