UG环境下叶片曲面参数分析及编程

UG环境下叶片曲面参数分析及编程 Analysis and programming of Blade Surface Parameters Under UG Environment 苏高峰 张秋菊/江南大学机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 摘要:介绍了一种在UG环境下使用Open Grip语言编程分析叶片曲面特征参数的方法，并给出了应用实例。该方法无需大量的数学分析和运算，所求结果精度高，对叶片加工中刀具的选择有较强的指导意义。 关键词:叶片 曲面分析 二次开发 加工程序 +中图分类号:TK474.811 文献标识码:A 文章编号:1006-8155(2005)06-0025-03 Abstract: the method that can analyze the parameters of blade surface by Open Grip language under UG environment is introduced and the example of application is given. It is not necessary to do more mathematical analysis and calculation if using this method, the precision of analysis result is high enough to conduct the selecting of tools in blade machining. Key words: Blade Surface analysis After Development Machining process 1 引言 叶片模型大都是通过“风洞试验”、“水地试验”获得的，至今还无法用数学方程进行描述。叶片 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形状的复杂性也使加工十分困难。目前，叶片五轴数控加工技术是比较先进的 ,,，,,加工工艺，在生产实际中，一般使用专用的CAM软件生成刀具轨迹。如果用通用软件，基本过程是对给定的型值点重建叶片模型，然后仿真加工生成刀位文件，再经过后置处理生成NC代码。该过程没有对叶片曲面特征进行分析，所以为保证刀具与工件不发生干涉而不得不经过多次换刀试切，浪费了人力和物力。 传统的叶片曲面特征分析方法是采用双三次B样条拟合叶片的型面，相当于构造起叶片 ,，,34的模型，在此基础上再求得曲面上各点的法曲率等有关参数。这种方法不仅需要复杂的数学分析和计算，还得对所得结果编制大量的程序，过程相当繁琐。UG是当今应用较为广泛的CAD/CAM/CAE高端软件，在叶片的造型和加工方面发挥了不可估量的作用。本文开发UG环境下的曲面分析功能，可方便快捷地求取叶片曲面的各项参数，指导仿真加工过程中刀具的选择，从而提高叶片加工的效率。 在UG_CAM模块中进行叶片的仿真加工，很重要的一步就是选择合适的铣刀，因为刀具的半径直接影响着刀具轨迹的生成和加工质量的好坏。在不进行叶片曲面参数分析时，仿真加工只能根据经验初步设定刀具参 数，然后再观察仿真效果，如此反复行距1刀具1多次，直到没有发生干涉为止或者一 刀具2次仿真后直接试切，若有干涉发生再 次换刀试切。其实采用上述方法选择允差刀具并不精确，而且无法达到最高的 行距2加工效率。在相同的误差允许范围内， 刀具的半径越大则加工行距越大(见图1 行距与刀具半径的关系图1)，加工效率也就会越高。若已知 1 叶片型面的最小曲率半径，则可直接在UG中设定最大刀具半径，经过一次仿真即可生成合适的刀具轨迹。 2 曲面分析及编程 __________________ 2.1 方法分析 收稿日期:2004-07-08 无锡市 214063 ,，, 35 为解决加工过程中刀具与工件的干涉问题，可根据啮合原理中的不干涉准则，即刀 ,, 6 具的曲率半径小于工件的曲率半径来诊断所选刀具的尺寸是否合理。由微分几何的知 识可知, 在曲面的任一点处法曲率有两个极值，即主曲率，其倒数就是该点处的最大和最小曲率半径，取得主曲率的方向称为主方向。所以,为避免刀具干涉必须先得求曲面在每点处的最小曲率半径。若直接使用UG的“Analyze Shape”工具条分析叶片曲面，也只能获得U向或者V向截面线上的曲率极值，由于叶片形状的扭曲特征，主方向多数情况下并不在U、V方向上，故使用“Analyze Shape”分析叶片型面所得结果则无法满足选刀的要求。 曲面参数的求取必须建立在曲面精确造型的基础 上，B样条在曲面造型和数控加工中应用广泛。叶片 型线在图纸上是以截面上的有限个点的坐标表示的， 通常的造型方法是对给定的型值点反算控制顶点，再 利用B样条曲面片法拟合叶片型面，这种方法需要手 工编程建立叶片模型，过程相当复杂。而在UG中可 以直接读入文本格式的型值点文件，通过点来构造B 样条截面线，再利用UG的“Through Curve”命令建 立叶片模型(见图2)，操作非常方便。 ,, 7 UG,Open Grip是,,软件包的一个模块，也是UGS提供的一个用于,,二次开发的工具。由于UG环境下曲面都有固定的U、V方向，而且Grip语言中用于曲面分析的大多数函数也是以U、V(取值范围,0，1,)为参数，所以可把U、V分别由0开始以各自固定的步长递增，则可获得曲面上的U、V网格(见图3)。在每个网格点处则可通过调用Grip函数求取所需的曲面参数。随着步长的降低，网格点越来越密，所得曲面参数的精度也越来越高。 求各个交点处参数 向 向 图3 曲面的U、V方向 2.2 编程实现 Open Grip提供了很多曲面分析函数，如:SPOSF(obj,u,v)(坐标位置函数)、SNORF(obj,u,v)(曲面法矢量函数)等。如果需要求取较多的参数，通常是使用曲面几何特征函数SPROPF(obj,u,v)，再通过给该函数的3个变量赋值就可以得到20个返回值，如U向切矢、V向切矢以及曲率半径的极值等。部分程序段如下($$为注释用标识): PARAM/'请输入UV方向的步长',$ 2 'U向步长(0,1)',u,'V向步长(0,1)',v,resp $$ 用户输入UV方向的步长 IF/resp==1, JUMP/STEP2: IF/resp<>3, JUMP/HALT: t1=1 DO/ll:,i,0,1,u DO/ll0:,j,0,1,v DATA(1..20) = SPROPF(FAC,i,j) $$ 调用SPROPF函数 COOR(t1,1..3)= DATA(1..3) $$ 得到坐标点 DDU(t1,1..3)= DATA(4..6) $$ U向切矢 DDV(t1,1..3)= DATA(7..9) $$ ,向切矢 NOR(t1,1..3)= DATA(16..18) $$ 法向矢量 MAR(t1)= DATA(19) $$ 曲率半径最大值 MIR(t1)= DATA(20) $$ 曲率半径最小值 t1=t1+1 ll0: ll: 2.3 实例分析 进入UG环境后，依次点击“File”、“Execute”、“UG/Open”、“Grip”，选择已经调试通过的程序，运行后,,界面上就会弹出友好的人机对话接口(见图4)。 图4 人机对话框 以实际使用的120mm扭叶片内弧曲面为例，每个截面上取26个型值点，构造出叶片模型。使用上述方法分析其曲面参数，U向步长取0.3，V 向步长取0.4，由于U、V的取值范围为,0，1,，共得到12个点，当然，根据具体的精度要求还可把步长设定得更小。运行后便得出叶片型面参数(如表1)。 表1 mm 点坐标值 法向矢量 序最大曲最小曲率x y z x y z 列 率半径 半径 1 -20.17 33.38 130.00 -0.68 0.73 -0.07 -2.77 -585.93 2 -33.16 22.27 194.83 -0.73 0.68 0.02 -2.64 -900.27 3 -27.72 23.62 256.00 -0.72 0.69 0.08 -2.68 -862.67 4 -14.53 9.38 130.00 -0.94 -0.23 -0.26 26.38 -771.90 5 -24.73 -0.84 194.83 -0.93 -0.35 -0.08 30.48 -192.35 6 -20.08 0.24 256.00 -0.93 -0.32 0.19 28.58 -506.90 7 -15.51 -15.50 130.00 -0.96 0.26 -0.08 57.45 -1708.61 8 -22.77 -25.62 194.83 -0.99 0.15 -0.03 68.78 -340.21 9 -18.96 -24.59 256.00 -0.98 0.18 0.12 67.19 -1302.38 10 -25.38 -38.60 130.00 -0.86 0.50 0.07 163.49 -468.62 3 11 -29.87 -49.63 194.83 -0.92 0.40 -0.01 52.80 -926.86 12 -26.87 -48.35 256.00 -0.90 0.43 0.05 65.78 -2419.27 注:(,)为便于输入，表中数据均经过了四舍五入处理; (,)最大最小曲率半径的正负号表示凸弧和凹弧。 从表1中的数据可以看出前三行的最大曲率半径均在2,3mm之间，那么由不干涉准则可知刀具的半径要求会更小，加工起来难度相当大。为什么会得出如此小的曲率半径呢,经分析得知:原来实例中所述的120mm叶片的型值点是三坐标测量仪对成品测得的结果，而并非图纸中给定的型值点，因为在加工过程中的刀具干涉问题，使叶片的表面已经出现了许多小的凹槽，所以表1中所求的数据完全符合事实，从中也可以看出在加工前进行叶片曲面参数分析是相当必要的。 3 结论 使用Open Grip语言开发叶片曲面特征分析模块，可求取叶片各坐标点处的法矢量、U向切矢、V向切矢、曲率半径的极值等参数，对叶片加工中的选刀有较强的指导意义。.该方法也可用于其它复杂曲面特征的分析，所得结果可直接写入文本文件，简单易行。 参 考 文 献 [1] 张雪冬，王锡山(大型混流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术(工具技术，2004(1). [2] 彭芳瑜等(大型叶片五坐标数控加工进给速度优化(机械科学与技术，2003(2). [3] 魏源迁(叶片型面加工的干涉检验方法(汽轮机技术，1994(,). [4] 魏源迁(叶片型面刀位计算方法分析(航空学报，1994(,). [5] 任秉银，唐余勇(数控加工中的几何建模理论及其应用(哈尔滨工业大学出版社，2000. [6] 苏步青等(实用微分几何引论(科学出版社，1986. [7] 王庆林(UG/Open Grip实用编程基础(清华大学出版社，2002. 4