基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究
基于UG的叶轮五轴联动数控加工的开题报告
基于UG的叶轮五轴联动数控加工的开题报告
一、课题背景
随着航空、汽车制造等工业的发展，对叶轮的精度和表面质量的要
求也越来越高，而采用传统的加工方法难以满足这些要求。
因此，采用
数控加工技术加工叶轮成为一种趋势。
二、研究目的
本研究旨在基于UG软件，研究叶轮五轴联动数控加工技术，解决
叶轮表面质量精度低的问题。
三、研究方法
1.通过对UG软件的学习和实践，掌握五轴联动数控加工的基本原理、基础操作和程序编写方法。
2.通过仿真调试，优化加工程序，保证叶轮加工质量和效率。
3.通过实验验证五轴联动数控加工技术的可行性和有效性。
四、研究内容
1. 叶轮设计与建模
根据叶轮的实际形状和尺寸，使用UG软件进行三维建模，并生成STL格式文件以供数控加工。
2. 叶轮数控加工程序编写
根据叶轮的三维建模结果，编写五轴联动数控加工程序，包括刀具
轨迹、加工参数等。
3. 叶轮数控加工仿真与调试
将编写好的数控加工程序导入仿真软件，进行仿真调试，优化加工
程序，保证叶轮加工质量和效率。
4. 叶轮数控加工实验验证
根据优化后的数控加工程序，在数控加工设备上进行实际加工，并对加工结果进行评价和分析。
五、预期成果
1. 掌握叶轮五轴联动数控加工的基本原理、基础操作和程序编写方法。
2. 提高叶轮表面质量和加工精度，满足叶轮加工的要求。
3. 验证五轴联动数控加工技术在叶轮加工中的应用价值，为叶轮制造领域提供技术支持。
基于UG NX的整体叶轮五轴数控加工
1 前言叶轮是压缩机、透平机和泵等的核心部件，其加工质量的优劣对压缩机的性能有着决定性的影响。
20世纪80年代中期，在先进透平机械的结构设计中，出现了“三元整体叶轮”结构。
三元叶轮是根据透平式流体机械内部流体的三元真实流动状况而设计的，能大幅度地降低能耗。
整体式三元叶轮是指轮毂和叶片在同一毛坯上，具有结构紧凑、曲面误差小、强度高等优点。
由于叶轮采取了整体式结构，而叶片的形状又是机械加工中较难加工的复杂形状曲面构成的，因此加工时轨迹规划的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极易发生碰撞干涉，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。
目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，主要有美国叶轮制造公司NREC推出的专用软件包：MAX-5，MAX-AB；瑞士Starrag生产的数控机床所带的整体叶轮加工模块，还有Hypermill等专用叶轮加工软件。
此外，一些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E、 MasterCAM等也能用于整体叶轮的加工。
本文选用UG NX4.0对整体叶轮进行加工轨迹规划。
2 加工工艺及装备分析2.1 加工工艺流程规划叶轮的一般构成形式是若干组叶片均匀分布在轮毂上，相邻两个叶片间构成流道，叶片与轮毂的连接处有一个过渡圆角，使叶片与轮毂之间光滑连接。
叶片曲面为直纹面或自由曲面。
整体叶轮的几何形状比较复杂，一般流道较狭窄且叶片扭曲程度大，容易发生干涉碰撞。
因此主要难点在于流道和叶片的加工，刀具空间、刀尖点位和刀轴方位要精确控制，才能加工到其几何形状的每个角落，并使刀具合理摆动，避免发生干涉碰撞。
叶轮加工首先由最初的毛坯——棒料、铸造件或者锻压件采用车床进行外轮廓的车削加工，得到叶轮回转体的基本形状。
通过对叶轮结构和加工工艺的分析，叶轮加工主要由粗加工叶片间流道（叶轮开粗）、流道曲面的半精加工、叶片精加工、流道精加工和倒圆部分的清根加工等工序组成。
2.2 刀具选择刀具刚性和几何形状是叶轮加工刀具选择的主要因素，在流道尺寸允许的情况下尽可能采用大直径的刀具。
基于UG的曲面数控加工研究
径” 中。
（） ６ 设置机床代码 和工作坐标系 工件坐标 系原点 与毛坯坐标 系同 ，添加表 名为 ｐｏｒｍ ｚｒ ｒｇａ ｅｏ的项 目， 指定工件坐标 系。前 面讲过通 过拾 取点和指定坐标系两种方法 ， 这 次我们编程和导出时用的同一个坐标 ， 所以可 以直接借用 ｓ ｃ ｔ ｋ的组件 ｏ 坐 标 系 作 为加 工 坐标 系 ， 接 选 择 ｓ ｃ 组 件 即 可 。 直 ｔｋ ｏ 设 置机床初始位 置， 机床默认 的是在 （ ，，） 这样 就会使刀具 与 ０ ０ 点， ０ 毛坯发生碰撞 ， 需要把 ｚ 轴抬高 ， 设值为 ｚ ｌ０ ｍ 可根据 机床和 毛坯 ＝５ｍ （ 自行设 定） 。 （ ） 用 程序 ７调 以上设 置完毕 ， 可进行叶面的加工。添加程序 ， 共五条程序 ， 因程序 是分别后处理 的， 需要给每条程序指定一把刀具 。 由于利用 Ｃ Ｍ软件 生成 Ｇ代码 时，没有确 定每条程序所用 的刀 Ａ 具， 在这里用利用 Ｖ ｒ ｕ 手工指定每条程序所用刀具 。首先在添加数 ｅｉ ｔ ｃ 控程序时换刀方式选用文件名换 刀方 式 ，然后在 刀具下拉 菜单 中选择
３数 据 处 理 和 曲面 的 重 构 ．
５复杂 曲面 数 控 的 后 置 处 理 ． Ｕ Ｇ系统提供了一般性的后处理器程序——ｕ ０Ｉ它使用 Ｕ ｓ， Ｇ内
本文将利用 Ｕ Ｘ ＧＮ ４软件对前面已经处理的点云数据进行 曲面 的 重构 ， 曲面重构 的流程如下 ： 根据零件在三座标测量机上测量得到 的数据 ， Ｕ Ｘ４软件 中， 在 ＧＮ 首先建立叶片零件 的截面草 图， 然后将建立的草图 ， 围绕 ｚ轴旋转生成 叶片零件的基体模型 ， 再把上面重构 的大 、 ｔ 曲面实体与基体进行 ＆ｎ 片 布尔运算求 和 ， 使其成为单一 的实体 模型 ， 最后 利用“ 应用一建模一引 用” 功能 ， 而完成整体斜流叶片零件实体建模 。 从
毕业设计_基于UG叶轮的造型加工及数控编程
1 绪论1.1课题的确定整体式叶轮作为动力机械的关键部件，广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。
从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出：加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。
因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量。
目前，我国大多数生产叶轮的厂家多采用国外大型CAD/CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等随着航空航天技术的发展，为了满足发动机高速、高推重的要求，在新型中小发动机的设计中大量采用整体结构叶轮。
选择数控加工仿真技术，适合加工种类多、需求少、难加工的整体叶轮，减少整体叶轮加工的成本。
本课题主要研究的是航空发动机上整体叶轮的数控加工工艺、造型、数控加工仿真及数控编程。
而且且本文选用目前流行且功能强大的UG NX4.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。
下图是叶轮零件图1-1，1-2，1-3.前视图1-1俯视图1-2叶片之间的角度以上各图在后面会详细的分析。
1.2国内（外）发展概况及现状的介绍通常在整体叶轮的设计图上给出的是叶片中性面上顶部和根部的两组数据点，包括顶部和根部的一系列离散数据点和对应点的叶片厚度值。
本课题采用B 样条方法对叶轮曲面进行造型。
整体结构叶轮(图1－1)的应用可使航空发动机推重比、工作效率、寿命及可靠性大大提高，因此在各类新型发动机及大推力火箭发动机中应用愈来愈多，其加工质量的优劣对发动机的性能有着决定性的影响，而其叶片的形状又是机械中最难加工的曲面构成的。
因此，整体叶轮的加工一直是机械加工中长期困扰工程技术人员的难题。
为了加工出合格的叶轮，人们想出了很多的办法。
由最初的铸造成型后修光，到后来的石蜡精密铸造，还有电火花加工等方法。
基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究
基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究冷家融（长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122）【摘要】应用UG软件编程，在发动机叶轮的数控仿真加工过程中，辅以动画演示功能，使学生更好地了解编程的步骤、命令的选用以及相关参数的设置。
通过虚拟工作环境，调整参数设置，生动地演示其加工效果与差异，教授学生掌握5轴数控加工的编程要领，以此提高课堂教学效果与教学质量。
关键词：UG；叶轮；5轴仿真加工；机械专业教学中图分类号：TG659 文献标识码：BDOI：10.13596/ki.44-1542/th.2024.01.022Teaching Case Study on Impeller Five Axis Numerical ControlSimulation Processing Based on UG ProgrammingLeng Jiarong（College of Humanities & Information Changchun University of Technology，Changchun，Jilin 130122，CHN）【Abstract】Using UG software programming, in the numerical control simulation machining process ofengine impellers, animation demonstration functions are supplemented to help students betterunderstand the programming steps, command selection, and related parameter settings. By using avirtual working environment, adjusting parameter settings, and vividly demonstrating the processingeffects and differences, students can better grasp the programming essentials of five axis CNCmachining, thereby improving classroom teaching effectiveness and quality.Key words：UG; impeller; five axis simulation machining; mechanical teaching1 引言UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术
叶轮数控加工仿真研究【 Ｊ 】 ． 陕 西 国防 工
业 职 业技 术学 院 学 报 ， ２ ０ １ ｌ ， ２ １ （ ２ ） ： ４ ５ －
４７．
工程序都应经过分 度和旋转 ， 且 在 轮 毂 和
可 能存在 一些不需 要的拐点 ， 即 出 现 不 光 叶 片 没 有 全 部 加 工 完 时 ， 不应 进 入 下 一 个 【 ４ 】阎长 罡 ， 贾 国高 ． 基于 ＵＧ Ｎ Ｘ ４ ． Ｏ 的整体
行 于 气 流 通 道 的 方 向进 行 走 刀 。 具 体 加 工
比较 完 美 地 完 成 对 整 体 叶 轮 的 三 维 造 型 。 应 用 ｕＧ软 件 对 整 体 叶 轮 进 行 五 轴 加 工 的
／Ｃ ＡＭ 软 件 ， 在 的 中间位置设 置开槽加 工槽 ， 铣 刀应 沿 平 但 它 作 为 一 款 通 用 的 ＣＡＤ
迹 生 成研 究 【 Ｄ 】 ． 哈 尔 滨 工程 大 学 硕士 学 位论文 ， ２ ０ ｌ ２ ．
【 ３ 】李俊 涛 ， 吴 让利 ． 基于 ＵＧ Ｎ Ｘ ６ ． ０ 的 整体
．
维造 型工作（ 如 图２ 所示） 。 ２ ． ５ 光顺 曲线 实 际工作 中 ， 生 成 叶 片 的 曲线 和 曲 面
工 业 技 术
建议采用 第二种方式 。 ２ ． ４ 建立 整体 叶轮 在 完成 单个叶 片和 轮毂的 造型后 ， 我
们 要 建 立 整 个 叶轮 的 ＣＡＤ 模型 ， 建 立 步 骤 如下： （ １ ） 因 为 叶片 是 沿 圆周 均布 的 ， 所以 需 要 根 据 叶 片 的 数 量 确 定 叶 片 沿 圆 周分 布 的
３ 叶轮 的五 轴数控加工流程
（ １ ） 锻压毛坯 ： 毛 坯 采 用 高 强度 的锻 压
UG软件在五轴加工中的应用
五轴加工的优越性
五轴加工是在三轴加工的基础上加两个旋转轴 来实现刀轴的X、Y、Z、A（B）、C（B）运动。 五轴加工有很多优越性，如扩大了加工范围、提 高了加工效率、提高了加工精度等，因此五轴加 工应用越来越广泛同时也较三轴加工要复杂得多。 五轴加工的应用领域：汽车、模具、航空、航天、 空调等行业。现在能够支持五轴联动加工控制系 统大多有海德汉、菲迪亚、法拉克、西门子等。
对叶轮流道进行精加工程序编制
五、对叶轮流道进行精加工程序编制 插补刀具轴 ，生成以下刀轨。
计算机仿真加工
计算机仿真加工是叶轮数控加工中最重要的环节，是整个数控加工工作的基础， 分为两个部分： 1）进行后置处理之前的仿真，是针对刀轨文件在CAM软件中参数设置的检查， 观察是否有过切，欠切及碰撞； 2）后置处理之后的仿真，是对生成的NC程序模拟数控加工，检查其后置处理 后NC程序是否正确； 对生成的数控加工刀轨文件进行仿真加工，可以在CAM软件中进行，也可以用 专门的仿真软件进行。
刀轴控制方法
3、垂直于驱动面控制刀具轴；每一个驱动点的刀轴都垂直 于驱动面，球头铣刀的球心V=0。
垂直于驱动面控制刀具轴
刀轴控制方法
4、相对于驱动面控制刀具轴；每一个驱动点的刀轴都与驱 动面在空间成一定角度。
相对于驱动面控制刀具轴
刀轴控制方法
5、直纹面驱动控制刀具轴；利用直纹曲面来驱动刀具轴， 保持刀具轴与驱动几何平行，从而控制刀具轴的驱动轨迹。
插补驱动控制刀具轴
刀轴控制方法
6、插补驱动控制刀具轴；可以通过在指定的定点定义矢量 方向来控制刀具轴当驱动或零件几何非常复杂时，又没有 附加刀具轴控制几何体时，可采用插补驱面我们分析叶轮的三维模型，可以看到叶片的型状，叶 片的分布，流道的形状，在加工叶片，流道时刀具轴必须要 控制在一定轴的空间范围以免加工时产生与叶片相碰，造成 过切或欠切，以满足零件加工的需要。
基于UG的叶轮产品的五坐标数控加工技术研究
Ｕ Ｇ软件是一个大型 Ｃ ／Ａ ＡＤＣ Ｍ软件系统 ，其强大的三轴和 多轴数控编程系统为整体式叶轮 的加工提供 了完善 的解决方案 。
有多余拐点 ， 曲率变化均匀 ； （） ６曲线曲率要大于过渡 曲面曲率值 。
按照以上原则 ， 首先对 叶盆 、 叶背曲线上离散点进行 Ｂ样条
曲线插值。然后根据叶片沿 叶轮径向厚度 的变化规律 ， 出叶 设计 单螺杆叶轮 的叶片通常为复杂 曲面 ，轮盘和轮盖为 回转面 ， 片的叶盆 、 叶背轮廓 面。由于叶片沿叶轮的径 向和叶片的高度方 是一类几何特征明显 ， 在生产实际中有一定代表性的零件。它的 向其厚度均 在变 化 ， 在构造叶片 曲面时 ， 分别做 叶片中性 面上盖
阶数 ， 在此使用 ３阶曲线 ； （） ５ 曲线 的 Ｉ１ 调节是非常重要 的 ， 瓯生 利用软件的相关功能
模 块进 行 调 节 。曲线 经 过 光 顺处 理 后 ， 数 学 上保 证 ｃ 连 续 ， 在 ２ 没
整体叶轮的加工是指轮廓 和叶片在 同一 毛坯体上进行 的
整体加工 ，而不采用 叶片加工成形后焊接在轮廓上 的工艺方法 ， 所以在加工中有很大的难度 ， 被公认为机械加工的难点 。五坐标 机床功能强大、 加工效率高 、 质量好 ， 受到制造业 内人士 的青 睐。 由于五坐标机床刀具运动 的复杂性 ， 数控编程非 常困难。
沈 自林 沈庆 云 范彦斌 （ 山科学技 术学 院 机 电与信 息 工程学 院 ， 山 ５８０ ） 佛 佛 ２０ ０
Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｘｓ ＮＣ ｎ ｆ ｔ ｒ ｇ ｆ ｒ ｈ ｐ ｌ ｒｂ ｓ ｄ Ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｉ ５ ｍａ ｕａｃ ｕ ｉ ｏ ｅ ｉ ｅｌ ａ ｅ ｎ ＵＧ ｎ ｔ ｍ ｅ
叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究
叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术
研究
叶轮是一种重要的机械零件，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域。
叶轮的制造质量直接影响到机械设备的性能和寿命，因此，如何提高叶轮的制造质量成为了制造业的重要课题之一。
而五轴数控制造技术则是提高叶轮制造质量的关键技术之一。
五轴数控制造技术是一种高精度、高效率的加工技术，它可以实现对复杂曲面的加工，提高零件的加工精度和表面质量。
在叶轮制造中，五轴数控加工可以实现对叶轮叶片的复杂曲面加工，提高叶片的精度和表面质量，从而提高叶轮的整体性能。
叶轮的制造质量与五轴数控制造技术密切相关，其关键技术主要包括以下几个方面：
1.五轴数控加工中的刀具路径规划技术。
叶轮的复杂曲面需要通过合理的刀具路径规划来实现加工，因此，刀具路径规划技术是五轴数控加工的关键技术之一。
2.五轴数控加工中的加工参数优化技术。
加工参数的优化可以提高加工效率和加工质量，同时减少加工成本。
因此，加工参数优化技术也是五轴数控加工的关键技术之一。
3.五轴数控加工中的加工误差补偿技术。
加工误差是影响加工精度
和表面质量的主要因素之一，因此，加工误差补偿技术可以有效提高加工精度和表面质量。
4.五轴数控加工中的加工刀具选择技术。
不同的加工刀具对叶轮的加工效果有着不同的影响，因此，合理选择加工刀具可以提高加工效率和加工质量。
五轴数控制造技术是提高叶轮制造质量的关键技术之一，其关键技术包括刀具路径规划技术、加工参数优化技术、加工误差补偿技术和加工刀具选择技术等。
随着制造技术的不断发展，五轴数控制造技术将在叶轮制造中发挥越来越重要的作用。
UG在叶轮五轴编程中的应用
UG在叶轮五轴编程中的应用叶轮是一种典型的需要五轴加工的零件，其特点是结构复杂、精度要求较高及附加值较高（见图1）。
目前，叶轮主要采用五轴联动机床进行加工，因此，利用UG 软件对叶轮进行五轴编程便具有非常重要的意义。
在加工过程中，对轮毂和叶片的表面粗糙度有较高要求，而对叶片的底部圆角精度要求不高，通常只需要该圆角与轮毂过渡光滑即可。
因此在加工圆角的选择上，通常选用等半径球头刀具（φ 6mm）一刀成形，而不需要利用小刀具绕铣加工。
选用车削成形毛坯，如图2 所示。
根据该叶轮模型的结构与技术要求，做出如下工艺安排 : 整个加工工艺共分为粗加工、半精加工和精加工3个阶段。
所用刀具: ① φ 16mm的圆鼻刀（刀尖半径1.6mm）和φ 8mm的圆鼻刀（刀尖半径2mm），用于零件的开粗。
② φ 6mm 的球头刀（锥度5°），用于半精加工和精加工。
1. 叶轮的粗加工UG8.0 以上版本软件提供了专门加工叶轮的自动化工具——叶轮专业加工模块，该工具大大简化了叶轮的五轴编程。
但是，利用该工具进行叶轮的粗加工需具备两个条件: ①所用刀具只能是球头刀。
②机床只能为联动加工。
按照这种要求，叶轮的粗加工效率会大大降低。
因此，本文采用的方案是使用圆鼻刀（φ 8mm）进行 3+2轴的定轴加工，这种方案在实际生产中取得了良好的效果。
由于叶片通常是均布在轮毂上的，为了减轻UG 的计算负荷，通常采取的方法是只生成相邻叶片之间的刀轨，然后利用“变换” 功能复制出整个叶轮的加工刀轨。
这样就将整个毛坯进行分割，只取其中的一部分作为叶轮粗加工的毛坯（见图 3）。
由于分流叶片的存在，使用定轴方式进行粗加工是无法一次完成的。
这就需要将图3 中的毛坯分为两个部分单独完成粗加工。
首先，将图 3中的上半部毛坯和左下半部毛坯先进行加工（见图 4a），使用型腔铣定轴加工，刀具为φ 8mm、刀尖半径为 2mm 的圆鼻刀，留半精加工余量0.5mm。
复杂曲面零件的五轴数控加工技术研究
复杂曲面零件的五轴数控加工技术研究
张映故
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2024(60)3
【摘要】随着科技水平的不断提升,精密复杂曲面零件的应用越来越广泛。
曲面驱动是复杂曲面零件加工的重要方法,驱动刀轨的规划直接关系到曲面物理特性的调控,应用五轴数控加工技术能够提升复杂曲面零件的加工质量。
文章主要研究复杂曲面零件的五轴数控加工技术,以佛像这个复杂曲面零件为例,分析了曲面驱动刀轨规划、工装方案设计、加工策略以及试制加工过程。
在实际加工过程中,技术人员应充分理解驱动刀轨规划思路与原理,在粗加工、精加工中完善刀轨设计,并进行试制加工。
【总页数】3页(P63-65)
【作者】张映故
【作者单位】柳州职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究
2.复杂曲面五轴数控加工关键技术研究
3.复杂曲面零件数控加工的关键问题r——解读《复杂曲面零件
五轴数控加工理论与技术》4.五轴数控机床高效加工多曲面零件工艺5.基于五轴数控加工工艺的复杂曲面零件加工轨迹分析
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浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术
浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术摘要:整体叶轮是能源动力、航空航天、石油化工等行业广泛使用的关键零件,也是一类典型的难加工零件。
本文以UG软件为背景,提出了一套从叶轮造型到应用五轴数控加工技术对其进行加工的数控加工方案,希望对叶轮的设计制造工作能够有所借鉴。
关键词:叶轮复杂曲面三维造型五轴数控加工叶轮是由复杂空间曲面构成的非常有代表性的典型零件,具有结构复杂、种类繁多、设计周期长、加工工作量大的特点,它可以被认作是很多机械的“心脏”,其造型质量和加工方案的选取将会对机械的使用性能和效率造成直接影响。
UG软件是西门子公司旗下的一个集CAD/CAM为一体的三维机械设计平台,它对曲面曲线的造型有着一套成熟完整的方法和理论体系,并且因为其还具有功能强大的加工制造模块,能够对已建立的叶轮CAD模型作加工工艺分析,并通过后处理程序直接生成加工代码,是同类软件中的佼佼者。
因此,本文采用UG 平台对叶轮的造型及加工技术进行分析。
1 叶轮的CAD/CAM系统方案为了保证整体叶轮的强度,使加工得到的叶面曲面误差较小,宜采用整体铣削加工的方法。
整体铣削加工的步骤为:(1)将锻压好的毛坯件车削成叶轮回转体的基本形状。
(2)用五轴数控加工中心在毛坯上一次性完成对轮毂和叶片的加工。
近年来,伴随着CAD/CAE/CAM一体化技术的发展以及五轴数控加工设备的普及,传统的依靠手工对叶轮进行加工的方法已经遭到淘汰,而采用CAD/CAM系统的叶轮整体加工方案已经得到了广泛地应用。
2 叶轮的三维造型2.1 叶片数据的获取现阶段获取叶片数据的方法主包括测量现成叶片和理论计算两种类型。
前者主要应用于逆向工程领域,一般是利用CMM(三坐标测量机)或激光扫描仪对现成叶轮进行测量,生成iges等通用格式的数据文件,然后将这些文件导入UG中进行模型建立;后者主要通过有限元分析和流体力学的原理来完成对叶片数据的计算。
本文的叶片数据是采用理论计算得到的。
复杂曲面零件数控加工的关键问题——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》
1五轴数控加工简介复杂曲面零件作为数字化制造的主要研究对象之一，在航空、航天、能源和国防等领域中有着广泛的应用，其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。
复杂曲面零件往往具有形状和结构复杂、质量要求高等难点，是五轴数控加工的典型研究对象。
当前，复杂曲面零件主要包括轮盘类零件、航空结构件以及火箭贮箱壁板等，如图1所示。
轮盘类零件是发动机完成对气体的压缩和膨胀的关键部件，主要包括整体叶盘类零件和叶片类零件。
整体叶盘类零件的叶展长、叶片薄且扭曲度大，叶片间的通道深且窄，开敞性差，零件材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，因此零件加工制造困难。
叶片是一种特殊的零件，数量多、形状复杂、要求高、加工难度大且故障多发，一图1复杂曲面零件直以来都是各发动机厂生产的关键。
航空整体结构件由整块大型毛坯直接加工而成，在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹，但由于其具有尺寸大、材料去除率大、结构复杂、刚性差等缺点，因此加工后会产生弯扭组合等加工变形。
随着新一代大型运载火箭设计要求的提高，为保证火箭的可靠性，并减轻结构质量，提高有效载荷，对火箭贮箱壁板网格壁厚精度和根部圆弧过渡尺寸都提出了更严格的要求。
五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高精度等优势，是加工大型与异型复杂零件的重要手段。
五轴数控机床在3个平动轴的基础上增加了2个转动轴，不但可以使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定的范围内任意可控。
五轴数控加工的主要优势包括：①提高刀具可达性。
通过改变刀具方向可以提高刀具可达性，实现叶轮、叶片和螺旋桨等复杂曲面零件的数控加工。
②缩短刀具悬伸长度。
通过选择合理刀具方向可以在避开干涉的同时使用更短的刀具，提高铣削系统的刚度，改善数控加工中的动态特性，提高加工效率和加工质量。
③可用高效加工刀具。
通过调整刀轴方向能够更好地匹配刀具与工件曲面，增加有效切宽，实现零件的高效加工。
叶片类复杂零件反求建模与5轴数控编程关键技术
叶片类复杂零件反求建模与5轴数控编程关键技术*曾锋1，杨忠高2，黄丽1（1.广东工贸职业技术学院机电工程学院，广东广州510510；2.广东技术师范大学广东工业实训中心，广东广州510665）【摘要】以整体叶轮为研究对象，研究了叶片类复杂零件反求建模与5轴数控编程中的关键技术。
通过光学扫描仪获取整体叶轮的点云数据，运用点云处理软件Geomagic Wrap 对叶轮的点云数据进行优化处理，运用反求设计软件Geomagic Design X 完成快速曲面重构，并对拟合的曲面精度进行分析，反求出整体叶轮的实体模型，最后导入CAM 软件UG 中，完成整体叶轮的制造工艺分析与5轴数控编程。
将反求工程技术与5轴数控加工技术相结合，为叶片类复杂零件的反求设计与制造提供了思路和借鉴。
关键词：点云数据处理；快速曲面重构；反求设计；5轴数控编程中图分类号：TG659文献标识码：BDOI ：10.12147/ki.1671-3508.2023.02.013Key Technology of Reverse Modeling and Five Axis NCProgramming for Blade Complex PartsZeng Feng 1，Yang Zhonggao 2，Huang Li 1（1.College of mechanical and electrical engineering,Guangdong Polytechnic of industry andCommerce,Guangzhou ，Guangdong 510510，CHN ；2.Guangdong Industrial Training Center,Guangdong Polytechnic Normal University,Guangzhou ，Guangdong 510665,CHN ）【Abstract 】Taking the integral impeller as the research object,the key technologies in reverse modeling and five axis NC programming of blade complex parts are studied.Obtain the point cloud data of the integral impeller through the optical scanner,use the point cloud processing software Geomagic Wrap to optimize the point cloud data of the impeller,use the reverse designsoftware Geomagic Design X to complete the rapid surface reconstruction,analyze the fitting surface accuracy,reverse the solid model of the integral impeller,and finally import it into the CAM software UG to complete the manufacturing process analysis and five axis NC programming of the integral impeller.The combination of reverse engineering technology and five axis NC machining technology provides ideas and references for the reverse design and manufacturing of blade complex parts.Key words ：point cloud data processing ；fast surface reconstruction ；reverse design ；five axis NCprogramming*基金项目：广东教育厅普通高校重点领域专项（智能制造）项目（2020ZDZX2093）；广东工贸职业技术学院资助项目（2020-ZK-07）1引言整体叶轮是典型的叶片类复杂零件，是航空发动机的核心部件，构建其曲面模型比较困难，必须借助反求工程技术进行曲面重构。
基于UG NX的复杂曲面叶轮五轴数控加工技术
基于UG NX的复杂曲面叶轮五轴数控加工技术前言作为动力机械的关键部件，整体式叶轮广泛应用于航天航空等领域，其加工技术一直是制造业中的一个重要课题。
从整体式叶轮的几何结构和工艺过程可以看出[1]，加工整体式叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻的叶片之间空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。
因此在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹能够满足几何准确性的要求，而且由于叶片的厚度有所限制，所以还要在实际加工中注意轨迹规划以保持加工的质量[1]。
目前，我国大多数生产也轮的厂家多数采用国外大型CAD/CAM软件，如UG NX、CATIA、MasterCAM等。
本文选用目前流行且功能强大的UG NX3.0对复杂曲面整体叶轮进行加工轨迹规划。
1 整体叶轮数控加工工艺流程规划根据叶轮的几何结构特征和使用要求（如图1），其基本加工工艺流程为：1）在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状；2）开粗加工流道部分；3）半精加工流道部分；4）叶片精加工；5）对倒圆部分进行清根。
图1. 叶轮的基本几何特征1.1 刀具的选择为提高加工效率，在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀，但是也要注意使刀具直径2R1min小于两叶片间最小距离L1min，L1min的大小可以根据UG NX 3.0软件的分析（Analysis）功能测得。
R1min<L1min/2在叶片精加工过程中，应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径R2min大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径rmax。
R2min>rmax在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径R3min小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径rmin。
R3min<rmin1.2 驱动方法选择本文将基于UG NX 3.0重点介绍流道开粗、流道半精加工、叶片精加工和倒圆部分清根的加工轨迹规划方法。
叶轮的UG数控加工
基于UG叶轮多轴数控加工工艺设计摘要：论述了应用多轴联动数控机床加工叶轮的工艺设计。
首先，其造型复杂，叶面呈空间曲面，选择叶轮UG叶轮加工模块进行加工，根据刀路轨迹、刀具及设备制定出数控加工工艺；其次，计算刀具进给速度并校核、修正，根据UG软件前置处理刀轨文件，设定相应的机床参数，并用相应的多轴联动加工中心加工出叶轮。
本文主要论述了该零件在加工过程中合理的工艺安排，具体道路和刀具灵活的运用策略，不但保证了零件生产的质量，而且使生产效率得以提高。
关键词：模块；刀路；数控加工整体叶轮是航空发动机核心部件，也是典型的五轴加工零件。
其结构复杂、加工通道狭窄，叶片扭曲严重，加工时容易发生撞刀、干涉等问题。
因此，在实际加工前进行仿真，是十分必要的一个步骤。
利用UG软件，搭建虚拟制造仿真平台，能够实时、准确的模拟出加工程序，验证最终的NC代码，检查机床超程、干涉、碰撞等现象，并对最终结果进行过切、欠切等检查。
UG的应用，缩短了程序调试的时间，减少了资源的浪费，提高了加工效率。
叶轮的基本几何特征1 整体叶轮数控加工工艺流程规划根据叶轮的几何结构特征和使用要求（如图1），其基本加工工艺流程为：1）在锻压铝材上车削加工回转体的基本形状；2）开粗加工流道部分；3）半精加工流道部分；4）叶片精加工；5）对倒圆部分进行清根。
1.1 刀具的选择为提高加工效率，在进行流道开粗和流道半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀，但是也要注意使刀具直径2R1min小于两叶片间最小距离L1min，L1min 的大小可以根据UG NX 3.0软件的分析（Analysis）功能测得。
R1min在叶片精加工过程中，应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径R2min大于流道和叶片相接部分的最大倒圆半径rmax。
R2min>rmax在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径R3min小于流道和叶片相接部分的最小倒圆半径rmin。
基于UGNX的整体叶轮逆向建模与五轴编程
基于UGNX的整体叶轮逆向建模与五轴编程张瑜;董保香;蓝艳华【摘要】The RE/CAD/CAM of multi‐blade impeller is very difficult because of complex sur‐face .The 3D impeller was modeled based on the key points of impeller samples ,and the 5‐axis tool path were given based on mill‐multi‐blade operation in UNGX/CAM .The correct impeller were machined by 5‐axis MC after the interference and cutting simulation by UG/IS&V .This method is suitable for RE/CAD/CAM of other types .%复杂的叶片曲面导致整体叶轮的测量、逆向再设计及数控编程非常困难。
通过测量整体叶轮样品关键特征点，基于UGNX对点云进行逆向并用曲面模块生成了三维模型，应用UG／CAM中叶轮加工专用模块，实现了叶轮五轴数控编程。
在利用IS&V 消除干涉、过切等现象的前提下，用五轴加工中心加工出了叶轮。
本方法也适合其他同类型的整体叶轮逆向、设计及五轴数控编程。
【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P75-78)【关键词】整体叶轮;UGNX;五轴编程【作者】张瑜;董保香;蓝艳华【作者单位】日照广播电视大学考试中心，山东日照276826;淄博职业学院电子电气工程学院，山东淄博255000;日照市科学技术协会，山东日照276826【正文语种】中文【中图分类】TG659叶轮类零件作为透平机械的核心部件，是一种造型比较规范、具有典型性的通道类复杂零件，其工作型面通常为空间曲面，所以如何设计及加工制造一直是国内外公认的技术难题[1].叶轮设计涉及空气动力学、流体力学等多个学科，随着设计理论和方法的不断进步，工作型面越来越复杂，这对加工制造提出了更高的要求[2].本文基于UGNX8.0对整体叶轮的逆向、三维建模、五轴数控编程、机床加工仿真进行较为全面的研究.逆向工程(Reverse Engineering)是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物[3].本文中的叶轮是某进口风机上的零部件，转速较高，动平衡要求高、精度高.利用三维扫描测量仪，准确地测量如图1样件表面数据及轮廓外形，得到如图2所示的点云.在UG/CAM中的mill_multi_blade加工中，使用多叶片工序来加工如叶轮、叶盘等含多个叶片的部件.多叶片铣加工工序专用于加工叶片类型的部件，而且对于这些类型部件，此工序的加工效率最高，可以创建用于执行粗加工、剩余铣、叶毂精加工、圆角精加工以及叶片和分流叶片精加工的工序.多叶片铣加工工序可实现：刀轴光顺、刀轨光顺、IPW(In Process Workpiece)、刀柄碰撞检查和避让、预期结果预览，可以指定以下几何体：多个分流叶片、带底切的弯叶片、含一个或多个曲面的叶片、UV栅格未整齐排列的曲面、自动修复缝隙和重叠.2.1 定义工件几何体及刀具加工整体叶轮时，首先把毛坯加工成回转圆柱体，然后再把该回转体加工为整体叶轮.在MULTI_BLADE_GEOM几何体中定义叶毂、一个主叶片、一组分流叶片，然后指定主叶片数.默认旋转轴为+ZM.注意选择主叶片的时候，只需要选择一组叶片就可.选择分流道叶片的时候要注意选择该主叶片右边的分流道叶片，如图5所示.指定分流叶片时要分别指定壁面和圆角.刀具分别定义为直径10、直径8、直径6的球头铣刀.2.2 毛坯粗加工毛坯粗加工的目的是把圆柱形坯料加工成回转体形状以便叶轮加工，可采用车削或者铣削加工方式.采用铣削方式时，粗加工可用型腔铣的CAVITY_MILL快速去除大部分材料，然后用ZLEVEL_PROFILE进一步加工.生成的刀路轨迹如图6所示. 2.3 流道粗加工多叶片粗加工工序是部件类型特定的粗加工工序.这种工序允许对多叶片类型的部件进行多层、多轴粗加工.粗加工是自上而下进行的，可定义多层切削、切削模式、深度、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角、刀轨和刀轴光顺、毛坯几何体或IPW.所生成的刀路轨迹如图7所示.2.4 流道精加工使用流道精加工工序可为多个流道创建精加工刀轨，通过选择合适的切削模式、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角、刀轨和刀轴光顺得到如图8所示精加工刀路轨迹.在流道精加工工序中不需要包覆几何体，不加工圆角(圆角加工属于叶片精加工工序的范畴，流道精加工不切削相邻叶片的圆角).2.5 叶片精加工使用叶片精加工工序可自叶片和叶片圆角向下精加工到叶毂.叶片精加工是特定于部件类型的精加工工序，这些工序允许对多叶片类型部件的叶片或分流叶片进行多轴精加工.可以定义切削侧、切削模式、切削层、起点和切削方向、刀轴前倾角/后倾角和侧倾角.生成的刀路轨迹如图9所示.2.6 主叶片圆角精加工使用多叶片圆角精加工工序精加工多叶片叶轮和叶盘的圆角区域.加工时可以先使用较大的刀具精加工叶片，然后使用较小的刀具精加工叶片和轮毂之间的区域.操作选用BLEND_FINISH，圆角精加工中，要加工的几何体选择叶根圆角，选择合适的驱动模式、刀毂编号、叶片编号、步距、切削模式、顺序、切削方向、起点等.生成的刀路轨迹如图10所示.UGNX/IS&V(Integrated Simulation and Verification)模块是一个功能强大的集成仿真验证专用模块，用于模拟刀具路径以及整个数控机床的切削过程.它可以建立与实际生产加工中的数控机床完全一致的精确运动模型，以使模拟仿真结果完全符合实际情况[4].在此过程中可以捕捉在加工过程中产生的任何问题，然后把这些问题反馈给设计人员以修改零件；可以检测任何机床部件之间的干涉碰撞，例如工装、刀具、工件等；可以预览所有的加工操作，例如宏、子程序、循环、M、G、H等命令，提高了加工质量，消除了昂贵并且耗时的试加工验证和干切削验证，减小了机床、工件、夹具损坏的可能性.图11是采用系统提供的机床进行的IS&V 仿真.针对逆向模型，采用如上方法编制的程序，用五轴联动加工中心加工的整体叶轮如图12所示.针对整体叶轮样品，应用三坐标测量机测量出关键点云，基于UGNX对点云做逆向建立了三维模型.对带分流道的典型复杂叶轮，进行了五轴数控编程，实现了流道、主叶片及流道圆角的五轴编程与加工.通过UG/IS&V机床加工仿真，分析机床加工过程，排除错误，最终加工出了合格的整体叶轮.【相关文献】[1] 修春松，安鲁陵，戚家亮. 整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成[J]. 机械制造与自动化，2011(4)：165-168.[2] 张世民，郭锐锋，彭健钧. 五轴数控加工仿真中刀具扫掠体的计算[J]. 组合机床与自动化加工技术， 2010(6):10-13.[3] 姬俊锋. 复杂整体叶轮数控加工关键技术研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2009.[4] 陈文涛，夏芳臣，涂海宁. 基于UG&VERICUT整体式叶轮五轴数控加工与仿真[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012(2)：102-105.。
针对UG的螺旋叶片数控五轴加工技术分析
针对UG的螺旋叶片数控五轴加工技术分析摘要：我国的经济社会飞速发展，科学技术水平显著提升。
在加工制造行业中，数控技术的应用最为广泛。
我国大部分工厂引进了数控技术，生产了五轴数控机床，提高了产品生产效率，实现了预期加工目标。
值得注意的是，在数控技术应用过程中仍然螺旋叶片加工质量不高等问题，为了发挥数控技术的应用价值，需要以UG处理模块作为依托。
本文将具体探讨基于UG的螺旋叶片数控五轴加工技术，希望能为相关人士提供一些参考。
关键词：UG；螺旋叶片；数控五轴；加工技术引言随着现代科学技术的发展，机械行业随之迅速发展，加工出的零件形状变得复杂多样，传统的加工设备已无法满足现阶段的加工需求，因此传统的机械加工设备已渐渐淡出人们的视线，涌现出更加先进的加工设备。
熟练掌握计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）技术是能够操作这类设备的关键掌握好多轴加工技术既能避免二次装夹的误差，也能减少加工时间，提高生产效率。
可见，熟练掌握CAM技术和多轴加工技术，对我国进入工业制造强国具有里程碑意义。
1数控机床概述1.1运行方式在科学技术迅猛发展的背景下，数控技术的应用更加广泛。
数控编程的工作主体主要是数控机床，数控机床对操作系统产生重要影响，因此工厂大多引进了这种自动化机床。
数控机床应用数字控制技术，内部存有自控制系统，系统能够自行输入编码、指令等，并对数控机床进行指挥。
数控机床识别指令信息，展开后续操作，完成零件的生产加工等，使零件的形状、尺寸与理想状态相贴合。
1.2组成要素一般来说，数控机床都是由三个部分组成的：第一是数控系统，第二是伺服系统，第三是机床主体。
第一部分为数控机床的中心，也是指挥数控机床的关键一环，数控系统可以自动运行加工程序，对零件生产加工数据进行逻辑运算。
在得到运算结果后，数控系统会将相关数据输送给伺服系统，伺服系统对机床进行控制，使机床运作生产。
数控系统是由计算机系统组成的，在计算机的作用下，开放式的数控系统形成，各种处理程序等也应运而生。
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基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究北京卫星制造厂李 群 陈五一 单 鹏 宋放之摘要以典型的CAD/CAM软件UG及深窄槽道、大扭角、变根圆角的微型涡轮发动机压气机转子应用实例为背景，设计出基于UG的一套完整、系统的整体叶轮数控加工方案，包括整体叶轮的三维建模、数控加工工艺流程规划，数控加工编程等。
并在MIKRON HSM400U五坐标数控机床上进行实验验证，证明该整体叶轮数控加工方案及程序的可行性。
该加工件已经用于微型发动机中进行试车实验。
关键词 CAD/CAM 微型发动机 整体叶轮 三维造型 五坐标数控加工1 引言整体叶轮特点是：结构复杂、数量种类繁多、对发动机性能影响大、设计研制周期长、制造工作量大。
目前，较重要用途的叶轮都是由非可展直纹面和自由曲面构成的，叶轮叶片的型面非常复杂，使得叶片实体造型较一般的实体造型更为复杂多变。
从整体叶轮的结构特点也可以看出：加工整体叶轮时加工轨迹规划的约束条件比较多，相邻叶片空间较小，加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉刀位轨迹较困难。
目前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件[1]，主要有美国NREC公司的MAX-5，MAX-AB叶轮加工专用软件，瑞士Starrag数控机床所带的整体叶轮加工模块，还有Hypermill等专用的叶轮加工软件。
此外，一些通用的软件如：UG、CATIA、PRO/E 等也可用于整体叶轮加工。
目前，国内只有少数几家企业可以加工整体叶轮，而且工艺水平距国际先进水平尚有差距。
总体上，我国叶轮加工领域的研究与应用同发达国家相比还有很大差距，在窄槽道、小轮毂比等高性能叶轮制造技术方面尚未过关。
2 整体叶轮的CAD/CAM系统结构图整体铣削叶轮加工是指毛坯采用锻压件，然后车削成为叶轮回转体的基本形状，在五轴数控加工中心上使轮毂与叶片在一个毛坯上一次加工完成，它可以满足压气机叶轮产品强度要求，曲面误差小，动平衡时去质量较少，因此是较理想的加工方法。
五轴数控加工技术的成熟使这种原来需要手工制造的零件，可以通过整体加工制造出来。
采用数控加工方法加工整体叶轮的CAD/CAM系统结构图[2]如图1。
图1 整体叶轮的CAD/CAM系统结构图收稿日期：2007-05-23作者简介：李群（1981-），硕士，机械制造及自动化专业；研究方向：数控加工技术。
40413 微型压气机转子的结构特点及加工难点国内大多数整体叶轮都是根据国外叶轮缩比仿制的，而本文研究的叶轮是北航能源与动力工程学院自主开发的微型航空发动机上的压气机转子。
压气机转子出口直径为81mm ，有8片一级叶片，8片二级叶片，出口叶片高度3mm ，叶轮进口直径44.3mm ，进口叶片高度17.15mm ，叶片厚度最薄处0.4mm ，相邻叶片间最小间距为3.1mm ，如图2。
图2 压气机转子为了使气动性设计达到了国际先进水平，压气机转子采用了大扭角、根部变圆角等结构，给加工提出了很高的要求。
转子加工难度如下：a. 国际上同等直径81mm 的整体叶轮通常有12片叶片或14片叶片，而此转子有16片叶片，而且它的二级叶片也较长，这些都使加工槽道进一步变窄，加工难度进一步增加；b. 在刀具直径为2.5mm 情况下，刚性差，容易断，控制切削深度也是关键；c. 此叶轮曲面为自由曲面、流道窄、叶片扭曲严重，并且有后仰的趋势，加工时极易产生干涉，加工难度高。
有时为了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保证加工表面的一致性也有一定困难；d. 前缘圆角曲率半径变化很大，加工过程中机床角度变化较大，并且实现环绕叶片加工较难；e. 由于叶轮强度的需要，轮毂与叶片之间还采用变圆角。
槽道窄、叶片高、变圆角的加工也是难点。
总之，此叶轮的窄槽道、大扭角、变圆角给加工带来了很大困难，国内还未见有加工出此种高难度的整体叶轮。
4 创建叶轮的三维模型4.1 叶轮叶片数据的获取方法叶轮叶片数据的获取主要有两种方法：一种是通过逆向工程；一种是通过理论计算。
逆向工程是把原型的几何尺寸通过各种测量方法（如：三坐标测量机、激光跟踪仪、三坐标测头等）转化成数据文件，然后重新建立此零件的CAD 模型的技术。
理论计算是根据流体力学原理计算出的叶型数据，本文的原始造型数据就是通过理论计算得出的。
数据文件提供的是：一系列数据点坐标，数据点坐标格式为：“XC 空格YC 空格ZC 空格”，与UG 对数据源文件的要求一致。
这样才可以根据曲面的连续、光滑性要求，在UG 的自由曲面模块中，由叶片的离散数据点拟合生成光滑、准确的闭合曲线，从而再通过这些曲线生成叶片曲面。
4.2 创建叶片通常情况下，叶片的基元线主要分为两类：一类是平面曲线(一般出现在涡轮中)，一类是空间曲线(一般出现在压气机叶轮中)。
而UG 中对这两类曲线生成叶片实体的处理方法是不同的。
4.2.1 叶片基元线是平面曲线从菜单栏中选择【样条】命令，根据需要选择其中的一种拟合方式，把已生成的数据文件导入，系统将按照数据绘制封闭的样条曲线。
按照上述方法，用其它的数据文件中的数据绘制其它封闭样条曲线。
从菜单栏中选择【通过曲线】命令，系统将弹出【通过曲线】对话框，分别选取已建的样条曲线串。
这样就生成了叶片实体(如图3)。
4.2.2 叶片基元线是空间曲线导入数据文件，绘制样条曲线；通过曲线串生成叶片实体：同4.2.1。
但是这时候生成的是叶片片体（如图4）。
要想生成实体，必须在叶片片体的两侧建立两个缝合面，缝合成实体。
图3 叶片实体 图4 叶片片体 利用【扫描】命令，通过片体两侧的最外边曲线，42生成缝合面(如图5)，这样这两个平面和所建立的叶片片体共同围成了一个封闭的叶片体。
利用【缝合】命令，选择以上建立的两个平面和片体，生成叶片实体，如图6。
图5 缝合面 图6 叶片实体4.3 创建轮毂UG 提供了两种建立曲线的方式：一种是直接在三维建模方式下，一种是在草图方式下。
草图中建立便于参数化，推荐用草图建立。
利用【回转】命令，选择所建的截面曲线作为剖面线串，创建轮毂回转体。
4.4 修整叶片与轮毂通过定义基准面和裁剪体，利用【裁剪】命令，裁掉多余的部分。
4.5 建立其他的叶片因为叶片是圆周均布的，所以利用【变换】命令，选择要复制的叶片，在【角度】文本框中输入参数值360/n (n 为叶片个数)，连续复制n -1次，这样就完成了n 个叶片在轮毂上的均匀分布。
4.6 建立整体叶轮到此，叶片、轮毂已经建立完毕，但它们都是独立的实体，因此，把它们组合成一个实体，最终完成叶轮的三维实体造型（如图7、8）。
图7 平面曲线叶轮 图8 空间曲线叶轮5 叶片曲线、曲面分析由于叶片数据的获取来源，决定了生成的叶片曲线、曲面可能存在不需要的拐点，出现不光滑的凹凸现象，这直接影响着后续的加工效果。
因此在三维建模过程中需要对曲线、曲面进行光顺检查。
5.1 曲线分析 5.1.1 分析曲线质量用UG 中的曲线分析工具，分析叶片的每一条基元线的曲率分布情况，有无断点、尖点、交叉、重叠。
下面以一条空间基元线为例，分析曲线的质量。
曲率梳可以反映曲线的曲率变化规律并由此发现曲线的形状问题。
原始曲线的曲率梳分布如图9，光顺后的曲率梳分布如图10。
图9 原始曲线曲率梳 图10 光顺后曲线曲率梳通过曲率图可以看出：光顺后的曲线比原始曲线要光顺的多。
因此，光顺后的曲线更有利于后续的数控加工编程。
5.1.2 光顺曲线通过编辑曲线中的光顺曲线命令，修改光顺因子，来达到需要的光顺曲线[4]。
5.2 曲面分析5.2.1 法矢量各分量的分布（评价光滑性）叶片曲面的理想情况是在各处法向矢量呈发散的趋势。
如果两法向矢量有相交的趋势，原因可能是由于前缘、尾缘的半径设置不合理。
这种情况下，需将前、后缘的数据点进行修改。
用UG 中的桥接曲线功能，在保证连接点曲率连续的前提下，通过修改相切模量来调整前缘、尾缘形状。
最后重新分析曲面的法矢量。
以转子叶片为例，叶片曲面法矢量三维分布，可以看出法矢量的变化比较连续，只是在前缘、尾缘与吸力面、压力面的相接处存在较大的转折。
通过放大法矢量图，分析在衔接处的法矢量变化，发现法矢量的变化是连续的，即法向矢量之间没有相交的趋势。
如图11，这是合理的。
但是法矢量变化较大的地方，可能成为曲面加工中的难点，因此在数控编程中应特别注意干涉过切与刀具转角这两方面的问题。
如果干涉太严重，可以将压力面、吸力面、前缘角分开加工。
5.2.2 相邻面的最小空间距离43使用UG 中的距离分析命令可以求出相邻叶片曲面的最小距离，这个最小距离可以作为选取刀具的参考依据之一。
所选刀具的直径最大不能超过该值。
图11 前缘法矢量三维分布6 叶轮数控加工工艺流程规划6.1 刀具的选择为提高加工效率，在进行流道粗加工、半精加工过程中尽可能选用大直径球头铣刀，但是必须保证刀具直径R 1小于叶片间最小距离L min ，L min 的大小可以根据UG 软件的分析面面距离的功能测得。
在叶片精加工过程中，应在保证不过切的前提下尽可能选择大直径球头刀，即保证刀具半径R 2大于流道和叶片相接部分的最大圆角半径。
在对流道和相邻叶片的交接部分进行清根时，选择的刀具半径R 3小于流道和叶片相接部分的最小圆角半径。
6.2 加工工艺流程叶轮整体加工采用轮毂与叶片在一个毛坯上进行成形加工，而不采用叶片加工成形后焊接在轮毂上的工艺方法。
其加工工艺方案如下[5,6]。
6.2.1 锻压毛坯为了提高整体叶轮的强度，毛坯一般采用锻压件，然后进行基准面的车削加工，加工出叶轮回转体的基本形状。
6.2.2 叶轮气流通道的开槽加工开槽加工槽的位置宜选在气流通道的中间位置，采用平底锥柄棒铣刀平行于气流通道走刀，并保证槽底与轮毂表面留有一定的加工余量。
根据整体叶轮流道部分的几何特征，流道开槽需分成3部分加工：小叶片前端、左端、右端，如图12所示。
每部分开槽需采用分层渐进的方法，将流道部分的总加工余量根据整体叶轮和刀具材料的力学性质以及进给速度等分成若干层进行加工。
所分层数和每层的加工余量应该根据总加工余量的最大厚度部分来进行合理分配。
选择流道曲面为零件面（Part Geometry ）和驱动几何面（Drive Geometry ），叶片面和轮毂面为干涉检查面（Check ）。
可采用的驱动方法为：前端流道面加工采用的驱动方法为：垂直于驱动（Normal to Drive ）、趋向于点（Toward Point ）； 左端流道面加工采用的驱动方法为：垂直于驱动（Normal to Drive ）、相对于驱动面（Relative to Drive ）； 右端流道面曲率变化很平缓，曲面上各点法向与叶片曲面夹角都接近0º，因此加工采用的驱动方法为：垂直于驱动（Normal to Drive ）。