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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。6 [5 f" I+ R2 O; l$ U
2、叶轮曲面造型5 q) F8 n4 W9 E; {
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：; Z* l4 R9 H8 O' f0 K' L
30.298 87.966 -53.14' J3 U: \2 b8 E
29.943 89.525 -53.432
% V+ x3 a: h6 H: U; c/ J 29.63 90.868 -53.66
2 x, f d a7 b- O$ }9 R 29.311 92.193 -53.88( N+ d* X/ }: B% }' N# Z( J
...( |, _$ x! Y# C) ^7 D1 r
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。
9 y. {) C# F* h 4 j# F( @3 t. L( ]1 D" \) `: `
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 ^, ?, ~0 `( M" a2 ? 0 J% D/ M6 r, ?+ v" Q
图2 叶轮模 3、数控程序的编制
- U2 l$ t: j3 ^0 i \! F 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。
' ~: U0 O- l+ y9 _! t$ F7 w 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)。: j- i& g b$ ^
, M& s$ a; ^- I+ ]: m2 k 图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成& I8 U/ A; e: z6 U1 e) ?6 v
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)。
, A7 \2 g; B- m 3.2 刀位轨迹的生成
+ ]. L$ o+ E, t) _ 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。2 F, X8 C3 h7 l
! U& |' b8 h C% M 图4 可变轴加工界面
6 V- j7 Y& y2 F4 N6 X1 x 图5 刀轴插补矢量
3 m, E! e- d0 p7 @* U% B 图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理
% @2 X3 w1 o: Q# a% P4 O4 h) o 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：" R3 C, C; k* @9 I4 |! z% `
%L01 G71 *
4 H5 q( s' a% Z& K( b N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *; t; P0 @; [5 C0 J: w
N2 S3000 M03 *' @5 D; h! c0 c6 O
N2 G00 Z+61.383 M08 *
& Y! Z y8 f4 D" z& Q+ a0 y N4 G01 Z+11.385 F2000 *
3 K! l+ A' R' N+ r. \ N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *
6 z( `; v1 w! i! ~ N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *
) [( K2 l' c# R& K# M+ F! j ...
% Z/ s6 a2 J$ X. _6 ^' W% C* \ N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
$ @8 u( }3 ^- C# D$ ]0 Z6 V N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *
0 U, q) {* l7 A! Q: r; ]4 Q N6745 G00 Z+200 *
# z+ G V! T( K N6746 M09 *
6 D0 ~8 s' C- Y/ f. J) b N6747 M05 *
! u: x2 Y* c o! \: F! [% C N999999 %L01 G71 *
! m+ w0 e% Z" q; \ 4、结论( m0 v$ K( v7 y4 \7 F% s
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