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葉輪高要求設(shè)計與制造保證加工精度和加工效率

時間:2008年12月04日瀏覽:673次收藏分享:

    葉輪的精密幾何實(shí)體造型是葉輪加工的必要前提,隨著對發(fā)動機(jī)性能要求的提高,轉(zhuǎn)子的形狀更趨復(fù)雜,研究整體轉(zhuǎn)子的三維CAD造型越來越重要.轉(zhuǎn)子葉片數(shù)據(jù)的獲取主要有兩種方法,一種是通過逆向下程獲取數(shù)據(jù)點(diǎn),一種是通過理淪計算獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)。逆向工程是把原型的幾何尺寸通過各種測量方法(如:三坐標(biāo)測量機(jī)、激光跟蹤儀、三坐標(biāo)測頭等)轉(zhuǎn)化成一個數(shù)據(jù)文件,然后重新建立此零件的CAD模型的。重建零件的過程為:通過每一個截面內(nèi)的型值點(diǎn)采用i次樣條曲線進(jìn)行插值計算,然后進(jìn)行光順處理。對于拐點(diǎn)較多的曲線進(jìn)行光順時,可用最小能量法。光順的標(biāo)準(zhǔn)是只保持時型有規(guī)律的拐點(diǎn),去除其它多余的拐點(diǎn),對葉型線曲率變化率未作規(guī)定。這種方法可以降低設(shè)計零件的周期,但是加jrm的零件性能并不能高于原型。理論計算足根據(jù)流體力學(xué)原理計算出來的葉片的葉型數(shù)據(jù)。
葉片的模型建立
    創(chuàng)建了UG支持的數(shù)據(jù)文件后,打開UG系統(tǒng),建立一個新的part文件,進(jìn)入建模狀態(tài)。
1.葉片,的樣條曲線的創(chuàng)建
    從菜單欄中選擇命令,系統(tǒng)彈出對話框,選擇曲線里的樣條,把已生成的dat格式文件導(dǎo)入,系統(tǒng)將按照數(shù)據(jù)繪制封閉的樣條曲線。如圖1。 

2.葉片實(shí)體的創(chuàng)建
    從菜單欄中選擇插入命令里的網(wǎng)絡(luò)曲面選項。系統(tǒng)將彈出對話框,分別選取已建的樣條曲線串,注意統(tǒng)一起始元素。如圖2:

    圖為帶有樣條曲線串的葉片實(shí)體,隱藏樣條曲線串后生成的葉片實(shí)體如圖3, 

3.創(chuàng)建輪轂
(1)繪制輪轂的截面

    在建模方式下的草圖里,繪制輪轂的截面。建立回轉(zhuǎn)軸線。
(2)建立輪轂回轉(zhuǎn)體
    在菜單欄中選擇命令,選擇同轉(zhuǎn)讓截面繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周,建立輪轂回轉(zhuǎn)體,如圖4輪轂。 

4.建立其他的葉片
    把單個葉片加載到輪轂后行成單個葉片的轉(zhuǎn)子如圖5。 

    又因?yàn)槿~片是圓周均布的,所以從菜單欄中選擇命令,選擇要復(fù)制的葉片,在文本框中輸入?yún)?shù)值360/n(n為葉片個數(shù)),連續(xù)復(fù)制n-1次,這樣就完成了n個葉片在輪轂上的均勻分布,如圖6輪轂與葉片。如圖7轉(zhuǎn)子實(shí)體。

5.歸納總結(jié) 
    本章是基于UG的自由曲面造型功能,進(jìn)行轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體建模。先把葉片原始的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理,建立葉片型面的樣條曲線,構(gòu)造葉片空間型面,更加精確的反映出葉片的曲面形狀,有利于葉片的實(shí)際加工。

葉輪的整體加工 
    葉輪加工應(yīng)當(dāng)使用5坐標(biāo)數(shù)控加中心完成111。5坐標(biāo)是指在3個平動坐標(biāo)軸基礎(chǔ)上增加2個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸(A,B或A,C或B,C)且5個軸可以聯(lián)動。由于具有2個轉(zhuǎn)動軸,導(dǎo)致5坐標(biāo)機(jī)床有很多種運(yùn)動軸配置方案。當(dāng)建模完成后在UG軟件中的加工模塊,可以自動產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床能接受的數(shù)控加T指令。傳統(tǒng)的葉輪加工方法是葉片與輪廓采用不同的毛坯,分別加T成形后將葉片焊接在輪廓上。此方法不僅費(fèi)時費(fèi)力,且葉輪的各種性能難以保證。 
    UG系統(tǒng)自帶有三種類型的五軸機(jī)床,本論文選用其中的回轉(zhuǎn)/擺動型機(jī)床進(jìn)行虛擬仿真加工說明,擺頭旋轉(zhuǎn)軸是B軸,轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸是C軸。通過機(jī)床導(dǎo)航器調(diào)入機(jī)床組件和刀具組件,葉輪零件安放在轉(zhuǎn)臺上面即可進(jìn)行加工仿真。葉輪用5坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加T,由于葉片的扭曲很大,流道比較窄,刀具在葉片上及流道內(nèi)要合理擺動,才能防止葉輪過切,并得到光順的刀紋。從圖6葉輪的三維模型可以看到,加丁葉片重霍的底面時,刀具軸必須在兩個相鄰葉片之間擺動,不能與葉片相碰,也就是說,葉片是流道加工的邊界條件。UG中提出了一種刀具軸迭代方式一插補(bǔ)刀具軸(Interpolated M Axis),這種方式可以通過在指定的點(diǎn)定義矢量方向來控制刀具軸,從而生產(chǎn)出完整高質(zhì)量的葉輪。 
    根據(jù)葉片型面特征,依刀具與曲面接觸的方式分類,五坐標(biāo)數(shù)控銑削加工葉片型面可分為"線接觸"(側(cè)刃銑)和"點(diǎn)接觸"兩類成形方式。但對于側(cè)刃銑來說刀具的整個側(cè)邊與葉片相接觸,對薄葉片加工時的回彈影響大。所以側(cè)銑加工該類葉片只是近似的加工方法。對于點(diǎn)接觸,這種方法有一些不可避免的缺點(diǎn):對于彎曲程度較厲害的葉片,由于葉片空間距離較近,加工過程中與相鄰葉片間的干涉很難避免;但"點(diǎn)加工"要比"線加工"在加工薄葉片時產(chǎn)生的回彈小,故在加T邊圓角時,采用的是"點(diǎn)加工"方式。所以在葉輪的整體加工中加工方式是采用"點(diǎn)加工"與"線加工"相結(jié)合。
結(jié)束語 
    實(shí)踐表明,采用CAD/CAM技術(shù),應(yīng)用五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床,針對葉輪零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體建模,有利于更形象的對所設(shè)計的工件直觀觀察,大大減少了實(shí)際生產(chǎn)加工中的浪費(fèi),縮減了設(shè)計周期,降低了生產(chǎn)成本。

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