發(fā)動機(jī)葉片曲面的建模與數(shù)控加工

熊文書XIONG Wen-shu；蔣建強(qiáng)JIANG Jian-qiang；鄭遠(yuǎn)ZHENG Yuan；楊婷婷YANG Ting-ting；李志鵬LI Zhi-peng

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，蘇州 215009）

（Mechanical and Electrical，Department，Suzhou Institute of Trade &Commerce，Suzhou 215009，China）

0 引言

汽輪機(jī)（燃汽輪機(jī)）、壓氣機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等裝置都是靠各種葉輪或渦輪機(jī)來工作的，它們的葉片表面都是由形狀比較復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成的，葉片的加工精度直接影響著整個動力裝置的性能。因?yàn)椴煌b置對葉輪的要求有所差別，所以葉片表面的成形規(guī)律也不盡相同，而葉片的成形規(guī)則決定于葉片表面的加工方法。

UG 是Unigraphics 的縮寫，該軟件是集成機(jī)械化的CAD/CAM/CAE 軟件，在復(fù)雜曲面造型、裝配處理速度以及繪圖效率等方面有很強(qiáng)的優(yōu)越性，目前廣泛用于航空、航天、汽車、模具、通用機(jī)械和家用電器等領(lǐng)域。軟件每一次版本的更新都體現(xiàn)了UG 公司在工業(yè)設(shè)計軟件開發(fā)中的專業(yè)、創(chuàng)新，而UG8.5 則是集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身，操作方便、功能強(qiáng)大的設(shè)計軟件。對于共軛映射復(fù)雜曲面來說，則需依靠該軟件中的自由形狀曲面建模，它具有設(shè)計高級自由外形的能力，支持曲面和實(shí)體建模的創(chuàng)建。NX8.5 所建立的3D 曲面模型，將成為整個設(shè)計生產(chǎn)流程的核心，它可以接受及輸出完整的文件資料，對復(fù)雜曲面進(jìn)行精確而完整的幾何分析，這將為后續(xù)葉片的精確加工提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。

1 葉片的曲面造型

1.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 將預(yù)先設(shè)計好的葉片的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)編譯成UGNX8.5 所能識別的文件，并存儲。運(yùn)用軟件內(nèi)的樣條曲線命令將葉片上的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合成光滑的閉合曲線。

1.2 二維曲線的形成 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在選定的基準(zhǔn)面上畫出點(diǎn)及曲線，封閉曲線的兩端部并不是相同半徑的圓弧，所以怎樣勾畫出連續(xù)的并且光滑的封閉曲線是曲面造型的重點(diǎn)。對于前邊緣的曲率，葉片身部的曲率幾乎沒有，葉片前端的局部可以簡化為與圓弧相切的兩條直線，再將兩端圓弧與中間曲線連接，對圓弧進(jìn)行修整剪切，再對連接的曲線進(jìn)行光順，形成封閉的曲線。

1.3 三維造型的實(shí)現(xiàn) 利用UG 中自由曲面成型中的通過曲線（Through Curve）功能將曲線擬合成曲面時，每條樣條的切線方向必須相同，否則擬合成的曲面將會發(fā)生空間扭曲。若已經(jīng)形成方向不一致的曲線，可用分割曲線的方法，在曲線上重新設(shè)立起始點(diǎn)，以改變起始點(diǎn)的方向，之后再進(jìn)行合并，形成3D 圖如圖1 所示。

圖1 葉片三維造型

2 加工工藝及編程方法

2.1 葉片加工工藝（如圖2 所示）

圖2

2.2 五軸聯(lián)動數(shù)控編程方法

①產(chǎn)品毛坯面測量。對于較大尺寸的葉片來說，為了節(jié)省材料及縮短加工周期，往往采用澆鑄的方式獲得半成品，由于澆鑄的產(chǎn)品毛坯厚度尺寸分布不均勻，余量也就不均勻，所以采用3D 測量技術(shù)對毛坯表面進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，以達(dá)到加工余量均勻分布的最好裝夾位置。

②曲面建模。根據(jù)測量數(shù)據(jù)設(shè)計出葉片曲面的三維模型，以滿足下面自動生成NC 加工的程序代碼。

③刀具路徑計算。根據(jù)測量葉片建模后的曲面三維數(shù)據(jù)，從而設(shè)定加工曲面、設(shè)定切削用量和加工刀具數(shù)據(jù)，進(jìn)行刀具路徑的計算。

④加工模擬仿真及干涉檢查。根據(jù)刀具路徑在軟件圖形中對圖形進(jìn)行模擬加工，并檢查刀具的干涉情況，以保證真實(shí)加工時的安全。

⑤程序后處理。在刀具路徑仿真結(jié)束后，運(yùn)用后處理程序?qū)Φ毒呗窂竭M(jìn)行后置處理，生成對應(yīng)機(jī)床設(shè)備的數(shù)控加工NC 代碼。

3 小結(jié)

本文應(yīng)用UGNX8.5 軟件進(jìn)行自由曲面造型，對葉片的曲面造型進(jìn)行了分析及造型時主要的步驟作出了詳細(xì)說明，在葉片曲面的加工工藝及數(shù)控編程方法上作者也詳細(xì)給出了步驟，實(shí)踐表明應(yīng)用UG 軟件的曲面造型功能，使葉片的設(shè)計開發(fā)變得精確，進(jìn)一步提高了葉片的設(shè)計效率和加工精度。本文主要說明了關(guān)鍵加工過程的加工方法，至于實(shí)際加工參數(shù)設(shè)置并未進(jìn)行詳細(xì)說明，加工方法的選擇直接影響加工效率與表面結(jié)構(gòu)參數(shù)。

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