基于五轴机床的叶轮实体建模与加工

　　整体叶轮是发动机的重要组成部件，被广泛应用于航空、航天及其他工业领域，其加工质量对发动机性能有决定性的影响。叶片在工作中要承受复杂应力和微震动，因此对整体叶轮材料、机械加工工艺等都有极高的要求。然而，其叶片型面通常为自由曲面，结构复杂。发动机叶片的加工工作量约占整台发动机加工工作量的30％～40％。所以，叶轮的加工一直是技术难题，倍受各国工业界的关注。发达国家在五坐标高效加工方面开展了深入的研究，较好地解决了薄壤叶片的数控加工变形问题。但是，国内对叶轮加工领域的研究和应用同发达国家相比还有很大差距。针对这一情况，本文主要是依托北方工业大学数控中心拥有的

　　DMU-60P五轴机床进行加工，选用Pro/Engineer软件对实体叶轮进行造型，然后将模型导入到PowerMill软件中进行自动编程，选取刀轴自动避让功能，定义刀轴限界功能，避免r干涉问题，并生成NC程序，成功地将NC程序从PowerMill软件中导人DMu-60P五轴机床。并以某离心式压缩机整体叶轮产品为例进行了加工验证，加工出了实体产品。

1 整体叶轮的实体造型

　　如图1所示是某型号离心式压缩机的基本组件之一，其几何形状可分为轮毂和叶片两部分，叶片又包含包覆曲面、压力曲面及吸力曲面。其中主要的参数有：叶片截面上的离散点的数据及包覆曲线、轮毂曲线、包覆端曲面和轮毂端曲面。整体叶轮的实体造型主要包括创建叶片实体和轮毂实体两部分。叶片曲面为光顺性、连续性要求较高的自由曲面，其截面线是复杂的自由曲线，因此叶片实体造型难度较大。目前的主要造型思路是，先创建截面线，再采用通过截面线(Through curves)的方法进行叶片的曲面造型。轮毂的创建较为简单，在草图方式下创建截面线串，通过旋转(Revolve)命令对截面线串旋转，创建轮毂回转体。可见，叶片实体的造型是整体叶轮造型的关键。

　　1.1 叶片的创建

　　1.1.1 叶片造型方法分析

　　叶片的实体造型是整体叶轮造型工作的关键部分，其设计要求较高，曲面特征也较复杂。叶轮的设计图纸提供了叶片截面的点数据，轮毂曲面的旋转曲面点数据，如图2所示。叶片基于Pro/Engineer的曲面造型，通常采用通过截面线的方法。

　　1.1.2 建立叶片空间截面列表曲线点坐标

　　根据获得的截面列表曲线坐标点，定义叶片的包覆曲线和轮毂曲线(图3)。
 

　　分别完善叶片的顶部曲面、底部曲面、叶片前后方曲面后，初步形成叶片雏形，隐藏坐标系以及空间截面点坐标后，形成叶片实体建模(图4)。