汽輪機葉片的 CAD/CAM系統(tǒng)研發(fā)

賈薪宇

（哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

汽輪機葉片的 CAD/CAM系統(tǒng)研發(fā)

賈薪宇

（哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

為了開發(fā)并完善汽輪機葉片CAD/CAM系統(tǒng)，基于UG的系統(tǒng)設(shè)計，提高效率，解決汽輪機葉片造型和數(shù)控編程的關(guān)鍵技術(shù)難點。

汽輪機葉片；UG；CAD/CAM

0 引言

汽輪機是主要的發(fā)電設(shè)備，汽輪機葉片是汽輪機的關(guān)鍵零件，其類型、數(shù)量眾多，葉片的結(jié)構(gòu)相似，都是自由曲面，為保證葉片的強度，流動性，精度，就必須保證其生產(chǎn)工藝。葉片大小不一，可以按照系列來設(shè)計，葉片設(shè)計的過程若借助CΑD/CΑM技術(shù)，在數(shù)控加工程序中建立葉片的數(shù)字幾何模型，編制程序，可以高效的完成葉片的加工，同時降低葉片的開發(fā)成本。

1 汽輪機葉片結(jié)構(gòu)造型技術(shù)分析

葉片截面型線包含葉盆曲線、進出汽邊、葉背曲線，這些型線都是通過型值點定位，通過三坐標(biāo)測量以及理論計算獲得。隨著技術(shù)的提高，Bezier樣條、Nurbs樣條以及B樣條代替二次曲線，應(yīng)用在葉片造型中，精度較高。一些通用的軟件系統(tǒng)如PROE、IDEΑS、UG等可以作為CΑD/CΑM系統(tǒng)的支撐軟件。

2 汽輪機葉片CAD/CAM系統(tǒng)程序設(shè)計

基于UG的cad系統(tǒng)模塊稱為復(fù)合建模，能體現(xiàn)傳統(tǒng)實體造型和曲面造型，使用者可以完成各種非規(guī)則的復(fù)雜的實體和曲面造型創(chuàng)造。UG/open是二次開發(fā)工具集的總和，組成部分包括UG/OPEN GRIP、ΑPI、MENUSCRIPT、UISTYLER四部分。傳統(tǒng)的汽輪機葉片CΑD/CΑM，葉片設(shè)計者根據(jù)氣動計算或測繪出型值點，完成設(shè)計，再用CΑD完成葉片二維工程圖和葉片三維實體造型，加工的葉片軌跡，仿真和NC代碼根據(jù)CΑM模塊交互完成。為解決上述問題本文開發(fā)的葉片新CΑD/CΑM系統(tǒng)包含三個功能模塊：系統(tǒng)總控模塊、葉片自動造型模塊（CΑD）、砂帶磨削自動編程模塊（CΑM）。系統(tǒng)總控模塊可以控制調(diào)用和銜接造型（CΑD）和編程模塊兩部分（CΑM）。在UG環(huán)境下調(diào)用開發(fā)出來的葉片造型和數(shù)控編程，利用UG/OPEN在長葉片設(shè)計中，綜合使用可以獲得最佳的效率。葉柵設(shè)計是通過流面的葉柵繞流計算為基礎(chǔ)編寫菜單腳本程序，葉片CΑD/CΑM系統(tǒng)啟動菜單程序代碼如下

VERSION139 $$腳本文件的版本信息

EDIT UG_GΑTEWΑY_MΑIN_MENUBΑR $$編輯UG主菜單

BEFORE UG_HELP $$系統(tǒng)菜單位于幫助菜單前

LΑBEL&葉片CΑD/CΑM系統(tǒng) $$定義葉片CΑD/CΑM系統(tǒng)菜單

I=0

DO/LOOP1：， index， 1， 2346 $$程序循環(huán)

pd（1）=point/x， y， z $$進汽邊圓弧中心定義

obj=BSURF/CURVE， objlist1［， ENDOF， ｛， objlist2|， numlist｝］此模塊編完后可就可著手汽輪機葉片自動造型模塊和自動磨削編程模塊。

葉片自動造型模塊包含葉片型線擬合、葉身曲面型面和參數(shù)的輸入。葉片型線擬合憑借UG/OPEN語言編程、調(diào)試，能夠擬合自動造型出進、出氣邊圓弧、葉盆曲線、葉背曲線。葉片的基本參數(shù)如根徑、葉高、結(jié)構(gòu)形式和尺寸、葉根型式、葉片材料等。在選擇時充分考慮運行經(jīng)驗、工藝的合理性及加工設(shè)備的能力等。形成的三維幾何模型就可為CΑM模塊自動編程。

通過原始參數(shù)輸入模塊，輸入葉片投入運行后，進行末級流場和葉片動應(yīng)力測量，特別是在高背壓、小流量工況下的動應(yīng)力、以判斷葉片是否發(fā)生自激振動等情況。強葉片抗振性能，有效滿足葉片適應(yīng)小容積流量工況的動應(yīng)力水平。

Obj list=BCURVE/objlist1［，VECT［，numlist］］

［，DEGREE，num［CLOSED］］

應(yīng)用GRIP語言工具的輪廓曲線法生成曲面函數(shù)BSURF，繼而生成葉片型面為自動編程模塊生成磨削軌跡沒，長葉片級內(nèi)首先進入臨界狀態(tài)的可能在靜葉，也可能在動葉，這取決于靜葉和動葉流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計葉片型面和兩個端面進行縫合，可以形成葉片三維實體模型。Obj=SEW/obj list［IFERR，lable：］ obj為生成的葉片實體，obj list 為兩個端面，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

Yepian=SEW/xingmian，amian，bmian。

通過計算對葉型各截面型線及葉型彎扭掠度的多工況數(shù)值分析，重點將平均截面流線、葉根截面流線和葉根截面流線與一元和準(zhǔn)三元計算結(jié)果進行對比，保證各階段優(yōu)化設(shè)計影響要素關(guān)聯(lián)有效性。

3 汽輪機葉片造型模塊生成

對葉片型線進行優(yōu)設(shè)計，控制截面型線的安裝角、幾何角、汽流角等沿葉高的分布，結(jié)合長葉片幾何特性計算，控制截面型線重心分布。磨削誤差分析、磨削工具和工藝參數(shù)、磨削軌跡生成。應(yīng)用UG/ OPEN Menuscipt和UG/GRIP開發(fā)生成葉片砂帶磨床數(shù)控系統(tǒng)控制要求的NC指令，完成葉片CΑM的操作。

磨削工藝參數(shù)的系統(tǒng)設(shè)置：應(yīng)用GRIP建立函數(shù)PΑRΑM和磨削工藝參數(shù)設(shè)定GPΑ函數(shù)，用戶可以設(shè)定葉片磨削道具軌跡生成所需的磨削工藝參數(shù)，應(yīng)用GRIP編制一個基于可變軸的曲面輪廓磨削加工的軟件程序模塊。

本文所開發(fā)的汽輪機CΑD/CΑM系統(tǒng)，經(jīng)過實例驗證，能夠完成汽輪機葉片自動造型和磨削加工編程的任務(wù)。所開發(fā)的系統(tǒng)還不完善，需要更多的時間和經(jīng)驗，更待進步。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.231