UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

龔環(huán)球來源:e-works
關(guān)鍵字:離心葉輪插補(bǔ)刀軸流線
根據(jù)航空發(fā)動機(jī)離心葉輪的設(shè)計圖紙和設(shè)計數(shù)據(jù),在UG NX軟件中構(gòu)建三維實(shí)體模型,應(yīng)用UG可變軸加工方法編制流道的流線型加工軌跡,經(jīng)UG后置處理后得到HERMEL機(jī)床的零件數(shù)控程序,經(jīng)過加工后檢驗(yàn)達(dá)到設(shè)計要求,零件的加工質(zhì)量得到了很大的改善。

1、前言

UG NX是先進(jìn)的CAD/CAM軟件,在計算機(jī)輔助設(shè)計和制造中發(fā)揮著重要的作用。航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的心臟,離心葉輪是航空發(fā)動機(jī)的核心零部件之一,它的加工質(zhì)量直接影響到發(fā)動機(jī)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(gòu)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(shù)的讀者經(jīng)常會遇到同樣的問題,每次遇到實(shí)際問題的時候,總希望通過查閱雜志資料能找到一些實(shí)用的文章,從中有所學(xué),有所啟發(fā),但是,不知道什么原因,在各種雜志上發(fā)表的論文中,大多數(shù)的文章都只是泛泛而談,點(diǎn)到為止,與UG NX軟件的培訓(xùn)教材中所闡敘的沒什么太大的區(qū)別,讀完以后,還是不能學(xué)到一些可用的東西,更不能解決實(shí)際問題。本文將具體介紹應(yīng)用UG NX軟件輔助工具,構(gòu)建離心葉輪的模型、葉輪流道流線型刀位軌跡的生成、經(jīng)后置處理后得到機(jī)床的數(shù)控加工程序的全過程,希望個人的加工經(jīng)驗(yàn)?zāi)艿玫礁鼜V泛的應(yīng)用和更好的發(fā)展,為我們的數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)步做出自己的一點(diǎn)努力,同時也希望更多的同行能發(fā)表更多實(shí)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(yīng)點(diǎn)生成。葉片的坐標(biāo)點(diǎn)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(shè)計數(shù)據(jù)文本導(dǎo)入到UG NX中,生成點(diǎn),同時根據(jù)設(shè)計圖紙做出輪轂和輪蓋的截面線。

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

圖1 葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)

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

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片2

圖2 葉輪模型

    3、數(shù)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(qū)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(qū)動面為流道輔助面。

在三維可視化軟件出現(xiàn)以前,流道的數(shù)控加工軌跡為不連續(xù)的刀位軌跡,而且加工的精度很低,輪廓度達(dá)不到設(shè)計的要求。而離心葉輪流道實(shí)現(xiàn)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(zhì)量得到了更好的保證,性能有較好的改善。為實(shí)現(xiàn)流道的流線型加工刀位軌跡,不能以整個輪轂面作驅(qū)動面,而需要作輔助曲面來做流道加工的驅(qū)動面(見圖3)。

    3.1 驅(qū)動面的生成

將大小葉片曲面分別往流道一側(cè)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(qū)動曲面(見圖3中藍(lán)色和黃色的兩曲面)。

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片3

圖3 驅(qū)動面的網(wǎng)格線

3.2 刀位軌跡的生成

一切準(zhǔn)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(qū)動面(Drive Method)刀具軸矢量(Tool Axis)和驅(qū)動面的投影矢量。這里的關(guān)鍵點(diǎn)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(qū)動面選擇上步作的輔助曲面。刀具軸的矢量選用插補(bǔ)方式(Interpolate),當(dāng)?shù)毒咻S(Tool Axis)選擇插補(bǔ)方式以后,在驅(qū)動面的周圍就出現(xiàn)兩排刀軸矢量(見圖4)。生成刀位軌跡后如果出現(xiàn)刀具與葉片曲面干涉,就可以點(diǎn)擊刀具軸插補(bǔ)矢量,選擇刀具干涉區(qū)域的刀軸矢量,該矢量變成藍(lán)色,點(diǎn)擊編輯(Edit),通過調(diào)整刀位矢量來避免干涉,最后生成的刀位軌跡如圖5。

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用機(jī)械設(shè)計培訓(xùn)圖片4

圖4 可變軸加工界面

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用機(jī)械設(shè)計培訓(xùn)圖片5

圖5 刀軸插補(bǔ)矢量

UG NX在離心葉輪流道的數(shù)控加工研究應(yīng)用機(jī)械設(shè)計培訓(xùn)圖片6

圖6 流線型刀具軌跡

    3.3 后置處理

    應(yīng)用UG NX軟件的后置處理構(gòu)建工具Post Builder建立Hermel機(jī)床的后置處理,經(jīng)處理后的程序格式如下:

    %L01 G71 *

    N1 G00 X+0.64 Y+120.471 A-1.291 C+4.323 M126 *

    N2 S3000 M03 *

    N2 G00 Z+61.383 M08 *

    N4 G01 Z+11.385 F2000 *

    N5 X+5.447 Y+111.701 Z+11.347 A-1.291 C+4.323 F500 *

    N6 X+4.005 Y+110.879 Z+12.343 A-1.813 C+3.366 *

    ...

    N6743 X+9.369 Y+111.713 Z+8.834 A-0.005 C-5.501 *

    N6744 X+9.368 Y+111.808 Z+8.825 A+0 C-5.501 *

    N6745 G00 Z+200 *

    N6746 M09 *

    N6747 M05 *

    N999999 %L01 G71 *

    4、結(jié)論

隨著UG NX的出現(xiàn),具有大小葉片的離心葉輪流道的流線型加工軌跡成為可能。雖然在UG NX中還沒有自動的葉輪流道加工方法,但是通過構(gòu)建輔助曲面等方式,可以編制復(fù)雜零件的數(shù)控程序。同時為善于思考的工程技術(shù)人員提供了廣闊的想象空間。