叶轮测量技术范文

2024-05-21

叶轮测量技术范文（精选7篇）

叶轮测量技术第1篇

逆求技术是指通过测量设备准确、快速获得物理原型表面的三维坐标点云数据,再通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的先进技术。实物原型经反求工程技术建立CAD模型之后,可进一步利用CAD/CAE/CAM以及CIMS等先进技术进行处理,复制出实物的样品模型。

逆求技术是当前用于产品开发和仿真加工制造的一种理想的并行设计、开发手段,被放到消化吸收先进技术、大幅度缩短新产品开发周期和增强企业竞争能力的重要地位上。图1为逆求技术的主要组成及流程,其中数据获取是逆向工程实现的基础,也是逆向工程中的关键技术之一,数据获取方法决定了最终CAD模型质量。按测头与被测量物体是否接触,数据获取方法分为接触式和非接触式两种。

与非接触测量方法相比,接触式测量具有噪声低、精度高(可达±0.5um)、重复性好等优点,适用于对较硬的对象进行精密测量,接触式测量比较常用的是三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)。本文以车用增压器压气机叶轮的逆求为例,探讨基于WENZEL Star LH675型三坐标测量仪进行接触式测量的逆求关键技术及过程。

2数据获取

数据获取又称零件数字化, 是指采用某种测量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标。

WENZEL Star LH675型三坐标测量仪有相互垂直的三个轴(三坐标),每个轴上有光栅尺用来读取坐标数据,测量头的功用是发出信号去读取光栅数据。测量头在离开接触表面时,机器读取坐标数据。该测量仪具有法矢量测量的功能,所测数值通过一个16位的A/D转换器处理后,可以得到探针在3D空间内的偏移量,计算出探头球心的三维法矢量方向(即该点的法线在x、y、z方向上的倾角),沿法矢量方向减去探头半径,就得到测点的三坐标值。

压气机叶轮的造型包括叶片的曲面造型和叶轮整体的实体造型两部分。其中压气机叶轮的叶片部分的形状是空间曲面,叶轮的其余部分可看成回转型实体,叶顶曲线和轮径等尺寸决定了其整体外形轮廓,叶根曲线决定了轮毂部分的造型。根据叶轮的造型特点,本文分别对叶片的凹凸面和叶轮的外形轮廓、轮毂部分采用点位测量法,对叶片的进出口圆角采用扫描测量法,只测量叶轮的一对大小叶片。在叶片测量过程中,将叶轮水平放置的工作台面设定为xy面,其垂直方向为z向,如图2所示。等z扫描得到叶片凹凸面的数据,等x(y)扫描得到叶片进出口圆角的数据,最终得到如图3所示的点云数据。

3曲面构建

目前,在逆向工程中主要的曲面构造方案有两种:一是以B样条或非均匀有理B样条曲面为基础的四边曲面构造方案;二是以三角Bezier曲面为基础的三角曲面构造方案。本文根据采集点云的曲率变化趋势,采用第一种方案进行曲面构建,在ImageWare软件中读入测量得到的叶轮表面点云数据,按点—曲线—曲面的数据处理流程,对测量得到的点云数据进行预处理、曲线拟合、曲面重构。

3.1 测量数据预处理

通过观察直接将与数据点集偏离较大的异常点或孤点剔除。在进出口圆角处采用扫描测量法,由于探头与叶轮表面间存在摩擦,测得的点云数据杂点较多,需对其进行平滑处理。图4为处理后的点云。

3.2 曲线拟合

通过拟合得到的曲线类型主要有插值曲线、基于公差的曲线和均匀曲线。插值曲线的优点是曲线非常精确,通过点云上的每个点;缺点是得到的曲线控制点数目较多,造成曲线有抖动现象。均匀曲线通过点云数据的平均位置,控制点在空间上均匀分布,可以调节控制点数量使曲线达到最佳光顺程度;但其拟合精度不高。基于公差的曲线是用户指定一个公差范围,设定曲线控制点的数目,可以控制曲线的误差,允许在偏差范围内控制曲线光顺,因而其精确度和光顺性都可兼顾。根据叶轮叶型曲面高精度、高光顺性要求,本文采用基于公差的曲线来拟合。图5为拟合得到的大叶片凹面边界线。

3.3 曲面重构

复杂曲面零件一般由多张曲面混合而成,其中主要是二次曲面和空间曲面。空间曲面的表示通常为样条曲面和NURBS曲面。本文涉及的叶轮叶型曲面片均为空间曲面,主要在ImageWare中通过4 条边界线、4边及点云等方法创建曲面。首先构建出叶轮一对大小叶片的凹凸面、进出口圆角处的曲面(如图6所示为重构得到的大叶片凹面),然后将各个曲面片延伸、裁剪、连接,最终得出叶型曲面模型,如图7所示。

4实体建模

在点云的测量过程中,除对叶轮的叶型曲面测量外,还分别测量了叶轮的轮毂面、外形轮廓,得到两条截面线点云数据。创建叶轮的轮毂面、外形轮廓等曲面,然后将所有曲面导入CAD软件UG中,进行裁剪、阵列、缝合等操作,得到如图8所示的叶轮实体模型。

5结束语

本文采用三坐标测量机对压气机叶轮复杂曲面进行测量,应用逆求软件ImageWare实现曲面重构,在软件UG中最终生成CAD实体模型,为后续的快速成型加工作了充分的准备。其方法有利于更好地借鉴和吸收国内外的先进技术和经验,进一步改善增压器性能,提高发动机效率。

摘要：根据接触式测量的特点,在实际逆求工作中采用WENZEL Star LH675三坐标测量机对压气机叶轮叶型曲面进行测量,用测量数据通过ImageWare软件重构叶轮叶型曲面,最终创建出叶轮的CAD实体模型。

关键词：逆求,叶轮,接触式测量

参考文献

[1]金涛,童水光.逆向工程技术[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]王霄.逆向工程技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2004.

[3]蔚敬斌.压气机叶轮叶型曲面逆求工程研究[D].中北大学,2006:26-27.

叶轮零件复杂型面测量研究第2篇

关键词：叶轮,复杂型面,NX模型,数据处理,测量误差

0 引言

航空发动机的零部件,如离心叶轮、径向及轴向扩压器、燃气涡轮等,产品型面结构复杂,尺寸要求精度高,在对产品进行检验验收时,型面尺寸用常规测量方法难以实现。为验证产品是否满足使用要求,需要不断研究测量方法,提高测量结果的准确度。

文章重点对离心叶轮三维型面测量方法进行研究,初始考虑采用定制专用工装来实现测量,如型面样板,但难以达到验收效果。通过测量分析,采用了三坐标测量机在型面轮廓上取点,对测量点进行数据处理后,利用NX数模形成三维型线,与理论模型进行对比分析,最终判断零件是否合格,达到测量精度的要求。

1 NX模型的测量过程及原理

1.1 叶轮型面测量要求

叶轮主要有2 种结构形式。一种是叶轮圆周上均匀分布着数个形状完全相同的叶片,叶片的数量有奇数分布,也有偶数分布的;另一种是叶轮圆周上均匀分布着数对形状完全相同的叶片,每对由大、小两个叶片组成,叶片的对数有奇数分布,也有偶数分布的。

在某离心叶轮的技术条件中规定:“叶型对理论叶型单面沿法线方向在前缘处(长6 上)加厚和减薄不大于0.05,其余部分加厚和减薄不大于0.08,剖面之间应平滑过渡。”

1.2 三坐标测量实现过程

对于叶轮复杂型面的测量,常州兰翔机械有限公司主要采用装有PC-DMIS测量软件的三坐标测量机,使用其中的曲线扫描功能模块来实现。通过在复杂型面上连续取点来获得测量点数据。具体操作步骤如下:

步骤1:导入理论叶轮三维数模。打开PC-DMIS软件—导入IGS格式的叶轮三维数模。

步骤2:坐标系的建立。将坐标系原点建立在叶轮基准平面上。用基准圆建立坐标系的另两轴的中心,用叶片远端叶盆和叶背对应点的中点与坐标系中心连线建立第二个轴的方向。在叶轮测量理论数据中叶背远端合适位置选一点记录下坐标值(X,Y,Z),在软件工具条上找到自动测点的功能,并启用该功能,在相应位置输入(X,Y,Z)坐标,在相应矢量位置点击查找矢量,关闭自动测量点的按钮,点击确定按钮,程序中出现该测量点1 就生成了,在该点前加入“手动/模式”,这一点首次测量要手动打点测量,然后打开建立坐标系菜单选中该点,点击最佳拟合建坐标系,选“2 维”,选“仅旋转”,选“工件=CAD”点击确定按钮,第二轴的方向粗建完成。下一个程序语句加入“自动/模式”,对点1 进行自动测量,而后在叶盆上与点1 对应位置测量一点为点2(方法同点1),打开建立坐标系菜单选中点1、点2,点击最佳拟合建坐标系,选“2维”,选“仅旋转”,点击确定按钮。上述测量点1、点2及最佳拟合建坐标系的过程重复多次,直至最佳拟合坐标系的精度满足你的测量要求为止,一般在0.005以内为佳。这个坐标系建完后要保存一个外部坐标系待测量叶轮型面时调用。

步骤3:叶型的测绘主要对型面的叶盆、叶背、前缘、流道的轮廓度进行测量。叶盆、叶背、前缘轮廓度采用等截面的扫描。流道则沿流道的流线方向自上到下进行。

步骤4:测量生成的扫描线利用软件的导出功能,导出文件。

自由曲线扫描叶型时,应根据具体部位确定合理的扫描参数,关键参数是步长、交叉次数、剖切平面的选定。这些参数的选定要根据叶型的曲率来确定。测量前缘步长要小,叶型要大一些,这样生成的前缘曲线较理想。剖切平面主要看按那个轴等截面的扫描就选定这个轴的矢量。

1.3 测量数据处理、建模及分析对比

扫描测量点生成的数据为X,Y,Z,i,j,k值,其中将三坐标扫描的数据点X,Y,Z坐标点提取出来如图1 所示。(注意最后保存的时候文件的后缀名.txt改为.dat,例如yepeng1.dat)。

依据设计要求的数据点在NX软件中建立离心叶轮的理论模型。将图1 中的数据导入NX,按数据点形成实际的测量曲线(注意坐标方向),最后形成的NX理论模型及实际测量型线如图2 所示。

接着,把实际的曲线模型与理论的模型进行对比,得出最终的测量结论。

具体操作如下,在NX中工具栏中找到“分析”下面的“偏差”,选择“检查”命令,在弹出的对话框中,在“类型”一栏里选择“曲线到面”,按要求先选择实际测量后生成的曲线,后选择对应的型面,在“设置”命令下将鼠标点“偏差选项”,选择“所有偏差”命令。

截面曲线到截面的距离误差为1.9847~2.0573。这是测头球心数据,需进行测头的半径补偿。现所用测头半径R为2mm,把距离误差减去R即为实际偏差为-0.0153~+0.0573。对照技术条件中规定“叶型对理论叶型单面沿法线方向在前缘处(长6 上)加厚和减薄不大于0.05,其余部分加厚和减薄不大于0.10”,最大距离误差在其他部位,整个曲线在这个截面上是满足要求的。

如果还想知道具体最大偏差和最小偏差在叶片中的位置,可以在“偏差选项”中,选择“最大偏差”或“最小偏差”命令,可以找出NX模型中距离最大或最小的点。

2 测量误差分析

在实际测量中,由于是三坐标测量机依据零件的A,B基准建立坐标系,从而避免了因基准建立误差导致的测量误差。比对过程中可以根据各条实际型线的差距分析测量误差:如各条实际型线之间差距很小,则基本可以排除测量误差的影响;如各条实际型线之间的间距很大,则有可能是测量误差的影响,具体有以下2 种可能:

(1)如果各条实际型线之间的间距很大,且为交叉结构,说明是因轴向基准偏斜导致的测量误差,即B基准发生了偏斜。其原因有可能是加工过程中整个型面对B基准加工偏或测量过程中B基准面垫起异物。

(2)如果各条实际型线之间的间距很大,且为平行结构,说明是因径向基准偏斜导致的测量误差,即A基准发生了偏斜。其原因有可能是加工过程中整个型面对A基准加工偏或A基准自身圆柱度不好造成的测量误差。

3 模型比对的应用拓展

NX模型比对在所有型面测量中均可应用,包括:离心叶轮异型孔、径向扩压器的叶片型面、叶型孔型面、轴向扩压器的流道型面及其他一些型面测量等。

浅析离心泵叶轮焊接技术第3篇

一、离心泵叶轮冲压焊接技术的发展现状

离心泵叶轮的冲压焊接方式随着时代和科技的发展, 也获得了一定的发展。 (1) 根据其他发达国家现状来说, 国外的冲压焊接技术发展比较快, 科学技术也比较先进, 由最初的生产方式已经开始了向标准化、通用化和系统化的转变和发展, 并且日本申请了多项专利, 要求对其知识产权和其技术进行保护, 外国尤其在近十几年的时间了, 技术的发展更加成熟, 一些大的企业开始使用激光焊接技术, 丹麦格兰富公司, 意大利LOWARA公司等相继采取了机器人进行焊接的技术, 节约了大量人力, 加快了生产效率。 (2) 根据我国来说现状来说, 经过近些年的研究取得了一定的成就, 但是由于我国起步晚, 科学技术水平有所限制, 与外国相比, 还存在一定的差距, 我国基础研究薄弱, 产品的种类较少, 在设计理论上不够成熟, 整体的制造焊接水平都有待进一步提高, 离心泵叶轮的焊接技术会影响水利的性能, 所以提高焊接水平对离心泵的发展具有一定的现实意义。目前, 在我国一些地区, 如广东、浙江、山东等地, 多家企业的研究生产比较先进, 并且取得了一定的成果, 由先进带动整体, 也有一部分产品达到了通化程度高, 密封性好的效果, 但是还没有形成规模。

二、离心泵叶轮冲压焊接技术的特点优势

离心泵叶轮的冲压焊接技术与传统的焊接技术相比较提高了性能, 简化了繁琐的生产过程, 提高了生产速度, 为人们的生产生活带来了很大的便利。

首先提高了离心泵叶轮的工作效率, 达到了高效节能的效果。叶轮对形状和尺寸的要求非常精确, 冲压焊接主要就是通过各个部分的零件的冲模来实现的, 离心泵叶轮冲压焊接表面非常光滑, 摩擦力小, 性能稳定, 表面粗糙度低, 达到了自身的优化效果, 在工作时, 与传统焊接的工况运行和效率相比都有所提高, 所以达到了提高效率, 节约能源的目的。

其次, 节约了生产离心率叶轮的成本, 节省了原材料。冲压焊接技术的利用率很高, 可达到70%以上, 减少了不必要的能源浪费, 节省了材料, 性能不会降低, 重量轻, 节约了成本。

再者, 使用寿命时间增多, 便于维修, 对环境的污染减少。冲压焊接技术在结构上实现了精密的配合, 密度的结构非常简单, 精确度高, 不易发生泄漏事故, 产品的零件可以互换, 即使有部件出现问题, 不会影响整体, 因此对维修起到了方便的作用, 增加了其寿命。随着人们生活水平的提高, 环保意识也在加强, 传统的焊接技术极易造成二次污染, 冲压焊接技术生产过程中全部机械化处理, 不会有废气、废渣、废水的排放, 对保护环境起到了良好的作用。

最后, 可以减少劳动力, 降低了工人的劳动强度。冲压的焊接技术过程减少了繁琐的人工劳动, 不需要金属加工、清砂和翻砂等活动, 使人的劳动强度有所缓解, 而且离心泵叶轮焊接技术与机械相结合, 实现了自动化的生产方式, 可以大批量生产部件, 提高了优越性, 节约了劳动力。

三、离心泵叶轮冲压焊接技术的前景展望

离心泵叶轮焊接技术未来的发展是不可预测的, 科学的进步将会带动离心泵叶轮焊接技术的发展, 叶轮是离心泵的关键部件, 研究提高水泵的效率和分析流体的流动, 对改善离心泵有特别重要的意义, 我们必须了解叶轮内部复杂的机构构造, 目前普遍使用的研究方法是实验研究、理论知识分析、数值数据的模拟实验, 他们使用在不同的范围, 有其自身的特点。理论的进步可以指导实践, 近年来, 随着计算机技术的普及和发展, 为离心泵的设计提供了方便, 数据数值的模拟实验直接利用网络进行, 减少了费用的使用, 而且计算速度快, 提高了准确度。理论分析的结果具有比较普遍性, 可以从规律中方便的知道设计方案, 但是可操作性比较差, 实验研究需要经费的投入, 物力和人力, 而且限制因素比较多, 但是结果比较可信。结合多种方法共同服务于离心泵焊接技术的研究和开发, 其技术将会不断得到提升。

我国从20世纪80年代开始研究离心泵叶轮的冲压焊接技术, 虽然与国外相比我们起步比较晚, 在各个方面都存在差距, 但是我们可以通过研究实验提高离心泵焊机技术的国际竞争力, 向国外学习其先进的技术为我所用。

结束语:我国不断对离心泵叶轮的冲压焊接技术进行有益的探索, 为了在技术上有所提升, 并且也取得了一定的成效, 当然也需要进一步完善, 首先可以在离心泵叶轮的设计制造和形成工艺上进行改进, 其次激光焊接技术属于新生的焊接方式, 它适合自熔焊, 可以形成良好的焊缝, 而且加热速度快, 但是技术不成熟, 激光焊接融化金属的凝固也速度非常快, 容易产生气孔和裂纹, 这些问题需要进一步研究解决。离心泵的使用将被引进生活的方方面面, 需要我们不断努力。

摘要：目前, 随着生活和科技水平的不断提高, 离心泵叶轮焊接技术在生活中应用的十分广泛, 包括石油化工、环保医疗、食品加工、农田民用、煤炭冶金、造船等生活生产的各个领域, 由于人们对离心泵不断提出更高的要求, 使得离心泵叶轮技术也得到了提高, 离心泵的性能逐渐得到了完善, 但其避免不了自身技术的不足, 离心泵部件质量差就会导致流道粗糙, 在加工过程中耗电量非常大, 利用率低, 严重污染空气等不足。本论文首先通过对离心泵叶轮冲压焊接技术的发展现状进行描述, 再利用其他焊接技术与之进行比较, 突出了离心泵叶轮焊接技术的特点优势, 最后对离心泵叶轮冲压焊接技术的前景进行展望, 提出了建设性意见。

混流式水泵叶轮切割技术的应用第4篇

芜湖发电厂四台125MW机组配备四台YJ48I左-23型混流式循环水泵, 其额定工况为:流量19500 m3/h、扬程22m、泵效率84%、轴功率1391kW、转速370r/min、旋转方向顺时针、配套电机功率2000KW。循环水系统为直流循环, 母管制运行。2007年年底因国家政策, 关停小火电, 上大压小, 芜湖发电厂三期两台125MW机组关停, 四期两台机组运行方式改为两泵两机运行方式。两台循泵流量差别小, 循环水泵四季运行流量变化大, 循泵调度方式受到严重制约, 经济性较差。

为了提高和优化循泵运行方式, 降低厂用电率, 电厂决定对循泵进行改造。改造方案有两种, 一种是直接更换新的混流式叶轮、另一种是在现有叶轮上进行切割改造, 降低流量。更换新叶轮, 生产周期长, 泵效基本不能提高, 改造费用高, 改造费用回收周期长。同时受环保政策影响, 四期两台125MW机组运行时间不确定。而叶轮切割改造, 泵效基本不降低, 流量和扬程也能满足使用要求, 改造费用低, 回收周期短。最后电厂决定采用切割叶轮方案。

2 混流叶轮切割原理

泵叶轮的切割, 一般是根据模型相似换算进行。依据泵的流量、扬程等参数, 选定一定型式与一定比转速的模型泵进行相似切割计算。对于模型混流泵来说, 流量、扬程、效率、功率和汽蚀余量可采用下列方程交B点。B点的扬程和流量分别为HB和QB。为使得到HQ性能曲线能通过A点, 切割叶轮。设切割前的实型泵出口边为D′2a、D′2i, 平行切割后出口边为D2a、D2i, 两组D2a、D2i之间关系可用如下关系计算。

因为泵的转速、扬程与直径之间存在着的关系, 所以在转速不变的情况下则, 切割后泵的确定后, 取经验切割系数进行修正, 即可按照修正后尺寸数据进行切割。

3 循泵叶轮切割改造

3.1 改造循泵性能参数分析、选取

3.1.1 流量供需分析

为摸清机组运行实际所需循环水流量, 给循泵改造参数的选定提供准确的参考, 选取2007年6至8月夏季最恶劣工况, 机组满负荷时, 循泵需求流量数据, 具体数据见表1:

从表1可以看出, 随着循环水进水温度的升高, 机组运行所需循环水量显著增加, 在最热天气, 循环水进水温度升高至32℃时, 单台机组带满负荷情况下最大需要15600t/h左右的流量, 其他季节或低负荷下循环水量过剩严重, 经济调度困难。

3.1.2 实际扬程分析

循环水系统为开式冷却系统, 全年的实际循环水扬程受长江水位变化影响较大, 通过历年来的长江水位统计显示, 在循环水泵房进水处, 长江水位夏季最高可达11m, 冬季枯水期只有3.3m左右, 在保证出水母管压力不变的情只下, 循环水泵的扬程变化能达到7.7m H2O。从试验数据看, 长江水位为10.1m, 扬程16m H2O就可以满足运行要求。

3.1.3 循泵改造参数确定

如两泵两机运行时, 循泵流量明显偏大, 循泵电机能耗偏大, 厂用电率高。并且两台循泵流量比较单一, 在机组运行方式变化时, 经济调度困难。所以反复论证后, 考虑不同季节长江水位的变化, 决定将改造后的额定工况, 扬程定在22m H2O左右, 流量不能小于15600t/h。这样既能满足长江低水位时的要求, 又能使泵在高效区附近运行, 同时也能满足单泵单机运行方式。

3.2 叶轮切割改造实施

2008年3月份, 芜湖电厂委托长沙水泵有限公司进行#14循泵切割设计计算。通过模型计算, 绘制性能曲线。在扬程22m H2O条件下, 流量要达到16000t/h。循泵在其工况下各性能参数均能满足运行要求, 性能曲线图如图4。2008年4月份#14循泵解体, 叶轮送长沙水泵有限公司切割加工处理, 叶轮直径由Ф1480mm切割至Ф1443mm, 切割系数0.947。水泵厂切割完成后进行了相关试验后, 叶轮返厂安装, 试运行各项指标均符合设计要求。

4 叶轮切割后循泵性能验收试验

改造后一个月内对其进行了性能试验, 受运行条件限制, 没能实现单母管试验, 而只进行了并列母管试验。母管压力的变化范围为0.12MPa-0.16Mpa。

计算方法:

1) 扬程H= (P2-P1) ×106/ (gρ) +Z2-Z1+ (v22-v12) / (2g) m

式中P1、P2:泵的进、出口压力, MPa;Z1、Z2:泵的进、出口压力表到基准面的垂直距离, m;v1、v2:泵的进、出口压力取压点处的流速, 根据流量及管道内径计算出, m/s;g:当地重力加速度, m/s2;ρ:循环水密度, kg/m3。

2) 有效功率N=QH gρ/ (3.6×106) kW, 式中Q为循环水流量, m3/h。

3) 效率η=N/Ng×100%, 式中Ng为电机耗功, k W。

5 改造后经济效益分析

从试验结果看, 循环水泵改造后, 循环水泵电机定子线圈线电流值由原先的180~190A下降到145~150 A, 功率下降了300~390KW。为摸清循泵改造后, 实际节能效果, 我们对2008年#14循泵实际运行时间进行了统计分析 (具体见表2) , 从统计计算可以看出, 循泵改造后一年节约厂用电量约220万kwh, 直接创收益82万多元, 而整个改造投资费用仅6万元, 改造取得了良好经济效益。

参考文献

虚拟技术在叶轮加工中的应用第5篇

叶轮类零件广泛应用于军工、能源等领域,如发动机叶轮、水泵叶轮等。对于精度要求较高的叶轮,一般采用整体铣削加工。叶轮的结构特点是曲面复杂且相邻叶片间空间较小,随着半径的减小,通道越来越窄,加工时刀轴矢量变化频繁,在加工中极易出现撞刀等问题。因此,在实际加工前利用仿真的方法解决好加工过程中的过切、干涉与碰撞、降低生产成本、提高加工效率、优化工艺参数等一系列难题是非常必要的。

为实现加工仿真,首先利用三维软件UG的叶轮加工模块生成整体叶轮加工的加工程序,然后利用数控加工仿真软件VERICUT完成加工的仿真及优化。

2 基于UG的叶轮五轴数控加工

UG7.5中新增的叶轮加工模块(mill_multi_blade)无需利用插补方式设置刀轴方向,使叶轮加工程序的生成简单化,减少了不合理的刀路,是叶轮多轴加工程序生成的一个突破性进展。以带分流片的叶轮为例,其直径为300mm,高为60mm,材质为铝合金。五轴数控机床加工整体叶轮的加工工序步骤为:流道粗加工;叶片精加工;分流片精加工;流道精加工;叶片与轮毂间的清根铣削。基于UG7.5叶轮加工模块的数控编程方法如下:

(1)打开UG7.5调入叶轮三维模型,进入加工界面,按创建程序-创建刀具-创建几何体-创建操作的顺序建立加工操作,生成刀路后进行UG后处理得到加工程序。

(2)创建几何体时选择mill_multi_blade模块,依次创建加工坐标系(设置安全平面)、铣削几何体和叶轮几何体。叶轮几何体中需指定刀毂、护罩、刀片、刀片圆角、分割机及叶片的总数。

(3)创建操作时根据对话框的图标选择粗加工、半精加工或精加工,在操作对话框中分别选择流道和叶片创建,根据叶轮的尺寸设置各加工工序的加工参数。叶轮加工模块中自动设置刀轴和叶片间2°的侧倾角,深度模式都选择从护罩插补至刀毂,进刀类型选择圆弧平行于刀轴,进刀、退刀采用光顺的方式抬刀,以避免过多抬刀。各加工工序的参数设置如表1所示。

(4)单个流道或叶片的加工程序完成后,用旋转复制功能生成其余流道或叶片的加工程序。加工操作全部创建完成后,对各操作进行UG后处理,得到需要的加工程序NC代码。本文中整体叶轮采用米克朗UCP710型五轴加工中心来加工,即利用UG后处理生成适用于五轴数控加工中心的NC程序,以便导入VERICUT进行加工仿真。

图1(a)为流道粗加工刀路图,图1(b)为叶片精加工刀路图,图1(c)为流道精加工刀路图,图1(d)为整体叶轮加工3D仿真效果图。

3 基于VERICUT的整体叶轮五轴加工仿真

VERICUT是专用的数控加工仿真软件,通过VERICUT能够实现零件加工过程的机床仿真、程序校验以及程序优化。本文叶轮用米克朗UCP710型五轴加工中心完成加工,实现整体叶轮的五轴数控加工仿真及优化。

3.1 五轴加工中心仿真环境的建立

准确构造机床各部件的CAD模型,并根据机床的参数进行准确定位,建立五轴加工中心仿真环境,对于真实模拟叶轮加工过程以检测机床、刀具和工件加工过程中的位置状况,防止干涉至关重要。

(1)添加机床几何模型

利用UG/Modeling按照机床参数准确构造机床运动部件和固定部件的三维模型,并转换成VERICUT软件可以识别的STL格式。根据实际运动结构及位置坐标,将组件依次添加到机床组件树中,完成坐标和部件的装配,得到虚拟机床模型,如图2所示。

(2)机床参数设置

在Configuration/Machine Setting中设置机床干涉检查、机床初始位置、机床行程设置和运动轴分配等机床参数,在library子目录下选择米克朗机床的数控系统配置文件hei530.ctl。

(3)刀具轨迹仿真

利用刀具管理模块,建立叶轮加工中用到的刀具库。刀具包括刀柄和刀片两部分,刀柄由UG建好模型并将其转换为STL格式,刀片在VERICUT中设置,选择相应刀片型号,输入刀片尺寸即可。在Toolpath Type中选择G-Code Date,即可用于仿真G代码刀具轨迹文件。

3.2 叶轮的加工仿真

将软件初始化设置好后,调用已构建好的米克朗机床文件、CNC控制文件和刀具库文件,引入叶轮毛坯的STL模型文件,设置加工坐标系并调入NC程序,定义好刀具列表,检查数控程序的正确性,即可开始加工仿真。仿真过程中,机床的运动状态与实际加工中机床运动状态相同,可检验机床、刀具以及夹具之间的干涉情况。

仿真结束后,VERICUT日志文件没有加工错误及警告。选取Auto Diff检查加工质量,自动识别零件过切和欠切的部位,以便修改加工参数。

3.3 基于仿真结果的切削速度优化

加工零件需要达到的目的主要有:避免切削余量大,损坏刀具和损伤机床;保证零件质量;提高加工效率。但手动编程和软件自动编程得到的程序切削速度都是固定的,在实际加工中并不十分安全高效,需要对其进行优化。

(1)恒定体积去除率切削方式优化

材料去除率(mm3/s)=切削深度(mm)×切削宽度(mm)×进给速度(mm/s)/60。当切削体积为0时,刀具并未切削材料,实质上刀具在走空刀,这时进给速度可以提高到机床能承受的最大值,从而大大减少加工时间,获得良好的加工效率;当刀具切削体积不为0时,计算其体积去除率,大于优化库中的体积去除率基准值则降低进给速度,相反则提高进给速度。这样能够维持较稳定的体积去除率,保证稳定的切削状况,对数控机床是一种有效的保护,不会存在大余量切削的状况,同时对刀具的寿命提高有很大贡献。

(2)恒定切削厚度方式优化

在切削时通过变化进给率保持恒定的切削厚度。不连续切削状态下,刀具受力不连续且余量小,这种薄切削状态对刀具磨损很厉害,零件加工表面质量也不好,刀具寿命大大受影响。同时要避免过载切削状态,这种状态刀具受力太大,容易变形,零件容易损伤,碰到铣转角时,零件经常被啃伤。通过VERICUT优化分析计算切削模型和切削厚度,当大于理想的切削厚度时,降低进给速度,反之则提高速度。这样动态的维持切削厚度相对恒定,切削力平稳,可提高加工效率和零件表面质量。

(3)叶轮加工切削速度的优化

根据优化方法的适用性,粗加工选择恒定体积去除率切削方式优化,精加工分别按两种优化方式优化速度,然后比较结果,较小的进给速度作为最终优化速度,插入程序中。参数优化设置如表2所示。

虚拟机床模型如图2,优化完成后叶轮加工效果图如图3所示,叶轮表面加工质量得到了明显提升。优化前的加工时间为48min,优化后的加工时间为18min,可见加工时间比优化前节省了大约63%。

4 结语

本文利用UG叶轮加工模块生成数控加工程序,通过VERICUT软件完成叶轮加工的仿真与优化,提升了叶轮表面加工质量,并通过切削速度的优化达到了节约加工时间和保护加工刀具及机床的目的,体现了虚拟技术的应用对于指导叶轮实际加工生产的意义。

参考文献

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叶轮测量技术第6篇

1 整体叶轮加工特点

所加工的整体叶轮是一种典型的薄壁类零件,过程中易发生变形,叶轮材料为:锻造铝合金2 A 7 0,虽加工性能较好,但比较软容易划伤、碰伤。加工精度要求较高,表面粗糙度要求为Ra1.6。叶轮叶片加工过程中刚性较差容易出现振纹。针对上述特点,必须选择合适的机床、刀具等条件,以及合理的加工参数才能确保加工的顺利实现[1]。

2 高速加工技术

高速(超高速)切削加工是一种热、力耦合不均匀强应力场制造工艺。作为一种先进加工技术,高速(超高速)切削给传统的金属切削理论及加工方式带来了深刻变化,其技术研究近十年来在国内外均取得了较大进展[2]。高速加工可以提高加工生产率:采用φ8的球头铣刀加工叶轮,在常规机床转速在6000r/min~8000r/min,进给速度900mm/min~1200mm/min,采用高速机床,转速能达到18000r/min~35000r/min,进給能达到5600mm/min加工效率提高5~6倍;切削力可以降低30%以上。尤其是径向切削分力大幅度减小。可提高薄壁件,细长件等刚性差的零件的加工精度;切削过程,切屑以很高的速度排出,带走了大量的切削热,切削速度提高越大,带走的热量愈多,传给工件热量大幅度减少。适合容易热变形的零件。减少加工零件的内应力和热变形;随着切削速度的提高,单位时间内材料切除率(切削速度、进给量和切削深度的乘积)增加,切削加工时间缩短,大幅度提高了加工效率。降低加工成本;高速加工可以从动力学角度,高速及超高速加工过程中,切削速度的提高,切削力降低,而切削力正是切削过程中产生振动的主要激励源;转速的提高,使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率,而工件的加工表面粗糙度对低阶固有频率最敏感,因此高速切削加工可大大降低表面粗糙度,提高工件的表面质量。

实施高速加工的关键技术如下。

2.1 机床设备条件

机床采用瑞士mikron600U数控五轴超高速加工中心,数控系统为Heidenhain iTNC530。主轴转速最高可达42000r/min,进给速度最高40m/min,可进行超高速切削。定位精度为0.008mm,重复定位精度0.005mm。

2.2 平台的选择

近年来出现了专用于叶轮类零件的C A D/C A M大型商用软件:如M A X-A B(端面加工)和M A X-5(直纹面侧铣加工)及五轴加工系统软件HyperMill所提供的叶轮加工模块等[3];国际上大多数著名的机床生产厂家都宣称自己的机床支持叶轮的加工,并且配置相应软件,设定好系统参数。但这类软件不但价格昂贵,而且只能用于此调试好的机床上加工,程序可移植性差。对于整体转子叶轮大多用于航空航天等军事工业上,国外进行技术封锁和专利保护,使我们很难获得技术细节,所以受到国外的严重限制。因此进行国产叶轮加工软件及在通用软件上进行叶轮加工的研究是非常重要的。UG软件广泛应用于航空航天领域且复杂曲面的造型方面功能比较强大,加工方面更具有明显的优势,方便易用。通过它可以方便的实现多轴加工的编程,其后处理模具也是开放式的,可针对所用的机床进行自行配置后处理程序;而且所在单位已购买此软件;综上,选择U G软件来实现叶轮的C A D/C A M。

2.3 刀具的选择:

刀具采用的是YG6X牌号硬质合金棒所磨制的球头立铣刀,球头半径R5mm,螺旋角40°,刃长13mm,刀长32mm,刃数4,全长119.6mm。该刀具材料强度和韧性高,抗热冲击性能好。该刀具已做过动平衡,可用于高速切削,且处于稳定磨损区。

3 叶轮的几何建模分析

设计和建立叶轮的C A D模型之前重要的一步就是对叶轮几何特点的理解。如图1所示,整体叶轮的建模可分为轮毂曲面与叶片曲面两部分,而叶片又包含分为叶背与叶盆。轮毂曲面与叶片根部圆角连接,故在整体叶轮的建模过程先进行叶片的建模然后与轮毂曲面相交;而叶轮的几何建模中最重要的是实现叶片的建模,即按照叶轮设计的要求实现数据点的准确拟合,进而形成曲面。

叶轮叶型有很多描述方法生成方法,用一定的解析式来表示描述,虽然控制变量少,但叶片型面调整受到较大限制,使之调整起来不是很方便,本文使用的是一种叶片参数化设计方法,用非均匀有理B样条来拟合来生成叶型,通过调整控制点来灵活的控制叶型的参数。

3.1 叶轮建模流程

叶轮在形式上大体分为两类,一类是平面曲线;一类是空间曲线。对于第二类线曲线串由于其扭曲度较大不能直接形成实体,还要进行补面,缝合等才能形成实体。按照常见的这几类叶轮的结构形式,可知一般叶轮的建模流程如图2所示。

3.2 叶轮的UG/CAD实体建模

本课题研究中按照图3叶片曲面造型流程创建叶片实体;但最初的叶片三维实体造型结果往往并不完全是设计所需要的叶身部分,因为为了保证设计结果的准确性和加工的需要,叶片一般进行了加长。这就需要指定叶身的边界:一个是叶尖边界,此边界为叶轮的外径;一个是叶根部分的边界,此边界为轮毂部分。在进行边界相交时,其涉及复杂曲线曲面求交问题,通常没有解析解。一般采用不断逼近求得近似解,常用网格逼近、追踪求交等算法,但都涉及收敛问题,解决起来非常复杂。此外,为了让整体叶轮造型保证叶根部的强度,需要对根部进行圆角,然后将叶片按要求圆周阵列。利用UGII的曲线曲面求交、圆角、圆周阵列等操作可迅速实现其建模;最后完成整体叶轮的建模如图4所示。

图图44整整体体叶叶轮轮的的部分几何模型

4 结论

通过对整体叶轮加工特点分析,利用UG确定了叶轮的建模流程,实现了叶轮的高速加工,该技术对于叶轮加工具有一定的指导意义。

摘要：针对整体叶轮加工时易变形等特点,选用合理的机床和刀具,在此基础上,利用UG软件,通过几何分析,确定建模流程,最终实现整体叶轮的实体建模和高速加工。

关键词：整体叶轮,高速加工,UG

参考文献

[1]冯明军,赵灿,王旭峰,布光斌.铝合金叶轮高效加工工艺研究.制造技术与机床.2008(11):108￣111

[2]张树森,刘世成,布光斌,冯明军.高速铣削铝合金叶片表面质量的试验研究.工具技术.2007,41(2):21

叶轮测量技术第7篇

大庆石化公司化肥厂热水装置有三台热水泵, 主要负责供给厂内和厂外家属区热水, 24h不间断循环运行。在长期的运行过程中, 要保持总管安全运行压力在0.3-0.4MPa, 最大循环流量在230m3/h左右。在此控制前提下, 出口阀开度只能达到30%左右, 不能再开大, 否则造成总管超压, 引起管线泄漏。从上述现象初步分析, 热水泵产能可能过大, 长期运行期间热水泵不在最优性能曲线条件下, 将导致大量能量浪费。因此, 切削叶轮成为现有条件下最合适的处理此类问题的方式。

一、切削可行性分析

1. 改造理由:

热水泵的设计能力大于现在的总需求, 目前只能长期用关小出口阀控制流量压力, 造成能量浪费, 成本增加。

2. 改造目标:

通过叶轮切削技术, 降低热水泵的运行成本, 争取达到将热水泵运行每小时节电5度以上, 且水量压力满足用户需求。

3. 现状原因分析

分析各种可能的因素得图如下: (图-1)

根据上述因果分析图和生产的实际情况分析, 设计流量大于需求量是影响热水泵运行效率和成本的主要因素:目前热水管网最大循环流量230m3/h, 而三台热水泵的型号是CZ100-250B, 该泵设计流量250 m3/h, 扬程70h。显然该泵的设计能力大于现在的总需求, 只能长期用出口阀控制流量压力, 造成能量浪费, 所以确定它是造成热水泵运行效率低成本高的主要因素。

为进一步确定主要因素, 2009年11月19日—27日对热水热水泵及其热水管网的进行了详细的跟踪验证, 验证结果如下表1、表2: (图2)

通过上述统计分析, 热水管网的最大循环量为218.125t/h, 最小循环量为111.5t/h, 循环量均值为162t/h;泵出口阀全开后热水管网压力为0.46MPa, 超出了0.3-0.4MPa指标范围。热水泵的设计流量为250t/h, 扬程为70h, 由此可以确定, 设计流量大于需求量是造成热水泵运行效率低、成本高的主要因素。

二、叶轮切削技术方案

根据以上分析结果, 决定采取先切削一台水泵叶轮, 切削成功后, 再切削一台水泵, 留一台水泵保持原工况。

经测量, 热水泵叶轮直径为250mm, 扬程70h, 流量250m3/h

切削后水泵的流量经验计算公式:

式中G0、GC———水泵切削前、后的流量, 单位m3/h

C———切削量, 单位%。

按流量220 m3/h计算, 可以计算出切削量为12%, 即需要切削30mm。

按切削后水泵的流量经验计算公式:HC=H0 (100%-C%) 2m H2O

计算切削后扬程为61.6m, 基本能满足工艺需要。

根据上述计算结果, 并请教了一些比较有经验的专业钳工后, 大胆实施了上述切削方案, 即对叶轮切削了30mm后, 将水泵恢复。

三、切削后的效果论证

切削后, 热水泵出口阀门的开关状态对管网的压力变化及水泵本身电流变化如下表所示: