【正文】 保證精度的條件下，應(yīng)盡可能降低樣條曲線的次數(shù)，推薦使用不超過四次的曲線，且五個(gè)截面要生成相同次數(shù)的曲線。（3）五個(gè)裁面樣條曲線上相應(yīng)控制頂點(diǎn)的數(shù)量盡量相等，且分布的變化規(guī)律相同。葉輪葉片截面線數(shù)據(jù)的獲取主要有兩種方法一種是通過對實(shí)體進(jìn)行測量獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)，另一種是通過理論計(jì)算獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)。原始數(shù)據(jù)的測量，主要分為接觸式和非接觸式兩類：接觸式測量(如三坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)械手式測量機(jī))具有精度高、減少冗余數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，是直接對所需截面進(jìn)行測量，得到截面線數(shù)據(jù)列表，但效率較低；非接觸式測最常采用激光掃描(如結(jié)構(gòu)光測量儀)，數(shù)據(jù)完整、效率高，同時(shí)數(shù)據(jù)量大，對數(shù)據(jù)后續(xù)處理帶來負(fù)擔(dān)。數(shù)量較大需要先進(jìn)行去噪處理，再利用分割面將數(shù)據(jù)點(diǎn)云處理成按掃描線存儲(chǔ)的“結(jié)構(gòu)化”測量數(shù)據(jù)；經(jīng)過排序最后亦可得截面線數(shù)據(jù)列表。 Curves)的方法進(jìn)行。本文的葉片模型是給定了五個(gè)截面線的數(shù)據(jù)點(diǎn)，需要?jiǎng)?chuàng)建五個(gè)數(shù)據(jù)文件。用這種方法生成的截面線再掃掠生成葉片實(shí)體，如果葉片實(shí)體的光順性達(dá)不到要求，需要重新對點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行修改，重新生成截面線，再根據(jù)修改的裁面線掃掠生成實(shí)體，因此工作量非常大，且許多原始數(shù)據(jù)都是通過對實(shí)物的實(shí)際測量獲得，誤差較大。在實(shí)例的設(shè)計(jì)要求中給出了葉高方向五個(gè)截面的原始數(shù)據(jù)(包括葉片型線坐標(biāo)點(diǎn)，前(后)緣兩段圓弧的圓心和半徑)，需要通過給定數(shù)據(jù)點(diǎn)為每個(gè)截面插值生成一條樣條曲線。通過這種方法擬合成五個(gè)截面樣條曲線，掃掠生成的葉片實(shí)體如果不滿足光順要求，只需對控制頂點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這不需姿重新掃掠截面線生成實(shí)體，工作變得簡單，更符合uG的參數(shù)化設(shè)計(jì)理念。先選擇“樣條曲線(SPllne)”命令，選擇種樣條曲線擬合方式，使用“Through Points”方式，使樣條曲線通過測量所得的點(diǎn)f當(dāng)然還要根據(jù)光順性要求不斷對控制頂點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和修改，使樣條曲線在滿足光順要求的條件下，盡可能通過或貼合測量的數(shù)據(jù)點(diǎn))，把上文生成的五個(gè)．dat又件數(shù)據(jù)分別導(dǎo)人，生成五條封閉的樣條曲線。本文使用了三發(fā)樣條曲線，且五個(gè)截面生成的曲線次數(shù)相同。根據(jù)所做的圓，調(diào)節(jié)樣條出線前(后)緣處的控制頂點(diǎn)。特別需耍注意的是在每個(gè)截面的前(后)緣曲率比較大的部位，可適當(dāng)加密控制點(diǎn)來約束曲線變化。調(diào)節(jié)截面線上的控制頂點(diǎn)，盡量使截面線的曲率均勻變化，修改后的五條截面線如圖25所示。如圖26所示，否則生成的葉片表面會(huì)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。需要在前(后)緣部位取點(diǎn)，否則會(huì)在前(后)緣部位產(chǎn)生扭曲變形或不能生成一整張葉片曲面，這是筆者在實(shí)際工作中多次嘗試所得出的經(jīng)驗(yàn)。28滑葉片實(shí)體輪轂的創(chuàng)建較為簡單，有兩種方式可以選擇，一種是直接進(jìn)行三維建模，另一種是先創(chuàng)建草圖再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。最后創(chuàng)建葉輪實(shí)體，如圖210圖29輪轂210葉輪實(shí)體本文是基于uG NX的整體葉輪實(shí)體造型研究，詳細(xì)論述了從葉片數(shù)據(jù)的獲得和處理，截面線的生成和修改，至擬合成光滑的葉片實(shí)體的整個(gè)過程。4 基于UG的整體葉輪數(shù)控編程整體葉輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大，它的加工成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以典型的CAD/CAM軟件——UG，編制出深窄槽道、大扭角、變根圓角的微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子的五坐標(biāo)加工程序，并在MIKRON HSM400U五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該整體葉輪數(shù)控加工方案及程序的可行性。此外，一些通用的軟件如：UG、CATIA、PRO/E等也可用于整體葉輪加工?？傮w上我國葉輪加工領(lǐng)域的研究與應(yīng)用同發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距，很多企業(yè)的軟、硬件都依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件在生產(chǎn)中未見推廣應(yīng)用，在窄槽道、小輪轂比等高性能葉輪制造技術(shù)方面尚未過關(guān)，因此研究高性能葉輪的加工技術(shù)勢在必行。五軸數(shù)控加工技術(shù)的成熟使這種原來需要手工制造的零件，可以通過整體加工制造出來。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子出口直徑為89mm，有8片一級葉片，8片二級葉片，出口葉片高度3mm，如圖42圖4—2壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪為了使氣動(dòng)性設(shè)計(jì)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子采用了大扭角，根部圓角等結(jié)構(gòu)，給加工提出了很高的要求。 （3）此葉輪曲面為自由曲面、流道窄、葉片扭曲嚴(yán)重，并且有后仰的趨勢，加工時(shí)極易產(chǎn)生干涉，加工難度高。 （4）前緣圓角曲率半徑變化很大，加工過程中機(jī)床角度變化較大，并且實(shí)現(xiàn)環(huán)繞葉片加工較難； （5）由于葉輪強(qiáng)度的需要，輪轂與葉片之間還采用變圓角。 總之，此葉輪的窄槽道、大扭角、變圓角給加工帶來了很大困難，國內(nèi)還未見有加工出此種高難度的整體葉輪。其加工工藝方案如下： （1）為了提高整體葉輪的強(qiáng)度，毛坯一般采用鍛壓件，然后進(jìn)行基準(zhǔn)面的車削加工，加工出葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀。圖43壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子毛培（2）葉輪氣流通道的開槽加工 開槽加工槽的位置宜選在氣流通道的中間位置，采用平底錐柄棒銑刀平行于氣流通道走刀，并保證槽底與輪轂表面留有一定的加工余量，如圖44所示。刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。在數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中根據(jù)實(shí)際加工情況對主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度進(jìn)行調(diào)整。通常情況下，擴(kuò)槽加工與精銑輪轂表面在一次加工完成。 第一部分：選擇驅(qū)動(dòng)面為輪轂面，進(jìn)行擴(kuò)槽。選擇驅(qū)動(dòng)面為葉片表面的偏置面，在葉片粗加工的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)槽。刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。 （4）葉片、輪轂的精加工 在均勻余量下進(jìn)行的精加工，保證了良好的表面加工質(zhì)量，采用球頭銑刀精加工，考慮到干涉，刀具避空位為20mm。 （5）變圓角精加工 大、小葉片的左側(cè)為變圓角。變圓角可以通過一次走刀加工完成，這時(shí)刀具球頭部分的半徑至大為變圓角的最小半徑。 以上程序都要經(jīng)過分度、旋轉(zhuǎn)，加工完全部的輪轂或葉片再執(zhí)行下一個(gè)程序，保證應(yīng)力均勻釋放，減少加工變形誤差。圖45 UG加工流程圖 （1）在刀具節(jié)點(diǎn)下，加入加工用到的所有刀具，并設(shè)置其刀具參數(shù)； （2）在幾何節(jié)點(diǎn)下，選擇毛坯、設(shè)置加工坐標(biāo)系、選擇避讓幾何為轉(zhuǎn)子實(shí)體； （3）在方法節(jié)點(diǎn)下，設(shè)置粗、半精、精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率及刀位軌跡的顯示顏色。因?yàn)槿~輪通道的加工需要沿氣流方向，所以重新排列流道的U、V參數(shù)線，使U參數(shù)或V參數(shù)線沿氣流方向。重新排列后的V參數(shù)線如圖46（b）所示，是沿氣流方向的。圖46(a) 原流道曲面的U、V參數(shù)曲線圖46（b）調(diào)整后的曲面U參數(shù)采用可變軸曲面輪廓銑（Variable Contour），加工深度越深，干涉越嚴(yán)重，采用一種刀軸控制方式不一定合適，因此分成兩種刀軸控制方式進(jìn)行。 加工上半層，程序的參數(shù)設(shè)置如下： (1）驅(qū)動(dòng)方法（Drive Method）采用Surface Area； (2）驅(qū)動(dòng)幾何選用流道前端曲面，即圖6(b)中的1面； (3）建立避讓幾何，以零件整體作為避讓幾何，如果干涉則自動(dòng)退刀，一般粗加工時(shí)選用自動(dòng)退刀來避免干涉。(5）刀軸控制方式為：Normal to Drive。(7）設(shè)置NonCutting，即非切削運(yùn)動(dòng)，選用沿刀軸進(jìn)退刀。加工下半層，程序的參數(shù)設(shè)置如下：(1）刀軸控制方式為：Toward Point。 (3）其它參數(shù)設(shè)置，同加工上半層的程序。 流道左端曲面（如圖46(b)中的2面）的加工 采用的是可變軸曲面輪廓銑，加工本曲面，刀軸控制方式一種是Normal to Drive（用于上半部分加工），一種是Relative to Drive（用于下半部分加工）。因此加工此曲面所選擇的刀軸控制方式為Normal to Drive。圖47開槽加工 擴(kuò)槽加工刀軌類似開槽加工，只是切削區(qū)域中Surface%的Start step設(shè)為：0、End step：100，表示切削整個(gè)流道面，生成刀軌如圖48所示：圖48 粗加工仿真 擴(kuò)槽加工后已經(jīng)加工掉流道大部分余量，為了保證精加工之前有均勻的加工余量，提高最終的表面加工質(zhì)量，此步是繼續(xù)擴(kuò)槽和葉片粗加工。圖49 葉片粗加工刀軌、二級葉片的精加工(吸力面、壓力面、前圓角) 從吸力面過渡到壓力面曲率變化劇烈，因此，采取吸力面、壓力面、前圓角分開加工。（1）驅(qū)動(dòng)幾何選擇要加工曲面； （2）刀軸控制方式為：Relative to Drive，關(guān)鍵是選擇參數(shù)Tilt、Lead； （3）設(shè)置NonCutting，選用沿切削方向進(jìn)刀、沿刀軸方向退刀； （4）精加工Stock設(shè)置為：0mm；生成的加工刀軌，如圖410。大葉片左側(cè)變圓角加工刀軌如圖41小葉片左側(cè)變圓角加工刀軌，如圖412。（1）后置處理（2）程序生成（見附錄）5結(jié)論本課題是整體葉輪的造型、數(shù)控加工仿真及數(shù)控編程。目前，整體葉輪加工的研究還在不斷的進(jìn)行新的試驗(yàn)，尤其是在提高加工精度和擴(kuò)展工藝范圍方面有著不小的成就，相信通過不懈的研究、探索，這項(xiàng)新技術(shù)一定會(huì)日臻完善，在加工業(yè)中起愈來愈重要的作用。我還要感謝曾經(jīng)的任課教師黃河、廖璘志、陽彥雄、劉學(xué)航、袁永富、周文超、王信等教師，是他們讓我學(xué)到了很多知識(shí)才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠按期完成。感謝學(xué)校給予的支持和幫助，感謝同學(xué)們的