0 引言
电风扇叶片是电风扇的主要组成部分之一，叶片的曲面现状较为复杂，同时要求叶片质量轻，分布均匀，整个结构的对中性好，因此，对叶片的要求较为严格。一般叶片的材料多选择为无毒，无臭，无味的高结晶的聚合物。而Polypropylene AW564具有良好的耐热性、化学稳定性、电性能等，是目前所有塑料中最轻的品种之一，因此，是制造叶片常选择的材料之一。由于风扇叶片生产批量较大，而模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本等特点，因此塑科叶片都用注塑模生产。传统的模具设计与加工主要是依靠工程技术人员的经验，利用传统的加工方法，模具要经过多次的反复试验后才能投入生产，而且制造出来的模具精度低，设计周期长，成本较高。随着CAD/CAPP/CAM技术的不断发展，叶片的设计与制造技术有了很大的改进。本文利用国产的主流软件CAXA作为CAD/CAPP/CAM的软件环境，对产品进行设计，注塑模生成，模具加工的工艺设计以及仿真加工，准确可靠，实现了CAD/CAPP/CAM的快速化制造技术。
1 叶片与模具型腔的CAD过程
风扇叶片的产品从设计到加工过程的基本流程如图1所示。
图1 叶片设计与加工过程的基本流程图
1.1 叶片的建模 叶片建模的主要问题是叶片的空间结构现状，对于空间自由曲面，可利用贝恩斯特(Bernstein)基函数。
三次Bezier曲线段表示为
利用贝恩斯特基函数Bi，n(u)，Bj，m(V)，可构成一张曲面，该曲面为n×m维Bezier曲面。自由曲面的建模就是按照上述原理将曲面进行划分为一系列曲面片，利用连接条件生成整体曲面，再利用CAXA制造工程师或CAXA实体设计软件(以下的设计都是以CAXA制造工程师软件为平台)，可以很快的把风扇的三维曲面与实体进行建模(模型如图2所示)，建模过程简单、快捷。
图2 风扇的三维模型
1.2 模具上下型腔的生成 利用曲面与实体造型，根据要求进行设计，设计好的叶片，利用该软件可以进行模具的自动生产，在生成模具前，由于塑料制品在注入型腔冷却后有一定的收缩率，因此，在制备型腔时(以下都以模具的左型腔为例)，对设计好的叶片进行放样。不同的材科，其收缩率不同，表1给出了部分常用塑料的收缩率。对放样后的零件与设计好的毛坯，利用软件中自带的布尔运算，可以自动的生成模具的上下型腔，或先生成包含设计好的零件毛坯，利用软件中具有的开模功能，自动生成上下型腔，模具的上下型腔如图3、图4所示。
表1 常用塑料的收缩率
图3 模具上型腔
图4 模具下型腔
2 模具型腔的CAPP
型腔的CAPP过程是根据设计出产品的结果，对产品的加工方法与加工过程的设计。一般来说，CAPP设计包含以下的内容：毛坯的设计、加工方法的选择、工序设计、工艺路线制定等。其中，工序设计包含加工设备和工装的选用、加工余量、切削用量、机床与刀具的选择等。
2.1 毛坯的设计 毛坯形式主要分为原型材、锻造件、铸造件、焊接件、冲压件等，根据该模具的力学性能、结构形状和外廓尺寸以及生产的批量的要求等，该模具要求精度较高，因此，利用8CRMn合金钢的锻件为毛坯件，毛坯的现状与尺寸根据设计的产品大小，参照模具设计手册确定。在设计中，利用软件本身的功能与相关参数的改变来完成毛坯的设计。设计好的毛坯作为生产毛坯廓形与尺寸的依据。
2.2 加工方法的选择 根据零件的加工性质和作用不同，工艺过程一般分为粗加工、半精加工、精加工与光整加工几个阶段，在软件系统中，有粗加工、精加工等多种加工类型，每种类型中又存在多种加工方法。根据加工的特点按照加工阶段划分，进行加工方法选择，加工中需要进行粗加工，再进行精加工。二种加工类型中，按照零件的现状与特点进行选择，在粗加工阶段选择等高粗加工，精加工阶段选择等高精加工。
2.3 工序设计 ①机床的选择：选择机床时应考虑以下几方面：1)机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；2)机床的工作精度要与本工序的加工精度相适应：3)机床的生产效率应与零件的生产类型相适应；4)选择机床设备要以车间的现有设备为主。加工中选择的机床是与软件功能相配套的数控铣床，机床与CAD/CAPP/CAM系统之间可通过无线连接，实现网络化DNC功能。②夹具的选择：在生产批量不大的情况下，应尽量选用通用夹具，如是大批、犬量生产时，应按工序要求，设计相应的专用夹具。模具加工属于单件生产类型，因此选择通用的夹具。③加工余量：加工余量分工序余量与加工总余量，加工总余量是毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，用zbo表示，工序余量是相邻两工序的尺寸之差，用zbi表示，工序余量与总与量间的关系为
式中：n-工序或工步的数目。
工序尺寸、毛坯尺寸及总余量的计算可以参照机械制造工艺设计简明手册。在CAD/CAPP/CAM系统中，选择加工类型与加工方法，先选择粗加工的等高线粗加工，再选择精加工的等高线精加工。将加工参数、切削用量、加工边界、切入切出、刀具参数与下刀方式等内容按照工艺要求进行确定完成，CAPP的设计过程也相应的完成，相应的刀具轨迹可一并生成。
3 仿真与加工
按照以上的过程，可以生成模具零件的加工轨迹，为了更好的展示实际加工出的模具效果，可以进一步进行模拟仿真，图5为刀具的加工轨迹，图6为粗加工仿真结果，图7为精加工仿真结果，在加工仿真过程中，可进行刀具加工的干涉检查，如有干涉，重新选择CAPP的过程，如不存在干涉，再经后置处理，直接生成NC代码(由于语句太多，故省略)，进行产品加工。
图5 仿真加工的刀具轨迹
图6 模具粗加工仿真
图7 模具精加工仿真
以上是以固定的左型腔为例，对右型腔，可以按照同样的过程与方法，得出其加工与仿真结果，图8加工后模具以及产品的效果图。
图8 加工装配效果图
4 结论
通过以国内主流的CAXA软件，利用有关理论，对机械产品进行设计，工艺选择与加工与仿真，实现了CAD/CAPP/CAM一体化的过程，在新产品开发中，与实际生产加工以及相比，节约了时间，同时使设计结果更加精确，完美。
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