UGNX在离心叶轮流道的数控加工研究应用
UG NX在离心叶轮流道的数控加工研究应用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）。 图3 驱动面的网格线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）。 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 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 / 文档可自由编辑打印
