一种叶轮车削模型生成方法及计算机程序与流程

本发明涉及叶轮制造技术领域，具体涉及一种叶轮车削模型生成方法及计算机程序。

背景技术：

叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航天航空，压缩机等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。随着新兴技术的发展，为了满足高速、高推重的要求，在现代设计中大量采用整体结构叶轮。而整体叶轮的加工则是一个更加复杂的问题。其办法由最初的铸造成型后修光，后来的石蜡精密铸造，电火花加工一直到现在的五轴数控机床。整体叶轮的材料一般有铝合金、不锈钢、钛合金等，因此在工艺安排上为了提高整体叶轮的强度，毛坯一般采用锻压件，然后进行基准面的车削加工，加工出叶轮回转体的基本形状。因此，在进行车削加工前，需要确定一个精确的车削模型，以用于生成准确的车削刀具轨迹，同时还可作为后续铣削的毛坯使用。

为了解决这个问题，技术人员一般是做一个包含整体叶轮模型的回转体，以此作为车削的工件模型，但是这种回转体在铣削加工时需要切削大量的材料，加工效率很低。即使借助先进的cad/cam软件，也只能生成一个和叶轮模型轮廓相似的回转体，如果要达到精确的模型，需要耗费大量的时间和精力，同时还需要熟练运用三维造型软件。所以需要一种精确生成叶轮车削模型的方法及操作方式，使车削模型生成更精确，安装及操作更简单。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种叶轮车削模型生成方法及计算机程序，以解决现有技术中由于车削工件模型尺寸不精确而导致的切削量大，加工效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种叶轮车削模型生成方法，包括选择叶轮模型步骤；计算模型外轮廓线步骤；指定毛坯余量并偏置轮廓线步骤；以及生成车削模型步骤。

根据本发明的第一方面的内容，可以有效解决传统模型生产不精确，模型生成过程太复杂，耗时过长等问题，同时应用本方法得到的模型，减少了后续铣削步骤的切削量，提高工作效率。

进一步地，所述选择叶轮模型步骤即预先确定最终目标叶轮模型，通过计算机辅助软件打开并查看。

进一步地，所述计算模型外轮廓线步骤包括如下算法流程：

a1）以叶轮底面为xy平面，叶轮回转中心线为z轴，建立三维坐标系；

a2）根据叶轮的高度及精度分层；

a3）从最高处至最低处分别用平面和叶轮相交；

a4）计算每层上所有的交线距离叶轮回转中心距离最大的点；

a5）以回转中心和该点的距离为半径做圆；

a6）计算圆与xz平面沿x轴正方向上的交点；

a7）用样条线拟合每一层上的交点；

a8）生成轮廓线。

进一步地，所述外轮廓线包含叶轮进气边，叶顶线，出气边以及其他部位的最小包络线。

进一步地，所述指定毛坯余量并偏置轮廓线步骤中，首先设置余量值，对叶轮模型相应的轮廓线进行偏置，并对初步偏置后的结果进行相交检查，当偏置轮廓线相交时，计算交点，并在交点处截断曲线。

进一步地，所述生成车削模型步骤中，首先将偏置后的轮廓线进行连接，形成一段完整的首尾相接的曲线，随后将轮廓线围绕叶轮的回转中心旋转得到最终车削模型。

进一步地，所述偏置后的轮廓线之间的曲线采用圆弧线连接。

根据本发明的第二方面，还提供一种计算机程序，所述程序包括指令，所述指令被计算机执行时，使所述计算机执行第一方面所述的叶轮车削模型生成方法。

本发明具有如下优点：

本发明通过先选择叶轮模型，然后计算模型外轮廓线，再指定毛坯余量并偏置轮廓线，最后生成车削模型的步骤方法生成叶轮车削模型，解决了传统模型生产不精确，模型生成过程太复杂，耗时过长等问题，同时应用本方法得到的模型，可使尽量多的材料用车削加工，减少了后续铣削步骤的切削量，提高了整体的加工效率，也减少了机床的损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的车削模型外轮廓线和轮廓线偏置示意图；

图3为本发明的车削模型层截面示意图；

图4为本发明的计算轮廓线算法流程图；

图5为本发明的程序操作流程图。

图中：1-车削模型、2-外轮廓线、3-外轮廓圆、4-偏置轮廓线、5-回转中心线。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种叶轮车削模型生成方法，如图1所示，基本思想是根据叶轮的模型计算得出包络该模型的轮廓线，然后根据用户指定的轮廓线上各部分的余量对轮廓线进行偏置，最终用偏置的轮廓线生成回转体。因此基本步骤分为四步，分别是选择叶轮模型，计算模型的外轮廓线，用户指定模型各个部位的毛坯余量并偏置相应的轮廓线，最后是生成回转体，也就是车削的模型。

现对这些步骤做详细论述：

第一步：选择叶轮模型，这是指最终的叶轮模型，通常用户可通过计算机辅助设计软件打开并查看。

第二步：计算模型外轮廓线，叶轮的外轮廓线指包含叶轮进气边，叶顶线，出气边以及其他部位的最小包络线。叶轮是一个非常复杂的模型，流道以及叶片部位都是用很多样条曲线拟合而成，因此导致计算轮廓线是一个难题。如图2所示，提供一种计算模型外轮廓线的算法：以叶轮底面为xy平面，叶轮回转中心线为z轴，建立三维坐标系，采用平面自顶向下与叶轮各层相交的方法，在每一层上取得一系列的相交曲线，然后在每一层上的相交曲线中寻找距离叶轮回转中心最远的点，并以此为半径做圆，如图3所示，使其与xz平面相交，求得交点，将各层的交点求出后，进行样条拟合，即为外轮廓线。

第三步：指定毛坯余量并偏置轮廓线，叶轮不同部位经过车削后需要保持一定的余量，以便于后续粗铣和精铣步骤使用，并且不同部位的余量有时是不一致的，这就要求在建立车削模型的时候考虑这种情况。因此在本步骤中可以指定不同部位的余量值，例如进气边，排气边等等。如图4所示，根据设置余量，对叶轮模型相应的轮廓线进行偏置，以使稍后生成的车削模型满足余量的要求。

在偏置的时候需要考虑同一组相接的曲线偏置后的结果有可能会出现相交的情况，因此需对初步偏置后的结果进行检查，对相交的情况要计算交点，并且在交点处截断曲线，使整组曲线首尾相连不间断不交叉。

第四步：生成回转体，即车削模型，轮廓线经过偏置后，在相邻两段的终点的部位可能会出现不重合的现象。因此首先要将这些轮廓线进行连接，形成一段完整的首尾相接的曲线。在连接的时候，一般考虑用圆弧来做过度曲线，同时保证圆弧两端点和对应两条曲线的端点不仅位置重合，还要一阶连续。同时需要考虑叶轮原始轮廓线的形状，以保证连接后的轮廓线不和原来的轮廓线相交，最后将轮廓线围绕叶轮的回转中心旋转得到最终的结果。

实施例2

本实施例提供了一种叶轮车削模型生成计算机程序，所述程序包括指令，所述指令被计算机执行时，使所述计算机执行实施例1所述的叶轮车削模型生成方法。

如图5所示，计算机程序的具体实施步骤如下：

b1）安装nx软件

b2）添加电脑环境变量ugii_user_dir使其指向一个文件夹

b3）在此文件夹下创建四个子文件夹，分别为application,startup,undo和project

b4）将创建好的关于对话框的dlx文件放入application文件夹

b5）将用nx二次开发接口程序编译好的dll放入project文件夹

b6）启动nx并进入制造模块

b7）将鼠标放在工具栏上点击右键，在弹出的菜单栏中选择“定制”

b8）在命令页中选择新建项，在右边选择新建用户命令

b9）按住鼠标左键拖动至工具栏

b10）在新建的按钮上点击鼠标右键，选择弹出菜单中的“名称”，输入按钮的名称

b11）选择“编辑操作”，在弹出的对话框中选择类型为nxopen

b12）点击“浏览”按钮，选择project文件夹下的dll文件

b13）确定退出文件选择对话框，最后关闭定制对话框

b14）工具栏上点击新建的按钮就可弹出参数对话框

b15）选择叶轮模型作为部件

b16）点击生成轮廓截面图

b17）在叶轮轮廓线偏置组中点击添加按钮，选择新生成的轮廓截面图上的边，设置毛坯余量

b18）依次选择边，设置预定的余量

b19）点击预览，可检查轮廓线偏置后的结果

b20）如果轮廓线偏置方向错误，可点击撤销按钮，撤销偏置的结果

b21）重新选择轮廓线进行偏置，并且对方向错误的轮廓线勾选反向

b22）点击确定，生成叶轮车削模型。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。