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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。
8 l" q7 `, D+ F! v! m6 [8 p$ i! f& a 2、叶轮曲面造型
# Q5 g2 l# |/ Z# ?+ R 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：
: }* R8 q( O/ D. [7 W 30.298 87.966 -53.14
y4 _$ N# a0 Q$ @: L5 S 29.943 89.525 -53.432& I" `1 {7 l& X( ?& M
29.63 90.868 -53.66: O, \ f, k# W7 |) n
29.311 92.193 -53.883 i( q/ X U9 K$ l5 N
...
5 H( h3 d* A" g7 O 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。6 o+ d$ E0 x( R% |+ ^/ u2 t. z
7 r+ t# ]' h" ^9 n; T, s9 X 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----Revolve5 G1 p9 f" @9 b$ Y- b6 A+ G% V I" _
7 h9 Z/ z4 N& t! { 图2 叶轮模 3、数控程序的编制+ m! z* z, q3 q7 `: `8 A
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。! B& }# {8 P. U/ b; e3 A+ F$ a ]
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)。& M) ~$ ]5 c$ H7 R: H/ k* k# c
' c; S0 Q) B; h( D+ H 图3 驱动面的网格线 3.1 驱动面的生成; p: I+ j) h1 q' q0 N" R) Z1 J
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)。
7 W( [- E- S. D4 [) x 3.2 刀位轨迹的生成- \5 F& i- F. D+ j1 i
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。
* y, i9 f2 `6 K- f+ R 6 p: V2 C) e- h9 Q, @- i+ ~1 O
图4 可变轴加工界面
+ R1 A3 _8 L: N, q 图5 刀轴插补矢量
/ v2 G5 H8 o2 V$ w5 L; v 图6 流线型刀具轨迹 3.3 后置处理" X/ c; o+ d* T. E5 z/ T7 S6 Y1 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：
z- A# x/ Y: R0 _0 M' O( V %L01 G71 ** M0 l" Y/ y" Z0 S. T, z
N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *
5 P6 i3 E O1 d* x; f N2 S3000 M03 *
; K# [7 k t; l8 g N2 G00 Z+61.383 M08 *1 n3 Z! [/ t( n) ]. g$ m1 j
N4 G01 Z+11.385 F2000 *
1 r& o: |; G2 G0 q) @# Z% @ N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *
X4 i! b/ ~" w* P0 A1 Z' Y N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *
% z" O! B5 U6 T! |4 D* V! K ...
4 a' v2 T( F% V3 F3 e& g+ z1 ~& r N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *
: G3 o; h. m# g) N1 q# X/ G$ V N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *
5 W1 B; A G B# L, m; d N6745 G00 Z+200 *, M! {( r7 l6 t. [
N6746 M09 *
8 h0 I2 n+ I1 Z5 @ N6747 M05 *7 }" L0 W6 t9 J( e B
N999999 %L01 G71 *
, ]' A& S& Y# j; Y9 @. ~/ X 4、结论9 C3 }# ], |3 m# i: Y: {: C; K
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