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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。; a. t8 F- j8 F' [% m# p2 u" V
2、叶轮曲面造型
* K# C0 X! P' |" H 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：$ i! M4 x( c) d9 K9 M( N7 J
30.298 87.966 -53.14) ~3 C; L% D; ^
29.943 89.525 -53.432% L$ e, ^$ E. }4 L3 Z
29.63 90.868 -53.66
; }+ z2 F4 b/ B 29.311 92.193 -53.88( \& M0 T$ |8 H/ f: l, N
...$ J3 q9 m. ^' u5 @
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。
& e' ^7 Y+ \9 \$ j 6 O6 W3 k# C: }6 \0 A3 P$ f
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
i+ T) v) I1 T* j, }% S* _1 h
. J8 }7 O7 C' s! d& n 图2 叶轮模 3、数控程序的编制4 }/ c7 w% Y1 A* B1 w# L
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。/ l$ q/ d3 b0 M7 _( u" o5 M
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)。
; t; g: p- p4 i% |, n
$ \9 j6 n: I3 b0 U3 k9 u 图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成$ ^2 B8 k8 W* M/ G) N' p
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)。
" E, @8 L+ S ~' M 3.2 刀位轨迹的生成
9 I3 J4 R0 Y4 \4 K" B* r# }& V 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。: u% c1 i8 E+ f* v! T, m( d% x( U
8 t/ d7 `" R x5 _$ w% L* q 图4 可变轴加工界面 , y4 F0 C" J3 j' `
图5 刀轴插补矢量
& T3 D/ d0 B$ b0 a 图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理( I9 C4 f' V/ S+ |
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：
) @+ @- z8 ~! `/ O %L01 G71 *
8 I$ f' h$ Y3 d* P7 V, A. U N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *
: ?( `" U4 E" z, D$ v% X! z N2 S3000 M03 *
+ b, @9 C6 A) J$ q1 e: U8 @" V N2 G00 Z+61.383 M08 *: J n# H& o/ h! y# F7 B
N4 G01 Z+11.385 F2000 *
9 m; \# k' ?7 @2 N3 A5 g5 H+ t N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *
) f' z6 Y7 D! u/ t6 q/ b N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 ** w, D0 N/ [. S
...
- [2 d. y6 K3 ]: E3 v0 Y$ M N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
: |1 [) Q X% R6 z; l N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *! I5 M. S8 B9 V' E- }
N6745 G00 Z+200 *
4 y6 K- ^( _5 l3 a N6746 M09 *
7 h! [/ T3 |" i* L8 o. B6 U8 { N6747 M05 ** F; k9 U9 |3 G' m" [
N999999 %L01 G71 *
/ N& M& c& a6 C3 k% g% A 4、结论
' ?, z2 ~6 i- ^2 N% B2 v+ u1 M 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