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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。& T8 X3 g* V. N! ~+ w% r" c$ e
2、叶轮曲面造型
7 S0 e# B' c2 T4 } 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：
& o3 z8 q. C4 Y! @" W 30.298 87.966 -53.142 e$ L9 n- C e" f& u
29.943 89.525 -53.4328 o" [ L& J* U' v9 m- n2 T
29.63 90.868 -53.66+ d9 u% c) ]$ p9 J" ?/ ~
29.311 92.193 -53.88
1 q; |' {) m1 R; o! y$ j! v. Z ...
+ `0 j4 R X0 w 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。! z5 C" V7 e7 ~: l: F* Z
4 {& d' V* L( e/ i" ^
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
0 Y3 k6 o, v1 n
3 G% Y3 J/ \! G; d+ I) E0 F5 `# v 图2 叶轮模 3、数控程序的编制
1 S# D% U! |) I- p/ A4 N 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。/ {$ X S" S' ^. V% A7 o/ t
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)。( `0 T3 ?" ?1 j
3 ], N1 ?0 y& }: _) e
图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成3 u4 l- q7 V. `' I* o# q
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)。4 e; H0 f" q& h
3.2 刀位轨迹的生成
5 f' S) _4 i" G, u9 h+ N 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。
( ~" B- F* D+ n% d9 f! i
" R' U+ l4 ^' Y; _$ \. `" z# y 图4 可变轴加工界面 6 Y z2 K# x9 ]' ]; }
图5 刀轴插补矢量
# k& @3 t% y6 E' h% l 图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理
: L3 m5 E- d4 }( I. N 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：. ^7 D$ T' R7 r3 ^$ ~
%L01 G71 *
7 j% c; F, j0 d$ k4 ^+ ] @8 Q N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *
. t* S( L3 U8 d$ j, S N2 S3000 M03 *
, z" G P( [, V! L. Q N2 G00 Z+61.383 M08 *
9 l2 H* e" Q4 a( Y( w$ t N4 G01 Z+11.385 F2000 *$ u1 J) G+ ]+ o
N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *
' x! O" o, Y; q: I" G# w. S J6 s N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *4 Q/ C2 `2 ~. w, G8 H% e
...% Y r; H7 B4 x. l3 I& p+ ^! a
N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
% [7 V) ^* I, p; V* g( G5 I! V N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *
: \) ]+ q* f4 n) C' m N6745 G00 Z+200 *
7 m% {7 K9 x2 G0 G' [* H+ K/ ^ N6746 M09 *
+ o' H2 W: ^6 v# D9 X N6747 M05 *: c5 U% N: z: A3 P0 U, H8 Z
N999999 %L01 G71 *
. Q( r0 q0 L. F* L 4、结论
0 p9 F" ?. |( Q 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