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基于NX二次开发的直纹面叶片造型技术

2017/12/27    来源:互联网    作者:刘竞志  阎长罡      
关键字:直纹面  叶轮  NX  二次开发  
本文总结了叶轮造型方法的优点与不足。提出使用NX Grip二次开发来提高计算和建模效率。使用MATLAB导入了叶片中面原始数据并生成了创建点和厚度数组的Grip代码。使用NX Grip二次开发创建了叶片的插值节点、三次B样条和直纹面。从工艺的角度对叶轮的结构进行了分析。对中面进行适当延伸,加厚并进行修剪得到叶片实体。对叶轮其它结构进行建模并最终生成可用于加工的叶轮模型。

0 引言

    整体式叶轮是透平机械中的重要零件。由于其叶片曲面往往是非可展直纹面,使得叶轮零件的加工需要借助CAM技术以及五轴加工中心。因此,建立准确的、符合工艺要求的叶轮CAD模型便成为一个关键的步骤。

    对于在CAD软件下建立叶轮模型,已有许多文献论述。许剑在叶片上截取若干截面线串,这些截面线串包含了叶片侧面以及前缘、后缘的圆角,通过不断调整插值节点使曲线光顺,用NX的通过曲线组命令生成扫略曲面;庄伟娜在叶片的截面线串的前、后缘处按照设计要求作圆,并不断调整截面线串的控制点使其在前、后缘处尽量贴合所作的圆。刘国田等使用MATLAB编程反算出叶片的轴盘侧、盖盘侧曲线的控制点,以此为基础在CATIA中以扫描、填充的方式建立了叶片曲面。阎长罡、贾国高在反算控制顶点的基础上,将盖盘侧、轴盘侧上的点沿中面法线偏置不同的厚度,将计算结果在NX中以通过曲线组的方式建立叶片实体并建立叶轮实体。李群等将叶片分为平面曲线叶片和空间曲线叶片两种,对于前者使用通过曲线组命令生成实体,对于后者提出叶片片体两侧建立缝合面,将片体缝合成实体。

    以上观点和方法的提出为叶轮零件的造型带来了很好的思路。但是,也存在以下几个方面的问题:1)在建立截面线串的过程中就开始考虑圆角的建立,这増加了操作的复杂度,同时圆角曲线还会影响到叶片曲线;2)使用通过曲线组建立的曲面不一定是直纹面’如果要对其进行侧铣操作,必须使用更加复杂的自由曲面侧铣工艺,加工难度大大增加;3)反算极点、偏置叶片厚度的过程应当充分发挥CAD集成软件的功能,交由软件来做;4)较少从工艺的角度对叶轮的结构进樹论;5)原始点的导人、样条的建立重复操作较多,未提出提高工作效率的方法;6)片体缝合成实体的操作理论上可行。实际上由于建模公差的存在,缝合有时会失败。而且实体一旦生成,只能修剪,几乎不能光顺地延伸,这使得细小结构的处理变得困难。

    鉴于此,本文将从某叶轮零件叶片中面的轴盘侧、盖盘侧的原始点数据出发,使用NX Grip二次开发建立叶片的中面,并将原始数据点沿中面法向偏置各自的规定厚度,进而得到吸力、压力曲面,然后在交互式环境下,遵循“用片体修剪实体”的原则建立叶片实体以及其它结构的实体。

1 叶片曲面的造型

1.1 直纹面概述

    经典的微分几何教材中直纹面的定义如下所示:

    1

1.2 使用NX二次开发构造叶片直纹面

    将点的数据导入NX软件,再将其连成样条,这是一个重复性的、很耗时的操作。为了将中面上的点沿中面的法线偏置规定的厚度,必须求出中面在这些点处的单位法向量。为此,可以考虑使用Grip二次开发语言进行中面、叶片曲面的样条线以及直纹面的创建。Grip语言中创建点的语句如下例所示:

    2

    表示建立实体数组ptl ,容量为41个实体,第1个实体是一个点,坐标为(62.0270,46.7770,61.3210)。其它的点以此类推。而对于每个点处对应的叶片厚度,应使用数值数组表示:

    3

    显然写这种语句非常耗时。可以使用MATLAB写一段简短的程序,让它自动生成这些代码。在运行这个程序之前,我们先用M ATLA B的导入数据工具打开存有原始数据的Excel表格,选择轴盘侧的坐标数据并导入为矩阵,名称为POINTS1。接下来运行以下程序:

    4

    这样,41个点的创建命令就全部自动地写入inpp.grs这个文件中。同样的方法可以生成厚度数组的创建命令。盖盘侧相关数据也用这种方法处理。

    接下来要对数据点进行B样条插值得到B曲线。Grip允许用户创建所谓“通过点”的B曲线,也就是说系统会在后台自动计算极点,不需要用户自己反算极点。顺便指出,这些原始数据点属于设计资料,不是测量数据,不需要使用“拟合样条”命令使样条逼近数据点,而是样条通过数据点即可。用户可以定义样条的阶数,一般来说髙阶的曲线能够比较好地拟合一些复杂的形状,但随之带来的是处理效率低下且数值稳定性差。因此,工程上一般使用3 阶样条。NX软件会自动根据用户指定的阶数和节点个数对曲线进行分段处理。具体的Grip代码如下(实体声明语句略去,下同):

    5

责任编辑:张纯子
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