UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用

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

龔環球來源:e-works
關鍵字:離心葉輪插補刀軸流線
根據航空發動機離心葉輪的設計圖紙和設計數據,在UG NX軟件中構建三維實體模型,應用UG可變軸加工方法編制流道的流線型加工軌跡,經UG后置處理后得到HERMEL機床的零件數控程序,經過加工后檢驗達到設計要求,零件的加工質量得到了很大的改善。

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。

UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用+應用技術圖片圖片1

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

UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用+應用技術圖片圖片2

圖2 葉輪模型

    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)。

    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)。

UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用+應用技術圖片圖片3

圖3 驅動面的網格線

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。

UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用機械設計培訓圖片4

圖4 可變軸加工界面

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圖5 刀軸插補矢量

UG NX在離心葉輪流道的數控加工研究應用機械設計培訓圖片6

圖6 流線型刀具軌跡

    3.3 后置處理

    應用UG NX軟件的后置處理構建工具Post Builder建立Hermel機床的后置處理,經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、結論

隨著UG NX的出現,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,但是通過構建輔助曲面等方式,可以編制復雜零件的數控程序。同時為善于思考的工程技術人員提供了廣闊的想象空間。