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1、前言 UG NX是先进的CAD/CAM软件，在计算机辅助设计和制造中发挥着重要的作用。航空发动机作为飞机的心脏，离心叶轮是航空发动机的核心零部件之一，它的加工质量直接影响到发动机的功率大小。叶轮分为离心叶轮、轴流叶轮。轴流叶轮的叶型一般为自由曲面构成，而离心叶轮的叶型一般为直纹面。同时，离心叶轮分单组叶片组成和大小叶片组成两种类型。具有大小叶片的离心叶轮的加工难度更大。大多数的读者经常会遇到同样的问题，每次遇到实际问题的时候，总希望通过查阅杂志资料能找到一些实用的文章，从中有所学，有所启发，但是，不知道什么原因，在各种杂志上发表的论文中，大多数的文章都只是泛泛而谈，点到为止，与UG NX软件的培训教材中所阐叙的没什么太大的区别，读完以后，还是不能学到一些可用的东西，更不能解决实际问题。本文将具体介绍应用UG NX软件辅助工具，构建离心叶轮的模型、叶轮流道流线型刀位轨迹的生成、经后置处理后得到机床的数控加工程序的全过程，希望个人的加工经验能得到更广泛的应用和更好的发展，为我们的数控加工技术的进步做出自己的一点努力，同时也希望更多的同行能发表更多实用的文章。2 G( i( ?& `% t2 |- w/ q& |
2、叶轮曲面造型8 f7 E. [# {. f& N8 _
直纹面离心叶轮由一系列直线组成叶片曲面，直纹面的直线由叶轮轮盖和轮榖上对应点生成。叶片的坐标点为文本格式，如下：
* W8 B6 c- z0 b, ?* Y/ o7 A 30.298 87.966 -53.143 c7 E& @! l9 a* d" Q
29.943 89.525 -53.432
" n' \" }3 L; s6 i) ]7 k: j 29.63 90.868 -53.66, J; D+ _6 @' z" R9 t- b7 r
29.311 92.193 -53.88, b ]: m0 p! F/ `. W/ r/ t$ E7 Y& U% r
...! q4 K- I4 d0 h# P) K* _
首先，将离心叶轮的设计数据文本导入到UG NX中，生成点，同时根据设计图纸做出轮毂和轮盖的截面线。: ~7 U, A: p: _' w! `
, I7 [$ W8 T, v" e/ d% E5 v0 g
图1 叶型数据点 然后将轮盖和轮毂面上的对应点连成直线，将直线构成曲面，操作过程为：Insert-----Free Form Feature-----Through Curves。将轮毂截面线用旋转成型构成轮毂面操作过程为：Insert---- Form Feature----Revolve
& \8 }+ ^- w8 Y
5 W) ]' Z I$ u" s3 g 图2 叶轮模 3、数控程序的编制& S7 r S9 n' B$ z0 T" `
UG NX的可变轴加工(VARIABLE CONTOUR)的几何元素包括零件面、检查面和驱动面。离心叶轮流道的加工中零件面为轮毂面，检查面为叶片曲面，驱动面为流道辅助面。
7 X# }9 R8 a9 i+ a. B$ m6 V3 l 在三维可视化软件出现以前，流道的数控加工轨迹为不连续的刀位轨迹，而且加工的精度很低，轮廓度达不到设计的要求。而离心叶轮流道实现流线型加工后，流道的流线加工符合气流流动路线，从而使零件的加工质量得到了更好的保证，性能有较好的改善。为实现流道的流线型加工刀位轨迹，不能以整个轮毂面作驱动面，而需要作辅助曲面来做流道加工的驱动面(见图3)。
: i7 C4 R1 F3 C $ k' K0 [! I: {: a* `. w% P
图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成 U$ s$ X8 V6 S: w' R( M
将大小叶片曲面分别往流道一侧偏置，偏置距离为铣刀的半径R，Insert---Feature Operation---Offset Face，然后得到偏置曲面与轮毂面的交线，而在流道的上端则要求作出一条流道的中分线，利用这几条曲线和边界线分别可以作出流道的两半部分驱动曲面(见图3中蓝色和黄色的两曲面)。
9 i2 C5 G; K1 P9 `' y3 _, P 3.2 刀位轨迹的生成
% x7 B$ b& C/ i" `2 I 一切准备工作做完以后，就可以编制刀位轨迹。这里需要确定好零件的加工面、干涉检查面、驱动面(Drive Method)刀具轴矢量(Tool Axis)和驱动面的投影矢量。这里的关键点在于确定刀具轴的矢量即刀具的摆动矢量。零件的加工面选择整个轮毂面，干涉检查面选择流道周围的叶片曲面，驱动面选择上步作的辅助曲面。刀具轴的矢量选用插补方式(Interpolate)，当刀具轴(Tool Axis)选择插补方式以后，在驱动面的周围就出现两排刀轴矢量(见图4)。生成刀位轨迹后如果出现刀具与叶片曲面干涉，就可以点击刀具轴插补矢量，选择刀具干涉区域的刀轴矢量，该矢量变成蓝色，点击编辑(Edit)，通过调整刀位矢量来避免干涉，最后生成的刀位轨迹如图5。
+ M) g6 X1 R9 f, ^2 ]# p1 _ 5 Z5 B4 M$ E# E- j! w4 j6 e
图4 可变轴加工界面
( p. P: L$ [ U# i# V 图5 刀轴插补矢量 8 w+ k5 J- q: ?% |
图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理9 M2 j; z5 D! k1 R/ R: U
应用UG NX软件的后置处理构建工具Post Builder建立Hermel机床的后置处理，经处理后的程序格式如下：" _2 o; `! M$ x0 y$ B% K
%L01 G71 *- N/ ^8 j: j! s, l
N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *
1 s( t4 z# k+ `+ C N2 S3000 M03 *( {$ M6 h+ F* d- a1 R4 P
N2 G00 Z+61.383 M08 *
$ m j, F1 a6 }9 E N4 G01 Z+11.385 F2000 *
, w2 y; O2 d' E* s5 ?2 z$ W, y; m9 ` N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *" J& a: m5 H6 [! h- z& q, X
N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *
* h. I8 Q9 G0 Y6 @9 y ...
- o' N# Z# ^$ U! }2 r; ?3 [ N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
7 J* b) \5 O( L; \% L N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *# \0 V/ C8 O! }, S1 L
N6745 G00 Z+200 *! `8 K0 |: E+ U3 Z' h( n3 _
N6746 M09 *
# l; P8 W, D0 { w7 K N6747 M05 *
2 @/ M9 b* h/ t( `' ^. u N999999 %L01 G71 *
+ U( L/ B- k# J3 {8 I+ G- d 4、结论# D1 p/ \, c2 y6 s2 D
随着UG NX的出现，具有大小叶片的离心叶轮流道的流线型加工轨迹成为可能。虽然在UG NX中还没有自动的叶轮流道加工方法，但是通过构建辅助曲面等方式，可以编制复杂零件的数控程序。同时为善于思考的工程技术人员提供了广阔的想象空间。 |
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发表于 2009-8-6 01:12:19