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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。
* o/ D6 h. q' m/ k 2、叶轮曲面造型7 J+ `1 ?, r& v: `8 X4 ~
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：. _4 s. Z; \/ X
30.298 87.966 -53.14
9 k& d! z3 _* Y3 m- H% _( U 29.943 89.525 -53.432
8 y0 |, ~0 P9 j/ q 29.63 90.868 -53.66
d4 |9 Y8 _& Q e& q/ A 29.311 92.193 -53.88* J% X/ k$ Q5 |
...
6 p! v9 a& d3 o5 b( D0 u 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。
; @% I" |2 C' a8 G5 h- g: \& J
% o% o$ o7 f& I+ g' z 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, j+ p9 _: u- t. O* R9 j
! I8 {. c5 k" g 图2 叶轮模 3、数控程序的编制
# l, f5 T- \: n J 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。+ g8 n- _2 i$ _& Q% G3 ~5 p
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)。/ B% Y" {2 E# J
! K# R$ R8 Z1 J 图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成% j- I8 K! f" |1 a8 d
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)。
, A6 Y3 i# n+ h; K2 { 3.2 刀位轨迹的生成8 X7 S' l$ T2 z0 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。
& n- j2 g+ Q# D7 |0 K. _! W: s
7 g3 v5 s: I7 L 图4 可变轴加工界面 9 j) b4 Z9 n+ Q# u5 q
图5 刀轴插补矢量 1 r' G, ~- L9 p" L& C7 f7 J
图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理# Q9 m! t9 a1 d& a' W
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：6 Y. b! s- |. J; h- @" @* U
%L01 G71 *
7 n8 _6 y$ r$ v2 N7 a N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *& i: M1 I: [/ ^% `; q
N2 S3000 M03 *8 i% s# d" V! d2 P5 T* ]! t
N2 G00 Z+61.383 M08 *
/ k" Y, ?& a9 }' ~ N4 G01 Z+11.385 F2000 *8 C" C* r4 x% m6 ~" @0 l) m/ E: V& a2 n
N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *
8 ~6 w( v; c, d- \9 }$ H N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *5 V% O- v& {* |( i% B% g4 S6 m
...
9 `- R8 E" E1 R/ m. X% e; Z0 m N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
% H k0 w+ A* @" s/ Q. z# g N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *" F- ]1 [$ A: n. f4 `. M0 g( s
N6745 G00 Z+200 *
, L% R: r, B% p4 h2 Y N6746 M09 *9 y& K' S5 g( X! ?; h1 ?+ `" Y
N6747 M05 */ e, R% y( Q: C+ `
N999999 %L01 G71 *
1 a/ p3 H9 O. r7 D! t3 A! V 4、结论
7 w9 R+ ?% W w% e A 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