龚环球 来源：e-works
关键字：离心叶轮 插补刀轴 流线
　　根据航空发动机离心叶轮的设计图纸和设计数据，在UG NX软件中构建三维实体模型，应用UG可变轴加工方法编制流道的流线型加工轨迹，经UG后置处理后得到HERMEL机床的零件数控程序，经过加工后检验达到设计要求，零件的加工质量得到了很大的改善。

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。
   
    2、叶轮曲面造型
   
　　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：
   
     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，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。
   

    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
   

    图2 叶轮模型

    3、数控程序的编制
   
　　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。
   
　　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）。
   
    3.1 驱动面的生成
   
　　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）。
   

    图3  驱动面的网格线

3.2 刀位轨迹的生成
   
　　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。
   

    图4  可变轴加工界面

    图5  刀轴插补矢量

        图6 流线型刀具轨迹

    
    3.3 后置处理
   
    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：
   
    %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、结论
    
　　 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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