賈薪宇

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

汽輪機(jī)葉片的 CAD/CAM系統(tǒng)研發(fā)

賈薪宇

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

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

汽輪機(jī)葉片；UG；CAD/CAM

0 引言

汽輪機(jī)是主要的發(fā)電設(shè)備，汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)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(qiáng)度，流動(dòng)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(jì)，葉片設(shè)計(jì)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(shí)降低葉片的開發(fā)成本。

1 汽輪機(jī)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(jìn)出汽邊、葉背曲線，這些型線都是通過型值點(diǎn)定位，通過三坐標(biāo)測(cè)量以及理論計(jì)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(jī)葉片CAD/CAM系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

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(shí)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(shí)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(jī)葉片CΑD/CΑM，葉片設(shè)計(jì)者根據(jù)氣動(dòng)計(jì)算或測(cè)繪出型值點(diǎn)，完成設(shè)計(jì)，再用CΑD完成葉片二維工程圖和葉片三維實(shí)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(gè)功能模塊：系統(tǒng)總控模塊、葉片自動(dòng)造型模塊（CΑD）、砂帶磨削自動(dòng)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(zhǎng)葉片設(shè)計(jì)中，綜合使用可以獲得最佳的效率。葉柵設(shè)計(jì)是通過流面的葉柵繞流計(jì)算為基礎(chǔ)編寫菜單腳本程序，葉片CΑD/CΑM系統(tǒng)啟動(dòng)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(jìn)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(jī)葉片自動(dòng)造型模塊和自動(dòng)磨削編程模塊。

葉片自動(dòng)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(yǔ)言編程、調(diào)試，能夠擬合自動(dòng)造型出進(jìn)、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(shí)充分考慮運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、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(dòng)編程。

通過原始參數(shù)輸入模塊，輸入葉片投入運(yùn)行后，進(jìn)行末級(jí)流場(chǎng)和葉片動(dòng)應(yīng)力測(cè)量，特別是在高背壓、小流量工況下的動(dòng)應(yīng)力、以判斷葉片是否發(fā)生自激振動(dòng)等情況。強(qiáng)葉片抗振性能，有效滿足葉片適應(yīng)小容積流量工況的動(dòng)應(yīng)力水平。

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

［，DEGREE，num［CLOSED］］

應(yīng)用GRIP語(yǔ)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(dòng)編程模塊生成磨削軌跡沒，長(zhǎng)葉片級(jí)內(nèi)首先進(jìn)入臨界狀態(tài)的可能在靜葉，也可能在動(dòng)葉，這取決于靜葉和動(dòng)葉流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)葉片型面和兩個(gè)端面進(jìn)行縫合，可以形成葉片三維實(shí)體模型。Obj=SEW/obj list［IFERR，lable：］ obj為生成的葉片實(shí)體，obj list 為兩個(gè)端面，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

Yepian=SEW/xingmian，amian，bmian。

通過計(jì)算對(duì)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(diǎn)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(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，保證各階段優(yōu)化設(shè)計(jì)影響要素關(guān)聯(lián)有效性。

3 汽輪機(jī)葉片造型模塊生成

對(duì)葉片型線進(jìn)行優(yōu)設(shè)計(jì)，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(zhǎng)葉片幾何特性計(jì)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(gè)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(jī)CΑD/CΑM系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)例驗(yàn)證，能夠完成汽輪機(jī)葉片自動(dòng)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(shí)間和經(jīng)驗(yàn)，更待進(jìn)步。

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