基于SolidWorks离心泵扭曲叶片三种精确建模方法_严建华

摘 要：介绍了基于 SolidWorks 对离心泵扭曲叶片三种精确建模方法。利用该方法可以精确地获得离心泵叶片的三
维模型，供三维成型打印机快速造型和 CFD 流场分析，也可应用于数控机床对叶片表面进行精确数控加工，以确保叶
片表面各型线与设计数据完全一致。
关键词：水泵扭曲叶片; 三维精确建模
中图分类号：TP 391.7
数控加工工艺与编程等。 收稿日期：2014- 07- 29
168 机械工程师 2014 年第 11 期
168 D190.0 37
D345.0
制造业信息化
仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP MANUFACTURING INFORMATIZATION
R204.5 R35.0
36.1 85.0°
前视面 轴面截线
轴面截线 旋转曲面
粘贴叶片 剪裁图
过角度线作与旋 转曲面的垂直面
图 4 第 1 至第 4 步旋转曲面与垂直平面作图过旋转后的 空间曲线
交叉曲线
图 5 叶片工作面空间交叉曲线作图过程
3D 样条线
3）过空间曲线两端点分别作 2 条 3D 样条线；以 2 条 3D 样条线为引导线进行“放样曲面”形成叶片工作面三 维图，以同样作图方法作出叶片背面三维图（图 9）。
170 机械工程师 2014 年第 11 期
R110.0 91.0° 10121212121212
1 23 4 5 67 85
120′ 130′ 110′ 100′ 90′ 80′ 70′
60′
50′
40′
30′ 20′ 10′ 0°
130 120 110 100 90 80 70 60
50 40 30 20 10 0
的曲线”命令，导入各曲线的 坐标值，生成叶片工作面三维 曲线；重复以上步骤作出叶片 背面三维曲线；分别对叶片工 作面和背面三维曲线进行“放 样曲面”；分别对叶片其它 4 个面进行“放样曲面”；再对 6 个面进行“曲面缝合”并形成 叶片三维实体（图 3）。 2 SolidWorks 旋转曲面与垂 直平面求三维曲线建模方法
端点分别作 2 条 3D 样条线， 以 2 条 3D 样条线为引导线
4）打开 SolidWorks，点击曲线指令“通过 X、Y、Z 点 进行“放样曲面”形成叶片工作面三维图，以同样作图方法
机械工程师 2014 年第 11 期 169
制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP
130°线
0°线
图 7 叶片工作面轴面截线“转换实体应用” 2）继续点击草绘 3D 图命令，再点击叶片第 2 条轴面
图 9 由空间曲线和 3D 引导线进行放样曲面
4）分别对叶片其它 4 个面进行“放样曲面”，再对 6 个面进行“曲面缝合”并形成三维实体。 4结语
上述三种叶片建模方法中，第一种建模方法相对复 杂，但作图简单；第二种建模方法比较直观；第三种建模 方法相对简单。其三种建模方法精确度都很高，对于混流 泵叶片的三维精确建模，该三种方法同样适用。
6为了下面作图将已经作好的旋转曲面和垂直平面隐藏再依次求得下一个旋转曲面和垂直平面形成的空间交叉曲线图过空间交叉曲线的两端点分别作3d样条线3d样条线为引导线11011r11009102041547443347267411151711911881836572232071804371944打开solidworks点击曲线指令通过进行放样曲面形成叶片工作面三维图以同样作图方法169机械工程师20143618501220109090r3508080707060605050404010303020101085a叶片轴面图b叶片平面剪裁图c叶片极坐标叶片木模图601834940039479163303146432421875519418631718077坐标值量取方法制造业信息化manufacturinginformatization仿真camcaecapp截线10线点击转换实体应用命令第条轴面截线变黑点击旋转实体命令将第线旋转10后保存
5.96
准9．96
3 跳槽间距
2
2.08
准17．98
4
宽槽
准16-00.1 ×10
10
准15．98
5
切断
长度 49±0.1
49
无
6 表面粗糙度
Ra3.2
表面粗糙度检测值 Ra1.6
3结语 本文详细论述了用 FANUC 系统用户宏程序车槽循
环功能 G75 的使用方法，相对于 G00、G01，加工实际槽 类零件计算繁琐且编程容易出现错误 ［5］，固定循环指令 G75 在轴类零件切断、切宽槽和切跳槽中的使用简单灵 活，使编程变得简单易学，减小了编程的工作量和错误 率，并且极大地缩短了零件从设计到加工的周期，提高了 生产效率，广泛应用于数控车削轴类零件加工中。
面。
3）在 CAD 中对叶片剪裁
图处理，留好定位点后复制到
剪切板，在 SolidWorks 右视
面上开启草图，粘贴草图，移
动草图使圆心与草图原点重
60.1
54.7 49.4 44.3 39.4
34.7 30.3 26.7
24.2 22.3 20.7
19.4 18.0
（c）叶片极坐标
图 1 叶片木模图
导航.教育研究与实践，2013（8）：59. ［4］ 钟如全.数控车削切槽循环指令的开发［J］.现代制造工程，2009
（8）：50-51，134. ［5］ 王魄. 确保切槽/切断更具竞争力 ［J］. 现代零部件，2009（4）：
49-54. （编辑 昊 天）
!!!!!!!!!! 作者简介：高淼（1984—），女，硕士，讲师，研究方向为机械 CAD/CAM、
2）在叶片木模图中的轴面图量得前、后流线与轴面 截线交点 Z 座标值及等高线与轴面截线交点 Z 座标值 （图 2）。叶片出口中心线 Z 值设为 0，中心线左侧 Z 值为 正，中心线右侧 Z 值为负。
3）分别将获得的前、后流线 X、Y、Z 值和图各轴面截 线的笛卡尔坐标 X、Y、Z 值整理后，再复制粘贴到记事本 中，并保存。
3D 样条线
图 6 由交叉曲线和 3D 引导线进行放样曲面
作出叶片背面三维图（图 6）。 8）分别对叶片其它 4 个面进行“放样曲面”，再对 6
个面进行“曲面缝合”并形成三维实体。 3 SolidWorks 旋转叶片轴面截线建模方法
1）打开 SolidWorks，以前视面新建一草图，从 CAD 图中复制叶片工作面轴面截线图粘贴到前视面，移动草 图中心点与前视面中心重合；点击草绘 3D 图命令，再点 击叶片第 1 条轴面截线（0°线），点击“转换实体应用”命 令，第 1 条轴面截线变黑（图 7），保存。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
图 8 尼龙棒加工图形
表 1 工件尺寸检测
序号 检测项目 技术要求尺寸/mm 检测结果长度/mm 检测直径/mm
1 普通槽 1
准10-00.1 ×6
5.96
准9．96
2 普通槽 2
准10-00.1 ×6
（6）：130-131. ［5］ 戴玉姝，王雷，蔡兰.离心泵叶轮扭曲叶片参数化实施造型方法
探讨［J］.排灌机械，2004（1）：20-22. （编辑 明 涛）
!!!!!!!!!! 作者简介：严建华（1976—），男，高级工程师，工程技术研究中心技术
部主任，从事特种化工泵设计研究。 收稿日期：2014- 07- 11
叶片工作面 三维曲线
叶片工作面和 背面三维曲线
放样曲面
叶片三维 实体
图 3 叶片三维实体作图流程图
截线（10°线），点击“转换实体应用”命令，第 2 条轴面截 线变黑，点击“旋转实体”命令，将第 2 条轴面截线沿 X 轴 线旋转 10°后保存；同理将第 3、4、5、6、7、8、9、10、12、13 条轴面截线分别“转换实体应用”后，沿 X 轴线分别旋转 20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°后保 存（图 8）。
8.3 4.1 0.0
-4.1 -7.9 -11.5 -14.6 -17.1 -18.7 -19.1 -18.8 -18.6 -18.3 -18.0
-16.3
-4.3
65.7 55.7
43.7 31.7 19.4 7.7
合。 4） 通过叶片平面剪裁图
角度线建立基准面与右视面 垂直。
5）将 SolidWorks 工具条 下拉菜单下“草图工具”中的 “交叉曲线”命令条放到 SolidWorks 桌面菜单上，通过 点击“交叉曲线”命令，选 择 0°轴面截线旋转曲面和 0°角
［参考文献］ ［1］ 关醒凡.现代泵理论与设计［M］.北京：中国宇航出版社，2011. ［2］ 刘斌.基于 Pro/E 的离心泵扭曲叶片叶轮的三维造型方法[J].现
代科技，2010，9（5）：113-114. ［3］ 杨方飞,阎楚良，林洪义.水泵叶片三维造型原理与工程应用［J］.
农业机械学报，2003，34（1）：95-97. ［4］ 黄道见，黄程，黄锦.离心泵叶轮三维造型［J］.农机化研究，2004
1）在 CAD 中对叶片轴面 图进行处理，删除多余尺寸标
（a）叶片轴面图
（b）叶片平面剪裁图
注，留好定位点后复制到剪切 板；打开 SolidWorks，在 前 视
面开启草图，将剪切板中图形
粘贴到草图中，移动轴面图使
定位点与草图原点重合。
2） 以叶轮轴心线为旋转
轴线，将每条轴面截线绕轴心
线旋转形成轴面截线旋转曲
制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP
基于 SolidWorks 离心泵扭曲叶片三种精确建模方法
严建华， 滕国荣， 朱连帮， 冯剑， 庄庆怀， 石彩萍， 张鹏 （江苏双达泵阀集团有限公司 特种化工泵工程技术研究中心，江苏 靖江 214500）
仅以叶片工作面为例介绍建模过程。
1）由于 SolidWorks 软件不能直接输入极坐标，因此 须先利用 EXCEL 软件对叶片工作面极坐标数据进行处 理，利用公式 X=R·cos准，Y=R·sin准 将极坐标数值转换为 笛卡尔坐标数值，式中 R 为轴面图等高线与前、后流线与 轴面截线的交点半径；准 为交点半径对应的轴面角度（转 化为 rad）。
［参考文献］ ［1］ 范有雄，吴元祥，陈金牛. 数控车削加工切削参数优化［J］. 机床
与液压，2013，41（17）：81-84.. ［2］ 张武刚，杨武成. FANUC 数控系统车槽循环功能的改进［J］.组
合机床与自动化加工技术，2008（5）：72-74. ［3］ 王媛媛. 复合循环指令 G75 在 FANUC 系统中的应用［J］. 文理
文献标志码：A
文章编号：1002－2333（2014）11－0168－03
0引言 叶轮是泵的心脏，其工作性能（流量、扬程、效率）主
要由叶轮叶片精度保证，传统制造叶轮叶片的方法是根 据二维叶片木模图中的轴面图和平面剪裁图（图 1）靠手 工放样制作，精度很差。随着三维设计软件、三维造型软 件、三维数控加工技术的发展，对叶片精确建模和对叶片 表面进行精确加工及对叶轮进行三维打印已经开始普 及。现在的泵水力设计软件虽然已能对泵叶片直接进行 三维建模，但对于老的优秀水力模型还需要通过其它方 法进行进行三维建模，本文主要介绍基于 SolidWorks 离心 泵扭曲叶片三种精确建模方法，以利行业设计人员参考。 1 EXCEL、记事本、SolidWorks 三维建模方法
垂直平面，得到 2 条空间交叉
曲线，删除右下方的一条交叉
曲线，存图。
6）为了下面作图，将已经
作好的旋转曲面和垂直平面
隐藏，再依次求得下一个旋转
曲面和垂直平面形成的空间
交叉曲线（图 5）。
01234567
01234567
01234567
7） 过空间交叉曲线的两
图 2 前、后流线、等高线与轴面截线交点 Z 坐标值量取方法