基于UGNX離心葉輪流道的數控加工

時間:2011-02-28 10:31:47 來源:

　　1、前言

　　UG NX是先進的CAD/CAM軟件，在計算機輔助設計和制造中發揮著重要的作用。航空發動機作為飛機的心臟，離心葉輪是航空發動機的核心零部件之一，它的加工質量直接影響到發動機的功率大小。葉輪分為離心葉輪、軸流葉輪。軸流葉輪的葉型一般為自由曲面構成，而離心葉輪的葉型一般為直紋面。同時，離心葉輪分單組葉片組成和大小葉片組成兩種類型。具有大小葉片的離心葉輪的加工難度更大。大多數的讀者經常會遇到同樣的問題，每次遇到實際問題的時候，總希望通過查閱雜志資料能找到一些實用的文章，從中有所學，有所啟發，但是，不知道什么原因，在各種雜志上發表的論文中，大多數的文章都只是泛泛而談，點到為止，與UG NX軟件的培訓教材中所闡敘的沒什么太大的區別，讀完以后，還是不能學到一些可用的東西，更不能解決實際問題。本文將具體介紹應用UG NX軟件輔助工具，構建離心葉輪的模型、葉輪流道流線型刀位軌跡的生成、經后置處理后得到機床的數控加工程序的全過程，希望個人的加工經驗能得到更廣泛的應用和更好的發展，為我們的數控加工技術的進步做出自己的一點努力，同時也希望更多的同行能發表更多實用的文章。

　　2、葉輪曲面造型

　　直紋面離心葉輪由一系列直線組成葉片曲面，直紋面的直線由葉輪輪蓋和輪榖上對應點生成。葉片的坐標點為文本格式，如下：

　　30.298 87.966 -53.14

　　29.943 89.525 -53.432

　　29.63 90.868 -53.66

　　29.311 92.193 -53.88

　　...

　　首先，將離心葉輪的設計數據文本導入到UG NX中，生成點，同時根據設計圖紙做出輪轂和輪蓋的截面線。

　　圖1 葉型數據點

　　然后將輪蓋和輪轂面上的對應點連成直線，將直線構成曲面，操作過程為：Insert-----Free Form Feature-----Through Curves。將輪轂截面線用旋轉成型構成輪轂面操作過程為：Insert---- Form Feature----Revolve

　　圖2 葉輪模

　　3、數控程序的編制

　　UG NX的可變軸加工(VARIABLE CONTOUR)的幾何元素包括零件面、檢查面和驅動面。離心葉輪流道的加工中零件面為輪轂面，檢查面為葉片曲面，驅動面為流道輔助面。

　　在三維可視化軟件出現以前，流道的數控加工軌跡為不連續的刀位軌跡，而且加工的精度很低，輪廓度達不到設計的要求。而離心葉輪流道實現流線型加工后，流道的流線加工符合氣流流動路線，從而使零件的加工質量得到了更好的保證，性能有較好的改善。為實現流道的流線型加工刀位軌跡，不能以整個輪轂面作驅動面，而需要作輔助曲面來做流道加工的驅動面(見圖3)。

　　圖3 驅動面的網格線

　　3.1 驅動面的生成

　　將大小葉片曲面分別往流道一側偏置，偏置距離為銑刀的半徑R，Insert---Feature Operation---Offset Face，然后得到偏置曲面與輪轂面的交線，而在流道的上端則要求作出一條流道的中分線，利用這幾條曲線和邊界線分別可以作出流道的兩半部分驅動曲面(見圖3中藍色和黃色的兩曲面)。

　　3.2 刀位軌跡的生成

　　一切準備工作做完以后，就可以編制刀位軌跡。這里需要確定好零件的加工面、干涉檢查面、驅動面(Drive Method)刀具軸矢量(Tool Axis)和驅動面的投影矢量。這里的關鍵點在于確定刀具軸的矢量即刀具的擺動矢量。零件的加工面選擇整個輪轂面，干涉檢查面選擇流道周圍的葉片曲面，驅動面選擇上步作的輔助曲面。刀具軸的矢量選用插補方式(Interpolate)，當刀具軸(Tool Axis)選擇插補方式以后，在驅動面的周圍就出現兩排刀軸矢量(見圖4)。生成刀位軌跡后如果出現刀具與葉片曲面干涉，就可以點擊刀具軸插補矢量，選擇刀具干涉區域的刀軸矢量，該矢量變成藍色，點擊編輯(Edit)，通過調整刀位矢量來避免干涉，最后生成的刀位軌跡如圖5。