叶片建模论文范文（精选7篇）
叶片建模论文 第1篇
1叶片模型的建立
假定叶片在二维不可压、无粘性、无旋流中 (如图1) 。
假定结构非线性比气动非线性严重的多, 叶片俯仰角度在10°以下, 系统运动方程归一化后为:
其中分别是关于弹性轴的无量纲气动升力和无量纲气动力矩。
尽管Wagner函数φ (τ) 是包含改进Bessel函数的积分表达式, 即气动时间尺度上无穷维, 近似表达式为:
其中,
根据莱布尼茨定理:
将式 (6) ～ (7) 代入式 (4) 和 (5) , 可以将非定常气动升力和力矩表示为两个线性一阶常微分方程。加上式 (3) 系统四个力学自由度, 得到六维相空间上的一组方程来描述流体产生的振动。
2叶片颤振分析
2.1叶片颤振数值分析
采用龙格库塔法积分, 分别计算其在, 在[00.1000000]初始条件下0～50s内相轨迹图和沉浮位移相应, 得到相应图象。
根据图象, 当时, 系统稳定, 沉浮位移随时间变化而衰减;当时系统稳定, 沉浮位移稳态响应随时间变化而保持不变;当时系统不稳定, 沉浮位移稳态响应随时间变化为发散。
2.2叶片霍普夫分岔分析
选取为分岔参数, 其雅可比矩阵在分岔点处特征根为:±1.4856i, -1.3144, -0.2362±0.8950i, -0.3779, -0.1086, -0.0154。
引入非奇异线性变换xX=PY, 其中P每一列为雅克比矩阵每个特征值对应的特征向量, 特别的是复数特征值对应的两列分别是对应特征向量的实部和虚部。系统化为:
将式 (1) 代入计算中心流形Mathmatica程序中, 得
Guckenheimer和Holmes证明判断霍普夫分岔类型的e cλ能由以下算式计算:
将式 (2) 代入式 (3) 中, 得57.2708 10 0e cλ-=-×<为超临界霍普夫 (Hopf) 分岔。
3 结语
本章对单叶片系统进行了建模将系统用时域上一系列微分方程来描述。对建立的数学模型转化为状态空间方程, 运用状态空间方程计算出临界颤振速度, 采用中心流形和规范型相结合的非线性分析方法对气弹耦合模型进行了稳定性分析, 计算得出了霍普夫分岔的类型。
摘要：颤振是指弹性结构体系外部扰流的流线体诱发的自激振动。本文建立了单叶片系统的气弹耦合状态空间方程;对状态方程进行了数值分析, 采用中心流形和规范型相结合的非线性分析方法对气弹耦合模型进行了稳定性分析, 计算得出了霍普夫分岔的类型。
关键词：叶片,气弹耦合,颤振,霍普夫分岔
参考文献
[1]Pavel Chamara.Nonlinear dynamics of flutter instability inaeroelastic systems.PhD Thesis[D], State Technical Universityof Saint Petersburg, 1998.
[2]Y.C.Fung.An Introduction to the theory of Aeroelasticity[M].Dover.1993.
复合型线叶片叶轮的设计与建模 第2篇
低比转速离心泵叶轮的轴面图比较狭窄,叶片几乎全部在轴面流道的径向部分,各流线上叶片进出口速度三角形基本相同,叶片进口边上各点圆周速度和轴面速度相差都不大,叶片扭曲很小,对叶轮的水力效率不致产生显著影响[1]。圆柱形叶片造型简单,成本较低,因此低比转速叶轮广泛采用圆柱形叶片。由于低比转速叶轮内逆压梯度很高,叶片表面脱流的可能性较大,从而产生严重的水力损失,大幅度降低泵的效率,所以设计出性能优良的叶轮叶片具有重要的意义。
1 理论分析
由于圆弧型曲线易加工,工程上常常采用单段或多段圆弧进行叶片造型设计。单圆弧叶片的平面投影见图1,β角(叶片型线上某点的切线与叶轮旋转方向的夹角)与幅角θ角的关系为[2]:
undefined。 (1)
对式(1)进行求导,并令导数等于0,当undefined时,β有极大值,undefined即随着θ的增大,β经历一个先增大后减小的过程,单圆弧叶片的这一特性是造成叶片流道间脱流的重要原因。为了解决这一问题,本文采用变角螺旋线进行叶片的造型设计,变角螺旋线的极坐标方程为:
undefined。 (2)
β与θ的关系为:
undefined。 (3)
包角为:
undefined。 (4)
由式(3)可知,β与θ呈线性规律变化,即随着曲线幅角θ从0o单调地增长到φ,安放角β也单调地从β1过渡到β2,中间没有出现极值。这一特点能很好地抑制叶轮流道间液体与叶片的分离。
另外,离心泵叶轮叶片的长度与包角有关,包角越大,叶片越长,当量扩散角变小,叶轮对水流的约束增强,叶轮内脱流的可能性减小,但这样会使摩擦损失加大,效率降低[3]。所以,理论上,在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在最优的叶片包角。对于单圆弧叶片,包角的大小是由叶片的进出口条件(R1、R2、β1、β2)决定,不能进行调整。一些低比转速叶轮经常出现因叶片过短而发生脱流的现象,但若采用变角螺旋线会使得叶片包角过大,为此可以拼接变角螺旋线与对数螺旋线实现叶片的造型,以使叶片包角在一定的范围内调整。对数螺旋线的极坐标方程为:
r=R1·eθtanβ2 。 (5)
包角为:
φ=cotβ·ln(R2/R1) 。 (6)
该曲线上任意点处的安放角保持为常数,即:
β=β1 。 (7)
图2为拼接两曲线后得到的复合型线叶轮的平面投影,入口前一段为变角螺旋线,其进口参数为R1、β1,出口参数为Rm、β2。其中Rm为第一段曲线终止点的半径。由式(4)可得这段曲线包角φ1为:
undefined。 (8)
入口后一段为对数螺旋线,其进口参数为Rm、β2,出口参数为R2、β2,由式(6)可得这段曲线包角φ2为:
φ2=cotβ2·ln(R2/Rm) 。 (9)
叶片包角为:
undefined。 (10)
该曲线的平面安放角β的变化规律为:当θ=0时,β=β1,随θ增大到φ1,β从β1按线性规律增加到β2,这时第一段曲线结束。随θ由φ1继续增大到φ,β=β2保持不变,平面安放角实现了随幅角单调增加的目的。拼接两曲线进行设计时,先选择最优包角,根据式(10)可得到连接点处半径Rm,由式(8)可以算出连接点处的包角。拼接两曲线后叶片的型线方程为分段函数。用数学知识可以证明这两曲线在连接点处连续,并有连续的一阶导数,因为计算过程简单这里不必给出。
2 三维实体建模
在进行叶轮设计时应先绘制叶轮轴面投影,绘制叶轮轴面图的过程实际上就是检查流道过流断面变化情况的过程。过流断面面积的变化直接影响离心泵内流体的运动情况,流道面积变化不规则,将会使流道内流体的流动速度发生不规则的变化,增加水力损失。关于叶轮轴面投影的绘制,文献[4]作了详细的介绍,这里不再赘述,在Pro/E中直接绘出叶轮轴面投影,如图3所示。轴面投影完成后,利用Pro/E的旋转特征即绘制成叶轮的前后盖板。
由于本文采用的是高次曲线,用描点的方法画起来比较困难,在Pro/E中用插入曲线的方式可以绘制高次曲线。具体步骤如下:单击【插入】、【模型基准】、【曲线】,然后点击【从方程】,选择【柱坐标】即可打开一个记事本,在记事本中输入下列程序绘制变角螺旋线:
r1=25 /*叶轮入口半径
r2=90 /*两曲线连接点处半径
B1=25 /*叶片入口角
B2=40 /*叶片出口角
fb=(ln(r2/r1))*(B2-B1)/ln(cos(B1)/cos(B2)) /*变角螺旋线包角
theta=t*fb
r=r1*(cos(B1)/cos(((B2-B1)/fb)*theta+B1))^(fb/(B2-B1)) /*变角螺旋线方程
z=0
用同样的方法完成对数螺旋线的绘制,具体程序如下:
r1=25 /*叶轮入口半径
r2=90 /*两曲线连接点处半径
r3=106 /*叶轮出口半径
B1=25 /*叶片入口角
B2=40 /*叶片出口角
fb1=(ln(r2/r1))*(B2-B1)/ln(cos(B1)/cos(B2)) /*变角螺旋线包角
fa=ln(r3/r2)/tan(B2)*180/pi /*对数螺旋线包角
theta=fa*t+fb1
r=r2*exp((theta-fb1)*pi/180*tan(B2))/*对数螺旋线方程
z=0
在Pro/E中绘出的叶片骨线图形见图4,叶片骨线图形完成后,利用Pro/E中拉伸曲面的特征操作,叶片拉伸的高度和叶轮进口宽度相等,然后以叶轮前盖板的轮廓线为草绘曲线,用旋转去除材料的方式切去多余的叶片,这样就完成了一个叶片的三维造型。接下来对叶片进行阵列操作,得到叶轮的三维实体模型,见图5。
3 设计实例
本文对一台单级清水泵进行了数值模拟,其性能参数如下:扬程H=60m;流量Q=47m3/h;比转速ns=49;转速n=2 900r/min;叶轮入口直径D1=54mm;叶轮出口直径D2=212mm;叶片入口角β1=25o;叶片出口角β2=40o。
原型泵采用的是单圆弧叶片,对其进行三维建模,并用fluent软件进行了仿真计算。图6为中间流面的相对速度矢量图,可以看出叶轮内介质的流动比较紊乱,有二次回流,并且在叶轮入口处有脱流产生。
在不改变叶轮参数的情况下进行改型设计,采用复合型线叶片,进行仿真计算后,从中间流面的相对速度矢量图(见图7)可以看出速度分布比较均匀,叶片间没有产生脱流,虽然在流道内也有了回流,这可能是由于两叶片间的距离过宽而产生的。因此可以得出拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行叶片的造型设计,能够很好地减少叶片间的脱流,改善流场的水力性能,提高叶轮设计质量。
摘要：针对单圆弧叶片流道内容易产生脱流及圆柱形叶片包角不能调整而增加水力损失这一问题,提出了拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行圆柱形叶片设计的方法,用Pro/E完成了这种叶轮的建模,并用fluent流体分析软件对叶轮进行了模拟计算。结果表明这种复合型线的叶片可以改善叶轮的内部流动。
关键词：离心泵,叶片,叶轮设计,Pro/E
参考文献
[1]陈乃祥,吴玉林.离心泵[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]严敬.对几种圆柱形叶片的分析与研究[J].排灌机械,2001(1):14-17.
[3]王江祥.离心泵叶轮叶片进口角和包角的优化设计[J].排灌机械,1996(2):4-10.
叶片建模论文 第3篇
叶片是风力机、水轮机、推进器等装置的关键部件,构型复杂,加工难度大,传统方法不可能完成零件的设计制造。随着CAD/CAM技术的发展,精确设计制造叶片等曲面零件成为现实。
1 风力机叶片参数选择与计算
如表1所示。
Profi li翼型设计软件是专业翼型设计分析软件,有丰富的翼型数据库,windows界面易学易用。本文以该软件为基础进行翼型的选择和NACA4412翼型DAT文件数据的输出。NACA4412翼型最大厚度为12.02%,位置在30.0%的翼弦;最大曲面4.00%,在40.0%的翼弦。
2 设计思路
叶片设计主要集中在0.2R-R部分,小于0.2R部分主要考虑轮毂配合及强度需要。现计算各叶素的弦长和安装角。
从半径0.2R(0.24m)到R(1.2m)处分成8段,每段0.12m。
叶片设计参数如表2所示。
3 叶片各个截面空间坐标的变换原理
1)建立翼型的原始二维图像,原始二维图像的坐标以前缘为原点、弦线方向为X轴,然后把这些翼型数据进行平移变换,保持弦线方向为X轴,原点移到气动中心。
变换公式:(X1,Y1)=(X0,Y0)-(Xq,Yq)
式中:(Xq,Yq)为气动中心坐标。
2)原始数据平移变换后,由于点的坐标是以弦长为单位值时的坐标,所以还需要乘以弦长,把(X1,Y1)转换为相应弦长处各离散点坐标(X2,Y2),设C为弦长。
变换公式:(X2,Y2)=C×(X1,Y1)
3)点(X2,Y2)经过旋转变换得到叶片空间实际坐标(X,Y,Z)下的一系列离散点。变换公式:
4 利用EXCEL计算叶片翼型空间坐标
1)输入X0、Y0坐标
打开NACA4412.dat文件,然后输入EXCEL中的E列、F列。如图1所示。
2)输入弦长、安装角、气动中心点坐标
弦长、安装角要分别输入A列B列,首先计算弦长为0.189m、安装角为0.326时第一个截面的各点坐标。第二次输入弦长为0.154m、安装角为0.229时第二个截面的各点坐标,最后一次输入弦长为0.056m、安装角为0.005时第8个截面的各点坐标。气动中心X点坐标输入C列、Y坐标输入D列。编辑公式C1=0.3×A1,D=0输入。
在G列中编辑公式G1=E1-C1代表X1;
在H列中编辑公式H1=F1-D1代表Y1;
在J列中编辑公式
J1=G1×COS(B1)-H1×SIN(B1)代表X;
在K列中编辑公式
K1=G1×SIN(B1)+H1×COS(B1)代表Y。
利用EXCEL的智能拖动功能计算第一个截面的其他点的坐标。
由于所求的X、Y数据单位是米,需要乘以1000转换成mm。计算过程如图2所示。
将里面的数据保存成TXT文件,文件名命名为1.txt。同样的道理,输出其余截面的数据,建立起2.txt,3.txt,…,8.txt。
5 CAXA实体设计建模
打开CAXA实体设计2011,点击“生成”菜单>“曲线”>“三维曲线”,单击“三维曲线”>“输入样条曲线”,弹出输入3D样条曲线对话框。点击“浏览”,输入1.txt,然后将3D曲线转换成草图曲线,同理输入其他8个文件,分别进行转换。
选中所有曲线进行“放样”,弹出“从一个二维轮廓创建放样特征创建放样”对话框,生成类型选择“曲面”,选择确定。叶片曲面生成。如图3所示。
6 CAXA实体设计数据输出
由于要进一步研究叶片等曲面类零件的加工,需要将CAXA实体设计的数据输出到CAXA制造工程师中。下面介绍一下步骤:
1)点击“工具”>“加载应用程序”,系统弹出加载应用程序对话框。选中“Export Sld To ME”应用程序,点击确定。如图4所示。
2)点击“工具”>“自定义”,系统弹出自定义对话框。点击工具栏,在里面选中“Export Sld To ME TB 1”,点击关闭。此时出现加载应用程序工具栏。点击即可。如图5所示。
3)在CAXA制造工程师中,选中“文件”>“CAXA实体设计数据”,此时实体设计刚刚输出的数据就读到CAXA制造工程师里面了。
摘要：本文以Profili软件和CAXA实体设计软件为平台,针对小型风力发电机的叶片给出了参数化的建模方法。为提高建模的准确性和效率,采用了EXECL软件求解叶片各截面在空间位置的三维坐标的方法进行建模。为进一步研究利用CAXA制造工程师对叶片的加工,给出了实体设计中的文件输出的办法。
关键词：CAXA,叶片,建模
参考文献
[1]徐浩,朱益红,韩建景.一种新型小型风力发电机叶片建模方法研究[J].电气制造.2011,05.
[2]卢继平,唐水源,左建华.基于UGⅡ的叶片建模与加工[J].北京理工大学学报.2004,04.
[3]杨涛,李伟,张丹丹.风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究[J].机械设计与制造.2010,7.
发动机叶片曲面的建模与数控加工 第4篇
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.
叶片建模论文 第5篇
目前国外著名的刀具公司设计刀具的方式基本上都是三维数字化设计。而对于刀具三维数字化设计方法, 国外公司对买方是封闭的。国外公司只为买方打印效果图, 国内公司很难知晓国外公司的刀具三维设计思路和方法。当前国内企业在刀具设计中大多还是由设计人员进行交互式的二维绘图, 直接调用已有的设计结果或经过局部修改产生新的非标刀具来实现的。然而非标刀具与标准刀具不同, 标准刀具的参数已基本确定, 各个尺寸的关系也很明确。对于非标刀具, 设计者的局部修改则经常会导致非标刀具的一些尺寸关系的不合理, 甚至面目全非, 也给刀具加工部门带来了极大的困难。
1 系统的体系结构和主要内容
本文以UG软件作为支撑平台, 以VC++及Sql Server作为开发环境, 设计叶片铣削加工用非标刀具的三维设计软件, 对UG二次开发技术、三维参数化建模方法、数据库技术、接口设计等方面进行研究。主要内容如下:
(1) 参数化建模技术。借助UG的特征创建技术和参数化技术功能, 对系统的三维参数化建模技术进行研究, 实现刀具的三维参数化建模。
(2) 数据库技术。建立刀具的参数库且能够对参数库进行维护, 系统可以调用数据库中数据用于刀具的建模并可将设计好的刀具存入指定的数据库中供后续工作调用。
(3) 系统界面设计技术。利用UG及VC++界面技术编制对用户友好的参数输入及数据选择界面。包括界面总体设计思想、界面设计关键技术、子模块接口设计。
如图1为本文的结构框图, 系统主要包括以下结构。
2 UG二次开发技术及MFC技术
UG是集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程设计辅助系统, 该软件能适应多种复杂的曲面造型和参数化实体造型, 可以直观、准确地反映零件、组件之间的装配关系, 使产品实现无图纸化生产, 并可使产品设计、工装设计和制造等工作并行开展, 适用于各种产品的设计与开发。UG采用基于特征的实体造型, 具有尺寸驱动编辑功能和统一的数据库, 实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换功能, 被广泛的应用在数控加工中, 可以进行2轴~5轴联动的复杂曲面加工和键铣。
同时UG又具有以下特点:知识驱动自动化、基于系统的建模、集成的协作、开放式设计。
UG/Open[2]是UG开发工具的总称。以开放性架构面向不同软件平台提供灵活的开发支持。用户可以根据不同的需求, 按照实际条件来选择二次开发工具对系统进行用户化定制和开发。UG/Open包括以下几个部分:UG/Open Menu Script, UG/Open UI Style, UG/Open API, UG/Open Grip以及User Tools。其中UG/Open Menu Script, UG/Open UI Style以及User Tools是用户界面开发工具;而UG/Open API和UG/Open Grip是用户开发语言。其功能简介如图2所示。
3 刀具三维参数化设计
参数化设计是指在零件或部件形状的基础上, 用一组尺寸参数和约束定义几何图形的形状和大小。尺寸参数和约束与几何图形有显式的对应关系, 当尺寸或约束发生改变时, 几何图形也会发生相应的变化, 达到驱动该几何图形的目的, 充分反映了设计过程中设计者的设计理念。
目前, 常用的参数化设计方法分为图形交互设计和完全编程方法两种。图形交互设计是指通过三维模型和程序控制相结合的方式, 三维模型通过CAD环境的交互界面来创建, 在创建好的三维模型基础上, 根据部件的设计要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数[3]。参数化程序针对该部件的设计参数进行编程, 实现设计参数的查询、修改, 根据新的参数值更新模型从而实现设计变更。图形交互设计方式是在产品设计中不可缺少的方法。完全编程方法是指在现在的CAD系统基础上, 利用二次开发接口、高级语言和数据库等相关技术来定义产品的参数化模型, 并支持对参数库的建立、管理和使用, 是一种高级的参数化设计方法。UG环境下参数化编程方法主要有UG/Open API编程、UG/Open Grip编程以及二者混合编程3种。
本文中涉及到的刀具根据具体情况分别采用了不同的设计方法。铲齿成形铣刀采用了完全编程的方式, 其他刀具采用了图形交互设计的方式。
铲齿成型铣刀设计过程中的基本参数有以下8个:齿数z, 前角r0z, 外径D, 轴孔直径d1, 键槽宽jck, 键槽顶距H (注:最新国家标准中已经取消了孔径和键槽二者之间的推荐尺寸关系) , 齿宽kd, 铲背量k。
这些参数由用户通过界面输入并由程序传递给参数化模型, 驱动刀具的齿数和尺寸等的改变, 生成用户需要的刀具。
在启动UG软件前, 在“我的电脑”单击鼠标右键, 在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令, 在弹出的对话框中切换到“高级”选项卡, 在该选项卡中单击“环境变量”按钮, 注册环境变量, 其变量名为UGII_USER_DIR, 变量值为E:UG_program (自定义目录, 用于存放二次开发生成的各种文件)
系统启动后会在UG主界面上加载菜单“铣刀参数化设计”, 单击后又会出现二级菜单, 如图5所示, 图6为三面刃铣刀参数化界面。
4 结论
叶片类的刀具设计与UG技术的完美结合, 必将叶片铣削用非标刀具的设计水平提高到一个全新的层次上。对标准规范化、减少工作量、提高生产率和设计质量起到明显的作用。参数化的特征造型不仅能表达机械零件的底层几何信息, 而且可从具有工程意义的较高层次上对产品进行表达和建模, 有效支持产品整个生命周期内的各个环节。因此, 特征造型是将设计与质量计算、工程分析、数控加工编程等环节联结起来的纽带。
在产品设计时, 充分运用先进的CAD软件, 进行相关参数化设计, 可以有效地提高设计效率, 缩短产品的开发周期。在对产品性能进行优化及升级改造时, 可以依据原有的设计对参数进行调整, 自动实现对零件模型的更新, 减少再设计时大量的重复性工作, 从而减低产品的成本并提升企业的竞争力。
参考文献
[1]乐兑谦.金属切削刀具[M].北京:机械工业出版社, 1992.
[2]王庆林.UG/Open Grip实用编程基础[M].北京:清华大学出版社, 2002.
[3]张晋西.VisualBasic与AutoCAD二次开发.清华大学出版社, 2002.
[4]张宁.基于UG的刀具CAD系统开发及三维参数化零件库研究[D].西安:西北工业大学, 2005.
[5]胡新蕾.基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析[D].西安:青岛大学, 2009.
叶片建模论文 第6篇
叶片是汽轮机的核心部件,而汽道又是叶片的关键部位,其加工精度是决定机组出力及热耗性能指标的重要因素。叶片又是汽轮机唯一批量生产的零件,其加工工艺稳定与否不仅影响叶片质量,而且直接影响整个机组的性能。在数控加工中,加工精度又取决于产品的建模精度。汽轮机的叶片总体上由叶冠、叶身及叶根三部分组成[1]。其中叶身是由排汽边圆弧曲面、进汽边圆弧曲面、叶盆曲面和叶背曲面构成的复杂曲面。叶身的精确设计及加工是整个叶片设计加工关键,也是叶片零件三维设计及数控加工中的难点[2]。因此如何保证叶片的精确建模与加工质量,提高效率,显得尤为重要。本文主要介绍如何应用UG NX7软件完成叶片的叶身的三维建模与编制四轴数控加工中心的刀路与程序。
1 叶片的三维建模
叶身的三维造型设计是按照由截面线到曲面的过程完成的,每条截面线由叶盆曲线、叶背曲线、排汽边圆弧曲线和进汽边圆弧曲线四部分组成,如图1所示。三维造型设计时先对截面线的四部分曲线分别造型并连接成一条线,再使用构建曲面的造型技术创建叶身曲面。在UG NX7中的具体的三维造型设计过程如下。
1.1 构建叶片的叶身线框
1)在UG中,利用曲线工具条上的圆、圆弧命令与编辑曲线工具条上的曲线修剪命令构建如图2所示的叶身曲线,并用曲线工具条上的连接曲线命令将四部分连接成一条曲线。
2)利用标准工具条上的变换命令中的圆形整列与旋转子命令绘制如图3所示的叶身曲面的截面曲线。
1.2 构建叶片的叶身
利用曲面工具条上的通过曲线组命令绘制如图4所示的叶身特征。
1.3 构建叶片的叶根等特征
利用特征工具条上的圆柱体与拉伸等命令绘制叶身的叶根等特征,最后叶片的三维模型如图5所示。
2 叶片的四轴数控加工工艺分析
叶片对其加工后的表面质量精度和轮廓尺寸精度要求高。而叶片的叶身较长、叶片壁薄,所以在加工前,根据实际的加工条件对其进行充分加工工艺分析是保证加工质量提高生产效率降低生产成本的充要条件。选用四轴联动的立式铣削中心,数控系统为华中数控。根据零件毛坯的结构特点,一端用三爪卡盘装在A轴上,另一端采用顶尖的安装定位方式。根据叶片叶身的结构特点,粗铣、半精铣、精铣均采用多轴加工方式,只是子类型不一样;粗铣采用可变轴多重深度铣削,刀具采用牛鼻刀,为了既提高生产效率又能保证留给半精加工的余量均匀,粗铣时先以叶身为参照建立了一个比较规则的特征(如图6所示)作为粗铣的工件进行粗铣,然后再以叶身粗铣的工件进行粗铣,这样就既保证留给半精加工的余量均匀又提高粗加工的效率;半精加工采用可变轴轮廓铣,刀具采用R5的球刀,加工余量为0.2;精加工采用可变轴轮廓铣,刀具采用R3的球刀,加工余量为0。
3 叶片的四轴数控加工
根据叶片的数控加工工艺分析,利用UG的CAM的多轴加工模块实现其数控加工程序的编制。
3.1 粗铣叶身的粗铣工件
采用可变轴多重深度铣削方式,粗铣部件如6所示的粗铣工件,驱动方法采用圆柱面驱动,投影矢量为刀轴,轴为4轴(垂直于驱动体),切削方向为默认方向,刀具采用D16R5的硬质合金立铣刀,具体的刀具轨迹如图7所示。此种粗铣的加工优点是:1)切削效率高;2)刀具费用低。
3.2 粗铣叶片的叶身
铣削方式、驱动方法、投影矢量与轴等均与上相同,只是粗铣部件为叶片叶身,部件余量为1 mm,部件偏置余量为6 mm,其刀具轨迹如图8所示。此种粗铣的加工优点是:1)切削效率高;2)留给半精加工的余量够且相对其他方法较均匀。
3.3 半精铣叶片的叶身
采用可变轴轮廓铣削方式,驱动方法等与粗加工相同,只是刀具采用R5的硬质合金球刀,切削模式为螺旋线,余量为0.2mm,具体的刀具轨迹如图9所示。此种加工优点是:1)切削效率高;2)余量均匀。
3.4 精铣叶片的叶身
铣削方式等与半精铣相同只是刀具采用R3的硬质合金球刀,余量为0,转速设高些,切削步长小些,进给速度调小些,具体的刀具轨迹如图10所示。此种加工优点是:1)切削效率高;2)表面质量高。
4 后置处理及加工
叶片的刀位文件生成后,根据使用的加工中心设备,先利用UG的后置构造器构建与该设备相适应的后置处理器,在创建后置处理器时需在程序的开始部分的初始化程序段中添加G64指令以保证设备加工的连续性,然后利用刚构建的后置处理器将叶片的刀位文件生成程序,产生NC代码,最后将生成的数控程序传入四轴联动的加工中心加工。通过实际加工验证,加工的叶片完全满足设计要求,与其他加工方法相比效率有明显的提高。
5 结论
通过上面的叶身的造型与加工,可见UG软件进行曲面造型设计方便、快捷,更容易保证产品的造型精度;其CAM部分更加有利于用户根据产品的结构特点与质量要求以及加工条件设计出既能保证产品质量又能提高生产效率且生产成本较低的要求的数控加工程序。该叶片的建模与加工方法对同类零件的设计与加工具有一定的借鉴意义。
摘要：文章介绍了基于UGNX7汽轮机叶片的三维建模与数控加工的一种方法,应用此方法可以快捷准确的完成叶片的三维设计,可以生成既能保证产品质量又能提高生产效率且生产成本较低的要求的数控加工程序。该叶片的建模与加工方法对同类产品具有一定的借鉴意义。
关键词：UG,叶片,叶身,三维造型,数控加工
参考文献
[1]李朝光,谢龙汉.UGNX5多轴加工及应用实例[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]段忠国.UGNX6.0中文版产品设计[M].北京:北京理工大学出版社,2009.
[3]Unigraphics Solutions Inc.UG高级铣加工应用培训教程[M].北京:清华大学出版社,2002.
叶片建模论文 第7篇
随着科技的进步和制造水平的不断提高, 三维建模软件Unigraphics NX (简称UG) 在汽轮机叶片的加工制造过程中的应用变得越来越重要。在我厂的叶片加工制造过程中, 用于加工叶片汽道的设备为德国的斯特拉格五轴联动机床, 该机床有与之相配的编程软件, 但其所需的输入数据是特定的点数据文件, 且此点数据文件计算繁琐, 数据庞大, 造成编程任务耗时颇高, 准确性也无法得到有效的保证。为了解决以上问题, 需要对叶片汽道的编程加工过程进行改进。
1 改进的措施
结合机床所需输入点数据的结构特点, 并根据我厂叶片加工制造的具体工艺, 我们决定对UG进行二次开发, 编制能够解决这些问题的建模插件, 编制插件所用的语言为UG-GRIP。
按照我厂汽轮机叶片的加工工艺特点, 针对此问题提出的UG二次开发、编制插件所要达到的目标为:通过输入相应的叶片产品尺寸和工艺参数, 能够自动建造出能体现加工汽道之前的叶片状态的三维模型, 之后分别提取出五轴联动机床编程软件所需的汽道及根冠的输入点数据, 最后转化为机床软件所需的文件格式。
按照此目标, 并结合GRIP的语言特点, 我们开发出了如下UG插件:输入表示叶片状态的参数, 包括内背径向尺寸及坐标位置、叶片大肩尺寸、叶片总长、进出汽侧厚度及坐标位置、叶根端面坐标、根冠锥面尺寸等, 见图1, 自动做出叶片的三维实体模型, 见图2;提取出汽道型线圆弧的点坐标, 按照等参数方式提取, 见图3;提取出表示叶片根冠状态的点数据, 即机床所需输入文件数据, 见图4。
提取出的点坐标数据在UG中显示为文本格式, 现在只需再将这些文本格式的文件更改成扩展名为.res和.rbs的文件, 即可导入到机床编程软件中, 进行叶片加工编程, 这个过程极为简便。
在应用GRIP编制插件时, 所采用的编制思路是按照叶片工艺过程顺序进行的, 也就是说, 在应用插件输入数据时, 输入数据的顺序是按照工艺过程的先后进行的。这样做的好处是:既能按照工艺做出编程所需的叶片模型, 也能反过来通过一步步输入参数, 发现工艺之中可能存在的不合理尺寸, 起到反查的作用。
2 二次开发的内容
GRIP语言是UG自带的二次开发语言, 其特点是简便明了, 通俗易懂, 非常适合工艺编程人员学习和运用, 其包含的命令也基本能够满足平时工作的需要。通过一段时间的学习, 已编制出符合我们需求的插件。
因插件程序内容较大, 现截取其中部分如下:
3 结语
之前在进行五轴联动机床叶片汽道数控编程时, 仅输入条件准备工作就需要一天多时间, 应用了此插件之后, 准备工作仅需0.5 h就能完成, 且能保证数据的正确性, 此程序的显著特点是极大地简化了编程工作, 同时也提高了准确率, 对我厂汽轮机叶片的生产起到了降本增效的作用。
摘要：汽轮机叶片加工汽道所用的斯特拉格五轴联动机床, 其编程所需的输入条件为特定的叶片点数据, 点数据计算繁琐, 数据庞大。针对此种问题, 对叶片三维建模软件Unigraphics NX进行二次开发, 编制出所需插件, 从而简化了编程的前期数据准备过程, 既提高了生产效率又降低了出错的概率。