发动机叶片曲面的建模与数控加工

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇发动机叶片曲面的建模与数控加工范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要： 本文以UG8.5软件为设计基础，讲述了在该软件中如何运用软件进行复杂曲面的建模方法，以某发动机叶片为例，对该叶片曲面造型中的某些问题进行分析，并应用UG 软件的曲面造型功能，使叶片的设计开发变得精确，进一步增强了复杂曲面叶片的设计效率和精度。

Abstract： Based on the design of UG8.5 software， this paper describes how to use the software to carry on complex surface modeling in the software， takes an engine blade as an example， analyzes problems of the blade surface modeling， and uses the surface modeling function of UG software to make the design and development of blade accurate， further enhance the design efficiency and accuracy of complex surface blade.

关键词： UG8.5；加工工艺；建模；曲面

Key words： UG8.5；processing technology；modeling；surface

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）08-0064-02

0 引言

汽轮机（燃汽轮机）、压气机、航空发动机等装置都是靠各种叶轮或涡轮机来工作的，它们的叶片表面都是由形状比较复杂的空间曲面构成的，叶片的加工精度直接影响着整个动力装置的性能。因为不同装置对叶轮的要求有所差别，所以叶片表面的成形规律也不尽相同，而叶片的成形规则决定于叶片表面的加工方法。

UG是Unigraphics的缩写，该软件是集成机械化的CAD/CAM/CAE软件，在复杂曲面造型、装配处理速度以及绘图效率等方面有很强的优越性，目前广泛用于航空、航天、汽车、模具、通用机械和家用电器等领域。软件每一次版本的更新都体现了UG公司在工业设计软件开发中的专业、创新，而UG8.5则是集众多优点于一身，操作方便、功能强大的设计软件。对于共轭映射复杂曲面来说，则需依靠该软件中的自由形状曲面建模，它具有设计高级自由外形的能力，支持曲面和实体建模的创建。NX8.5所建立的3D曲面模型，将成为整个设计生产流程的核心，它可以接受及输出完整的文件资料，对复杂曲面进行精确而完整的几何分析，这将为后续叶片的精确加工提供强有力的理论基础。

1 叶片的曲面造型

1.1 数据导入 将预先设计好的叶片的离散点数据编译成UGNX8.5所能识别的文件，并存储。运用软件内的样条曲线命令将叶片上的离散数据点拟合成光滑的闭合曲线。

1.2 二维曲线的形成 根据以上数据，在选定的基准面上画出点及曲线，封闭曲线的两端部并不是相同半径的圆弧，所以怎样勾画出连续的并且光滑的封闭曲线是曲面造型的重点。对于前边缘的曲率，叶片身部的曲率几乎没有，叶片前端的局部可以简化为与圆弧相切的两条直线，再将两端圆弧与中间曲线连接，对圆弧进行修整剪切，再对连接的曲线进行光顺，形成封闭的曲线。

1.3 三维造型的实现 利用UG中自由曲面成型中的通过曲线（Through Curve）功能将曲线拟合成曲面时，每条样条的切线方向必须相同，否则拟合成的曲面将会发生空间扭曲。若已经形成方向不一致的曲线，可用分割曲线的方法，在曲线上重新设立起始点，以改变起始点的方向，之后再进行合并，形成3D图如图1所示。

2 加工工艺及编程方法

2.1 叶片加工工艺（如图2所示）

2.2 五轴联动数控编程方法

①产品毛坯面测量。对于较大尺寸的叶片来说，为了节省材料及缩短加工周期，往往采用浇铸的方式获得半成品，由于浇铸的产品毛坯厚度尺寸分布不均匀，余量也就不均匀，所以采用3D测量技术对毛坯表面进行数据测量，以达到加工余量均匀分布的最好装夹位置。

②曲面建模。根据测量数据设计出叶片曲面的三维模型，以满足下面自动生成NC加工的程序代码。

③刀具路径计算。根据测量叶片建模后的曲面三维数据，从而设定加工曲面、设定切削用量和加工刀具数据，进行刀具路径的计算。

④加工模拟仿真及干涉检查。根据刀具路径在软件图形中对图形进行模拟加工，并检查刀具的干涉情况，以保证真实加工时的安全。

⑤程序后处理。在刀具路径仿真结束后，运用后处理程序对刀具路径进行后置处理，生成对应机床设备的数控加工NC代码。

3 小结

本文应用UGNX8.5软件进行自由曲面造型，对叶片的曲面造型进行了分析及造型时主要的步骤作出了详细说明，在叶片曲面的加工工艺及数控编程方法上作者也详细给出了步骤，实践表明应用UG软件的曲面造型功能，使叶片的设计开发变得精确，进一步提高了叶片的设计效率和加工精度。本文主要说明了关键加工过程的加工方法，至于实际加工参数设置并未进行详细说明，加工方法的选择直接影响加工效率与表面结构参数。

参考文献：

[1]杨建明.数控加工工艺与编程[M].北京理工大学出版社，2006.

[2]汪光远.血浆叶轮四轴数控加工方法[J].制造技术与机床，2008（10）：117-119.

[3]顾京，王振宇.UG软件在导风轮制造中的应用[J].现代制造工程，2005（12）：127-129.

[4]肖世宏.UG NX5数控加工[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[5]王文平，赵跃文.基于UG的可变轴加工与后置处理[J].新技术新工艺，2006（6）：11-13.