东莞南方水泵丨泵叶轮扭曲叶片三维实体造型

作为泵关键部件的叶轮，其叶片的制造技术和制造质量直接影响到泵水力性能，汽蚀性能及运行稳定性。采用传统方法制造泵叶轮叶片模具，不仅费时费力，而且制造精度差，随着现代制造技术的飞速发展，计算机在我国泵行业中的应用已从CAD日益向CAM以及CAD/CAM的集成领域扩展。将CAM用于叶轮叶片模具，无疑是泵制造技术进步中的重要一步。
目前，叶片水力设计CAD的输出结果，一般仍然是给出二维的叶片木模图。很显然，这种用2D工程图来描述3D产品模型的假三维造型的做法，已不能满足现代CAD与CAM的需要。
近些年来，对东莞南方水泵叶轮叶片三维造型的研究报导已屡见不鲜，其造型方法有的用叶片二维木模图给出的叶片表面离散点计算出曲面网络曲线，再据此定义三维自由光滑曲面，其曲面模型编程计算既可在操作系统下直接进行，又可在AutoCAD等支撑软件中进行，有的则以圆柱形叶片为例，通过对AutoCAD进行二次开发获得叶片三维造型应用软件。
随着一些**三维造型软件，如Pro/EN-GINEER、I-DEAS、UG-II、CADDS5、Solid-Works这一两年来在我国的登陆，加之较近几年计算机特别是微型计算机性能价格比日益提高，这些**软件商也纷纷推出了基于微型计算机的版本，因此其国内的市场份额正逐年扩大，许多国内企业已将其投入到实际生产中并创造了显着的效益。文献给出的就是用SolidWorks软件进行叶片实体造型的实例。
毫无疑问，上述**软件的造型功能及造型效果是良好的。使用它们来实现叶片CAD/CAM，也必然是一条捷径。本文就试图将目前水泵行业里较常用的AutoCAD与Pro/ENGINEER结合起来，在从事水泵叶片的CAD/CAM集成系统研究中，针对泵更多采用的空间扭曲叶片进行三维造型。
一、南方水泵叶片表面型值点的计算
目前，用于几何造型的数学方法主要有双三次样条曲面法，Bezier曲面法，B样条曲面法，Coons曲面法。这些方法均以矩形定义域和矩形网格线的分割来定义，即采用两个一维分割的直积。
按照叶片造型的要求，传统的水力设计生成的叶片木模图就难以满足要求。因为为了满足叶片传统加工的需要，叶片木模图上给定的型线为等高线。若直接据此型线进行造型，则叶片存在A、C两个尖点（图1)，从而影响叶片整张拟合的光滑性。因此将型线选择为流线或轴面截线的方向，叶片曲面造型才较为合理。
南方水泵厂考虑到水力设计的过程，选择轴面截线方向进行叶片几何造型。造型按型值点生成曲线，再由曲线生成曲面的步骤来进行。因此计算叶片表面的型值点是造型的基础，也是关键。我们通过对AutoCAD进行二次开发，选用的开发工具为其自带的AuloLISP，编写实现计算型值点的程序。
AutoCAD图形中的所有实体，都是以实体DXF组码表的方式存储在图形实体数据库中，实体DXF组码表和图形中的实体形成了相互对应的关系。因此，实体组码表确定了图形文件中各实体的一性。
二、广东南方水泵叶片三维实体造型
将所求的型值点导入PRO/ENGINEER，其主要步骤为：
第一步，建立默认坐标系及基准面，操作步骤如下：File/New→[输入零件名称：blade-OK]；Feature→Create→Datum→CoordSys→[产生默认坐标系统CSO]；Create→Datum→Plane→Default→[产生默认基准面DTM1、DTM2.DTM3]
第二步，读取叶片表面点坐标资料，操作步骤如下：Create→Datum→Curve→FromFile→Done→[选坐标系统：CSO]→读取blade，ib]→pen
所生成的曲线如图2所示。该图显示的是叶片的工作面表面，要建立叶片整个表面需重复上述第二步，读取叶片背面点坐标资料。
由曲线拟合曲面，使用建立表面（Surface)中的Advanced→Boundaries条目。生成的曲面如图3所示。有了曲面，可以通过使用建立实体（Solid)中的Protrusion→UseQuiltSolid条目生成。至此，空间扭曲叶片的三维实体造型就完成了。
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