三维CAD 系统叶片造型方法研究

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1、2005年UFC中国用户论文集三维CAD系统叶片造型方法研究罗强通力有限公司12005年UFC中国用户论文集三维CAD系统叶片造型方法研究罗强（通力有限公司）摘要：本文探讨了基于在三维CAD系统下对于复杂的叶片建模处理方法。结合现有的CAD软件Unigraphics和数学算法，提出了一些新的建模思路。分别针对构线、建面、修面各个阶段使用了不同的灵活方法。应用这些方法，大大提高了建模的效率和精度。关键词：构线、曲面、建模、UGAbstract:ThecomplicatedvanemodelingmethodisstudiedunderUGenvironment.Combi

2、ningwiththeexistingsoftwareskillandmathsarithmetic,somenewmodelingwaysareputforward.Aimmingatthephasesofconstructinglines、constructingfaces、analysisquality、creatingsolid,thedifferentwaysareused,whichimprovestheefficiencyandprecisionofmodeling.KeyWords:constructlines,freeformsurface、model

3、ing、UG1．研究背景在复杂机械零件中，叶片的设计是比较难的一个环节。因为一般的叶片在径向、轴向都有扭动，而且叶片的前缘和后缘曲率变化十分剧烈。这个叶片实体是由许多曲面构成。同时对于叶片的表面质量还有很高的要求。设计情况如果不理想，会对后续的加工，以及整机效率和寿命带来致命的影响。因此，目前国内的工厂普遍都引入了三维的高端CAD/CAM软件，希望提高对于复杂产品的设计能力。UG软件是世界一流的集成化机械CAD/CAM/CAE软件，广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械、模具和家用电器等领域。许多世界著名公司均选用UG作为企业计算机辅助设计、制造和分析的标准。如美国通用汽

4、车公司、波音飞机公司等都以UG作为企业产品开发的软件平台。UG软件自1990年进行中国市场以来，以其先进的理论基础、强大的工程背景、完善的功能和专业化的技术服务赢得了广大的中国CAD/CAM用户。它的曲面处理能力得到了业界的公认。本文将探讨以UGNX2软件为基础，进行叶片设计的方法。希望能够在复杂形面设计方面给中国的用户一些好的帮助。图1复杂的发动机叶片2．设计步骤22005年UFC中国用户论文集通常情况下对于叶片这么复杂的零件，在CAD软件的设计处理上往往不能一次成型，必须分类分区域的对曲面进行构建，然后对曲面再做详细的处理，才能达到良好的效果。1)线条处理阶段复杂的

5、三维模型都需要遵循这样一个过程：点→线→面。因此对于线条的处理是非常重要的。线条的光顺与否在很大程度上决定后来曲面的质量。通常在叶片的构造中，设计人员都已经具有了由空气动力学得来的点云数据，一般都是给出的叶片若干个不同直径下的横截面数据。根据不同用途的叶片，具体数据会稍有区别。通常情况下，这些数据包括叶片上下面离散点的数据，在前缘点和后缘点给出的是曲率半径和圆心位置。如图2：图2叶片点云的分布基本设计步骤是先处理比较简单的上下线，然后构建较难的前后缘点。通常都使用创建样条线的命令，分别选择上下面的基本线条。一般情况下应选择使用多段3阶样条就可以了，最好不要超过5阶。因为

6、过高的阶数会对后面的加工和向其他CAD系统传输数据带来困难。现在的软件都可以直接从*.dat文件中读入样条线的点的数据，使用UG软件的Spline（样条线）命令就可以得到如图3的上下2段基本样条。图3UG下基本样条实际上上下两根线的最前面和最后面两段是不符合要求的，在最前段和最后段有曲率半径和光滑过渡的要求，所以必须减去这部分线条重新构建。同时给定最前端和最后端的曲率半径，并且指定和上下型面线连接处的点的斜率和上下型面线保持一致，这样可以保证整个叶型的几何连续性。在这里将使用ug下spline命令。在两个型面线的端点处采用曲线的斜率自然过渡。在顶点处给出斜率方向（一般是

7、-y方向），最后在顶点处再给出曲率半径大小。如图4。图4对于定点的处理这样就生成符合要求的曲线，可以打开软件的曲率梳进行分析。然后结合曲率梳对顶端曲线进行详细调节。32005年UFC中国用户论文集在顶端的构造上，方法比较灵活，除了上述方法，还可以采用“与圆桥接法”、“半分桥接法”等。与圆桥接法就是先画出顶端的曲率半径圆，然后采用与圆桥接曲线的方法，做出顶端上下的两条曲线。半分桥接法就是使用样条线命令一次作出曲线以后，可能曲率变化的比较厉害很多地方出现反向曲率，这个时候就需要在顶点处把样条线分成两段，然后采用上面曲线的端点和下半部分样条线做