基于UG二次开发的整体叶盘数控加工通道分析

　　叶片的弯扭度可以直观反应叶盘通道的开敞性，从而估计通道加工的难易程度，制定加工工艺。通道开敞性越好，越易加工，反之越难加工。本文提出用叶片的弦矢量与叶盘轴线(YC轴)的夹角最值来进行弯扭度评估。

　　首先选择待分析通道任一叶片的进气边、出气边，将两者离散为相同数目的点，每两个对应点作一条矢量线段，即为弦矢量，计算该矢量的模，即为弦长大小；计算整体叶盘在YC轴方向的高度，作一条与YC轴平行的、模的大小为该高度的矢量线段；最后计算每条弦矢量与该矢量线段所形成的夹角并比较大小。如图3所示，P1、P2分别为进气边与出气边上的对应点，a为对应的弦矢量，│a│为弦长大小，b为与YC轴平行的矢量线段，│b│为叶盘在YC轴方向上的高度。利用公式(1)、(2)得到每一个角度并比较，即可获得最大、最小角度。最大角度越小，叶片的弯扭度就越小，从而形成的通道开敞性就越好，根据实际数控加工经验，当最大角度超过45°时，通道开敞性较差，数控设备通常无法从通道一端完成整个通道和叶片的加工，需通过区域搭接、对接加工才能加工完整的通道。

图3  叶片弦矢量与YC轴夹角

　　2.3 通道分析区域划分

　　闭式整体叶盘通道两侧边界为弯扭度很大的薄壁叶型曲面，通道两端还受到内、外表面的约束，数控设备通常无法从通道一端完成整个通道和叶片的加工，须将闭式整体叶盘的整个通道合理地划分为多个区域，通过区域搭接、对接加工才能加工完整的通道，如图4所示；开式整体叶盘叶片的进、出气边形状弯扭，圆弧又太小，加工过程中刀具倾斜得很厉害，刀轴变化非常剧烈，极易发生刀具与叶盘的干涉现象；大小叶片转子通道呈“倒梯形”，且在内部被小叶片分割成多个分叉的狭窄子通道，加工时刀杆与大小叶片间的干涉因素明显增多。因此，在数控加工中，须对整体叶盘通道加工区域划分以避免上述情况的发生，在通道分析中，就需要根据划分的加工区域对通道的特定区域进行分析。利用UG/Open API函数将通道表面参数化，用户通过对话框输入U、V参数划分通道不同的分析区域，与图4对应的分析区域划分如图5所示。整体叶盘通道的尺寸参数计算是在此基础上进行的。

    图4 对接区域划分

    图5 分析区域划分

　　2.4 通道宽度尺寸参数计算

　　在现代数控加工中，数控机床的刀具已不是普通机床所采用的“一机一刀” 的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控机床的刀盘上(或)主轴上轮换使用 ；同时由于整体叶盘结构复杂，加工精度要求高，尤其是叶片工作表面为空间自由曲面，形状极其复杂，极易发生干涉。因此，需对对整体叶盘通道的几个重要宽度尺寸参数做出估算，为整体叶盘通道特定区域的加工提供刀具选择依据。

　　根据数控加工需要，本文提出以下宽度尺寸参数分析项：通道最大宽度、最小宽度、出口宽度、入口宽度。

　　通道最大、小宽度是指在特定区域中，叶背(盆)面与相邻叶盆(背)面间的最大、最小距离。其算法是选择待分析通道的叶背面(或叶盆面)，利用2.3节所述方法划分分析区域；通过对话框输入U、V向离散点个数，离散点的个数直接影响到计算精度，离散点个数越多，精度越高，但点数过多时会影响计算速度，一般设置为20*20；计算每个离散点到相邻叶盆面(或叶背面)的距离并比较，最大者即为通道某一分析区域内的最大宽度，最小者为最小宽度。

　　入口、出口是指在通道内分别靠近进气边、出气边的区域。在数控加工过程中，刀具进退刀时总要经过此区域，若刀具选择不当，极易在此发生干涉。因此，对通道的最大入口宽度、最大出口宽度的估算是非常重要的。

　　最大出口宽度的算法实质是计算待分析通道某一叶片的进气边到相邻叶片的最大距离。选择任意叶片叶背(盆)面的进气边，将其离散成点，计算每个点至相邻叶片叶盆(背)面的距离并比较，最大者为出口宽度。

　　与最大出口宽度相似，最大人口宽度算法是计算任一叶片的出气边到相邻叶片的最大距离。选择任意叶片叶背(盆)面的出气边，用上述方法将其离散成点，计算每个点至相邻叶片叶盆(背)面的距离并比较，最大者为出口宽度。