复杂曲面整体叶轮cad／cam技术研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com孙春华等：复杂曲面整体叶轮CAD／CAM技术研究复杂曲面整体叶轮CAD／CAM技术研究孙春华①陈皓晖刘华明(河海大学机电工程学院常州213022)(哈尔滨工业大学现代生产技术中心哈尔滨150001)摘要根据整体叶轮的结构特点和工艺要求，提出了复杂曲面整体叶轮CAD,EAM系统的结构，探讨了各模块的主要功能。对开发过程中的关键问题：直纹面叶片曲面的加工及无干涉刀位轨迹生成算法进行了讨论，并给出了相应的仿真。关键词整体叶轮，CAD,CAM0引言1系统结构和功能整体叶轮指轮毂和叶片在同一金属毛坯体上，复杂曲

2、面整体叶轮CAD／CAM软件系统是按现多采用锻件毛坯多坐标数控加工来成型。其工艺照软件工程的要求进行研究、设计与开发的。系统过程为：1)在锻压件毛坯体上车削加工出回转体的结构是根据总体目标方案提出各阶段目标，再充的基本形状；2)气流通道的开槽加工；3)气流通分考虑微机的特点后进行的。系统分为一个主模块道的扩槽加工及扫底；4)叶片的精加工。从其结和几个功能模块，各功能模块可在主模块的控制下构和工艺过程可以看出，加工整体叶轮的叶片时刀运行，也可单独运行。位规划的约束条件较多，不仅要保证叶片表面的加图1所示为复杂曲面整体叶轮CAD／CAM系工能够满足技术

3、条件的要求，而且还要保证轮毂表统的结构框图。面以及叶片与轮毂连接处圆弧过渡的加工质量。另系统配置I主模块外，相邻叶片的空间较小，加工时极易产生碰撞干数据库涉，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。目前，我国大多数生产叶轮的厂家，多采用从国外引进的曲线曲面刀位轨迹通用后置加工过程造型生成处理仿真CAD／CAM软件，如EUCLID、IDEAS、UGII等。利用这些软件，在输入叶轮有关参数时，可以生成要加工的叶轮的数控加工程序。但是由于这些都是通用性的软件，涉及的面比较广，用于生成整体叶二II：l：l：ll：lfI：llfII霆轮的数控程序时，往往有很多不尽人意

4、之处。再者，购买这些通用的软件，价格比较昂贵。因此，图1整体叶轮CAD／CAM系统结构框图研究开发针对整体叶轮数控加工的CAD／CAM软件，具有非常重要的现实意义和经济意义。主模块是其他各模块的组织者和管理者，其主在开发复杂曲面整体叶轮数控加工CAD／CAM要作用是完成各模块的集成与调用，全局变量的定软件时，要根据软件工程的要求，充分考虑整体叶义，数据结构的定义，窗口定义及显示等。各模块轮的特点，正确定位刀具，保证所开发的软件简间通过数据库进行通讯。可使用键盘亦可使用鼠标单、实用，所生成的刀位轨迹既能加工出满足要求选择的方式对菜单进行功能驱动，提供

5、了良好的人的流道，又能加工出满足成型精度的叶片。一机界面。①女，1966年生，博士；研究方向：机械制造CAD／CAM，特种加工；联系人。(收稿日期：2000-01—14)一51—维普资讯http://www.cqvip.com高技术通讯2003．6系统配置模块用来配置相应的仿真软件路径。3．5mm之间。这时就需要想办法来减少刀具的变曲线曲面造型模块是整个CAD／CAM系统的基形。虽然可采用小的切削用量，或干脆采用自由曲础。在工程实际中，叶片的形状一般是根据气动力面的加工方法进行，但这会明显地降低加工效率和或流体动力性能指标进行设计的，工作面的给出是

6、加工表面质量。因此，本软件采用了分片侧铣的方若干个平行截面上的离散数据点坐标。这些数据点法。的分布常常极不均匀，因此，生成均匀刀位轨迹的分片侧铣的主要思想是沿着直纹面的方向将叶首要任务是采用非均匀有理B样条曲面(BS)片分成几个区域，在每个区域采用侧铣的方法加将原始数据点进行插值，产生均匀的控制点，为数工。这样用加工合格的多个曲面片拼合成整个叶片控加工刀位点的生成奠定基础。叶片曲面有两种类曲面。图2显示了此种方法加工的刀位轨迹。型：直纹面、自由曲面。在区分属于哪种类型的叶片曲面时，根据误差最小沿径向确定出型线。当所有的型线都确定后，查找出最大误差，

7、判断该最大误差是否在所规定的成型误差范围内。如果最大误差在允许范围内，则可以用直纹面拟合叶片曲面；反之，用自由曲面来拟合。具体见文献[2]。另外在该模块中，还有一个重要的任务就是对叶片曲面边界线的确定。虽然轮毂和外环可以用一般几何方程进行描述，但由于叶片为自由曲面，因此不能采用通常的求交方法。在处理该类问题时，图2直纹面叶片分片侧铣加工本文采用了迭代逼近的方法，具体见文献[3]。刀位仿真刀位轨迹生成模块是整个CAD／CAM系统的核心。对于直纹面叶片的加工采用线接触侧铣的方2．2碰撞干涉检验法，刀位点放置于边界曲线的等距线上，刀轴放置图3显示了无干涉

8、刀位轨迹的生成过程。由此于接触点的切平面内，且刀具母线置放在直纹面的可以看出，当依据叶轮曲面的信息生成刀位后，需母线上。若