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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。( Q; l4 Z( l: _% P6 i: e3 v
2、叶轮曲面造型* h0 z. c' C8 A' O" k7 Q
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：- d2 v+ U( ~' P. E- B# W
30.298 87.966 -53.14- Z9 U) S' _2 h, F- P1 Y4 C
29.943 89.525 -53.432& u4 `) c- Z2 o2 `: c! K
29.63 90.868 -53.66
, P1 v# O8 d8 @+ q 29.311 92.193 -53.88
6 `* K! ^. D% n ...; L. ?; V: z. e
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。
+ p ^/ o0 V: r* X6 G
* M' q, v- W& W S( |- Q 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
/ n) J: T) F) o: P( s
+ x+ J8 R c0 B4 M8 X8 D9 q! V* H 图2 叶轮模 3、数控程序的编制
( K4 { f, c+ Z; F/ g3 u c 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。- ^6 v' _$ X8 c, ~( K& C" S, @
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)。
& i# i$ v0 q& W) V$ p& ~; [( r% f" T 7 N: L' n4 w9 t; r
图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成+ i2 L$ N6 o8 Z! n& 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)。& R% i- ^, P8 |/ e; d _7 d
3.2 刀位轨迹的生成
* Q$ C' `* j" M$ P: g, y } 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。- \5 O0 m- D* ?" n% S' o) N
6 O: n1 ~3 _3 I* B! J 图4 可变轴加工界面
" k; _& `6 H# o3 P2 j 图5 刀轴插补矢量 + E4 Y* w9 o: a! \4 ]: O
图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理) m/ D5 M! `$ E6 ?, j C
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：
% j+ @" E P, H3 \7 F+ m4 B. [ %L01 G71 *
7 Z& Y7 l% Z: z' l$ x* E, w& P N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *
1 Q9 ^- s7 q8 K/ n) p$ c N2 S3000 M03 *" T% `8 p! t8 [: z1 _. J
N2 G00 Z+61.383 M08 *: {+ E# g. G/ O t$ N, Z
N4 G01 Z+11.385 F2000 *
& j* r/ ~5 V* x# ? N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 */ F0 z* d) M8 z; o8 y
N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *2 X/ \1 t8 e6 ^8 D8 _
...' k! x, j. ~/ N0 q- r9 d! b
N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *, ?/ S9 c% r2 p: {2 s
N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *4 ~* A& h1 `" G; F
N6745 G00 Z+200 *
$ M5 ^+ W9 ~6 W% d" _( ^) u N6746 M09 *
; j; J! r6 {) X) L3 R N6747 M05 *. y" q# c, v+ G/ n; j% `$ e
N999999 %L01 G71 *
8 V) k( C8 L2 m0 j# ?" R# K& u 4、结论# Q( p9 J9 b: T, S" Y" A. l
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