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UG软件在涡旋压缩机涡旋盘设计与加工中的应用
作者:王训杰 刘勇 李菊华
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CAD/CAM软件展厅
CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ...
涡旋压缩机主要由动涡旋盘和静涡旋盘组成,动涡旋盘和静涡旋盘具有相同渐开线形成的涡旋柱面壁,相位差180°相对组合而成,并形成数对月牙形封闭空间,即压缩腔,通过压缩腔的变化改变容积,以此达到压缩气体的目的。其优点为:结构简单、体积小、重量轻、零件少(特别是易损件少)、可靠性高。作者主要讨论基于UG软件平台进行涡旋压缩机的零部件设计和加工。

1 动涡旋盘实体绘制

涡旋盘的结构具有多变性和复杂性。由于型线方程的不同,其参数化的量不同。常用的型线方程有圆渐开线、多边形渐开线、阿基米德螺旋线。有的型线其齿根心部往往需要修正,修正方程不同其参数量也不同。常用的修正方法有图解法和解析法两种,而图解法中又分为双圆弧修正和直线圆弧修正。无论采取哪种修正方法,只要搞清零件最本质特征尺寸关系,从参数最少化原则出发,总是可以进行完全或部分参数化设计。作者仅从圆渐开线方程和刘振全教授提出的型线修正法考虑。

动涡盘由涡旋齿、轮毂和端板等结构组成。涡旋齿为柱面,当齿型为圆渐开线,修正角γ和齿厚h时,通过重定义曲线方程参数可以得到各种涡旋齿。

轮毂基本参数尺寸不能用数学关系式简单表示,内径和长度根据强度、轴承系列尺寸、装配等要求决定。

作者利用UG提供的公式表达式功能来实现内外涡旋型线的绘制。步骤如下:

(1)利用公式表达式输入方法,得到一条曲线。公式表达式式对话框如图1,利用编辑菜单中的转换工具生成第二条曲线。

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图1 表达式输入对话框

(2)修正渐开线的根部。采用兰州理工大学刘振全教授提出的型线修正方法,如图2。

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图2 涡旋盘型线

(3)利用UG的特征造型功能,绘制涡旋壁体、凸台与键槽剖面及其他部分,完成涡旋盘的三维实体造型,如图3、4。

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2 涡旋齿的加工方法

常用的加工方法有展成法加工和直角坐标系加工法。展成法加工是利用机床的C轴和X轴的合成运动,工作台沿Y轴方向移动基圆半径的距离,随后X轴沿正方向运动,同时C轴顺时针方向旋转,根据基圆渐开线的几何特性,C轴转动一周,X轴移动2πa,这种合成运动连续地进行,刀具的包络线形成涡旋壁的外侧和内侧。如图5为展成法加工示意图。

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图5 展成法加工示意图

直角坐标系加工是利用丝杠X、Y轴的运动,刀具中心沿中心线轨迹运动,就可以加工出涡旋齿型。丝杠的返程误差是影响涡旋盘渐开线轮廓误差的主要原因。如图6为直角坐标系下的加工示意图。

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图6 直角坐标系下的加工示意图

3 基于UG的涡旋盘加工

3.1 准备工作

在进行零件加工前,要做一些准备工作,如创建毛坯、初始化加工环境、创建加工刀具、几何体父级组等。

3.1.1 创建毛坯

利用主菜单中的“插入/设计特征/拉伸”命令或直接单击“成形特征”工具栏中(拉伸体)图标,绘出毛坯如图7示。

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图7 动涡旋盘毛坯图

3.1.2 初始化加工环境

进入加工模块,系统弹出“加工环境”对话框,指定CAM 进程配置文件为Cam_general,CAM设置为M ill_contour。单击“初始化”按钮进行加工环境的初始化设置。

3.1.3 创建几何体

进入“创建几何体”对话框,选择子类型为机械坐标系MCS,父级组为GEOMETRY,名称为MCS,单击“确定”按钮进行坐标系建立。

设定安全平面相对XC-YC平面的距离为60,即安全高度为60mm。

创建铣削几何体。单击创建工具栏中创建几何体图标,打开“创建几何体”对话框,选择子类型为铣削几何体,父级组为MCS,名称为M ILL_GEOM,单击确定进行几何体建立,选择部件几何体和毛坯几何体。

3.1.4 创建加工刀具

创建第一把直径为20mm立铣刀(用于粗加工),创建第二把直径为18mm立铣刀(用于精加工),在“操作导航器”中观察创建的加工刀具。

3.2 涡旋盘的粗加工

3.2.1 型腔铣操作对话框输入

打开型腔铣操作对话框,单击创建工具栏上的创建操作图标,开始进入新操作的建立,系统弹出“操作”对话框进行以下设置:

“类型”选择M ill_contour;

“子类型”选择型腔铣(Cavity_m ill)加工;

“使用几何体”为M ILL_GEOM;

“使用刀具”为M ILL_ed20;

其余默认。

3.2.2 设置用户参数

在CAVITY_M ILL对话框中,进行如下设置:切削方式选用跟随周边,在“步进”下拉列表框中选择“刀具直径”,“百分比”选项输入70,在“每一刀的全局深度”选项输入2。

3.2.3 设置进刀退刀参数

在CAVITY_M ILL对话框中,在“进刀/退刀”选项下方单击“自动”按钮,在“自动进刀/退刀”对话框中进行以下设置:

“倾斜类型”设定为“螺旋的”;

“斜角”设定为10;

“圆弧半径”设定为3;

“重叠距离”设定为0;

其余默认。

3.2.4 设置切削参数

在“切削参数”对话框中,“切削顺序”选择“层优先”,“切削方向”选择“顺铣切削”,选择“岛清根”,选择“清壁”选项为“在起点”,其余选择按默认设置。

选择“切削参数”对话框中的“毛坯”选项中的“毛坯”选项卡,将“部件侧面余量”设置为0.3,其余默认。

3.2.5 设置进给率

在“进给速度”对话框中单击“从表格中重置”按钮,使系统重新计算进给速度。

3.2.6 设置机床控制器参数

在“机床控制”对话框中单击“结束事件”栏下的“编辑”按钮,分别单击Spindle Off(主轴转停)和Coolant Off(切削液关)选项,然后单击下方的“添加”按钮,在弹出的对话框中单击“确定”按钮,则Spindle Off和Coolant Off两事件被加入到“定义列表”中。

3.2.7 生成粗加工路轨迹并检视

生成的刀路轨迹如图8示。

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图8 动涡旋盘加工刀路图

检视刀具轨迹。在完成上述步骤的设定后,系统将产生完整的刀具轨迹,在图形区通过旋转、平移、缩放视图,再单击“重播”按钮,重新回放刀具轨迹,以便检查在刀具轨迹的生成过程中,刀具是否发生了过切或者生成了错误的刀具轨迹。

粗加工动态仿真。单击“确定刀轨”按钮,进入“可视化刀轨轨迹”对话框,单击选择“2D动态”选项,调整动画速度,完成后单击“播放”按钮,进行动态切削仿真。若确定刀具轨迹没有过切,刀具轨迹正确,则接受生成的刀具轨迹。

3.2.8 后处理

单击粗加工程序图标,然后选择主菜单中“工具/操作导航器/输出/NX后处理”或者直接单击“加工操作”工具栏中的“后处理图标”,在“可用机床”列表中,选择M ILL_3_AXIS机床,在“输出文件名”下的文本框中输入文件名及路径,然后单击“确定”按钮,生成NC程序。

将产生的刀位轨迹利用UG/PostTools(后置处理器)进行后置处理,生成三轴铣床上使用的G代码。

4 结束语

作者利用UG完成涡旋盘设计、G代码生成过程,不仅极大提高设计效率,减少绘图、编程的工作量,而且能较好满足涡旋盘加工精度的要求,为涡旋压缩机设计、生产提供一套行之有效的方法。
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2/21/2012)
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佳工网友 hyx 于7/16/2015 11:54:00 AM评论说:
现在有一种涡旋盘型线叫<<涡旋盘结构>>, 这种涡旋盘型线均由半园組成, 不需要进行涡头型线修定, 设计非常简单,因为型线只有半圆弧线,不需要特殊软件,仅用CAD就能进行涡旋盘设计,当为等壁厚时,两圈时压缩体积比为3, 三圈时压缩体积比为5, 四圈时压缩为7, 五圈时压缩体积比为9, 这种涡旋盘型线也能实现变壁厚设计, 排气口大小由涡头厚度确定,只需两圈,实现任意压缩体积比, 当涡头型线厚度足够厚时,驱动轴可插入涡头中,减少倾覆力矩的影响,这种型线是一种通用型线,(电话:13510818795)


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