整体式叶轮曲面造型的分型及分向光顺方法

第 8期 2 0 1 4年 8月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi n e r y De s i g n Ma n u f a c t ur e 1 1 5 整体式叶轮 曲面造型的分型及分向光顺方法 赵军 吴松 林 汪晓程 1 西京学院 研究生部 陕西 西安7 1 0 1 2 3 2 空军驻深圳军代表处 广东 深圳5 1 8 0 5 2 摘要 整体式叶轮是发动机的关键部件 叶片的三维造型又是 叶轮设计的难点 同时也是影响发 动机 叶轮性能 的重要 因素 针对五轴数控加工中心加工整体式叶轮时叶片表面质量较差的问题 总结出了一套基于 U G软件的曲线 曲面分 型及分向光顺方法 使曲面造型的光顺效果得到显著地改善 从而提高了实际加工时整体式叶轮叶片的表 面质量 实 例表明 此方法便捷 有效 可明显改善叶片表面质量 满足工程实际的使用要求 为整体式叶轮叶片复杂曲面的模型 建立提供 了思路和 方法 关键词 五轴数控加工中心 整体式叶轮 表面质量 曲面光顺 中图分类号 T H1 6 V 2 3 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 4 0 8 一 O l 1 5 一 o 3 Smo o t h i n g Me t h o d s B a s e d Pa n e m a n d Di r e c t i o n f o r Su r f a c e s Mo d e l i n g o f I n t e g r a l I mp e l l e r Z HAO J u n WU S o n g l i n WANG Xi a o c h e n g 2 1 F a c u h y o f G r a d u a t e X i j i n g U n i v e r s i t y S h a n x i X i a n 7 1 0 1 2 3 C h i n a 2 D e p t o f A i r F o r c e Mi l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e i n S h e n z h e n G u a n g d o n g S h e n z h e n 5 1 8 0 5 2 C h i n a Ab s t r a c t I n t e g r a l i m p e l l e r i s a k e y p a r t o fe n g i n e a n d t h e 3 D mo d e l i n g ofb l a d e is d iffi c u l t i n t h e i m p e l l e r d e s i g n w h i c h i s a l s o肌 i m p o r t a n t f a c t o r t h a t a f f e c t s e n g p e 矿 0 r m删 e Ai m e d at i m p r o v i n gt h e p o o r e r q u a l i t y o fb l ade s u a c e s ma c h i n e d b y fiv e a x is N C m a c h i n i n g c e n t e r t h e s m o o t h i n gm e t h o d s w h i c h c u r v e s a n d S U r ace s a r e acc o r d i n g ly d i v i d e d i n t o d iff e r e n t p a t t e r n a n d d i r e c t io n ace p r e s e n t e d o n t h e b a s is ofU G S m o o t h i n g r e s u l t s oft h e s u C ace s mo del i n g a n d q u a l i t y ofi n t e gral i m p e l l e r b l ade i n act u a l m a c h i n i n g are i n c r e ase d s i g n ific ant l y T h e e x p e r i m e n t s h o w s t h at t h e m e t h o d is c o n v e n i e n t and e ffe c t iv e t o i m p r o v e b l a d e s u g C ace q u al i a n d me e t t h e d e mand ofp r act i c al e n gi n e e r i n g The d e s i g n r o u t e a n d me t h o d ar e p r o v i d e d f o r t h e c o m p l e x s u r f c e s m o d e l ofi n t e gra l i m p e l l e r b l a d e Ke y Wo r d s Ma c h i n i n g C e n t e r I n t e g r a l I mp e l l e r S u r f a c e Qu a fi t y S u r f a c e s S mo o t h i n g 1 引言 叶轮类零件是一类具有代表性且造型比较规范的 典型的 通道类复杂零件 它在航空航天 能源动力 石油化工 冶金等行 业中均有广泛应用 其中整体式叶轮作为发动机的动力核心部 件 具有结构复杂 种类繁多的特点 l1 而叶轮叶片大多是由非可 展直纹面和自由曲面构成的 使得叶片型面结构十分复杂 在工 程实际中 许多情况下需要根据已有的叶轮实体进行逆向工程 在三维软件中反求设计叶轮模型 而实际采集到的数据点往往会 受到叶轮实体表面质量 测量仪器精度 测量员测量方法等相关 因素的影响 使得测量结果与理论设计产生偏差 叶轮叶片在软 件中的模型建立也变得十分困难 所以 在整体式叶轮三维复杂 曲面造型实践过程中 研究如何处理型面数据点以及选择合适的 曲线曲面编辑 光顺方法 使构造的复杂叶片曲面满足整体式叶 轮表面连续性的要求 对于从数控加工工艺源头上保证整体叶轮 的加工质量 提高整体叶轮的动平衡性 满足发动机性能需要具 有重要的实际意义 近年来 有关整体式叶轮复杂曲面造型的文献 主要是针对 通过理论型面数据拟合曲线曲面方法进行讨论 简单介绍光顺曲 线曲面的方法 或介绍了反求设计的数据处理方法 而没有从实 践的角度利用逆向工程中反求得到的型面数据点 对如何进行分 型面 分方向光顺曲线曲面 快速得到高质量叶片复杂曲面的论 述 通过实例说明了在整体式叶轮叶片的反求设计中 曲面造 型的具体过程 提出了对叶片进行分型面的数据处理 以及对曲 线曲面进行分型面 分方向的光顺方法 利用该方法可以减小数 据测量时型面突变对于的叶片表面一致性的不利影响 使模型更 接近理论型面 从而提高数控加工叶片的表面质量 2叶轮造型数据点 叶片数据点的获得方法通常有两种 1 根据流体力学原理 计算出来的沿叶高方向上的截面型值点数据 通过这种